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鐵路牽引變壓器絕緣在線監(jiān)測

(發(fā)布日期：2014-5-7 14:05:44) 來源：

鐵路牽引變電所的牽引主變壓器（110、220和330 kV）時有絕緣故障發(fā)生，反應(yīng)出定期預(yù)防試驗存在明顯的不足，具體表現(xiàn)在：①試驗需要停電，而許多重要設(shè)備不能輕易退出運行。②停電后設(shè)備狀態(tài)（如工作電壓、溫度、濕度等）和運行狀態(tài)不一致，影響判斷的準(zhǔn)確性。③由于是周期性試驗，設(shè)備仍可能在兩次試驗周期內(nèi)發(fā)生故障。④破壞性實驗及設(shè)備的解體檢修，都有可能增加設(shè)備新的故障點，影響設(shè)備壽命。⑤無法為新的檢修方式即狀態(tài)檢修提供全面、及時、可靠的設(shè)備狀態(tài)信息。因此，開展在線監(jiān)測是鐵路牽引系統(tǒng)運行安全的要求。

牽引變壓器的數(shù)據(jù)監(jiān)測
1、變壓器油的氣體監(jiān)測
由于變壓器油中溶解氣體的成分和含量在一定程度上可以反映變壓器的絕緣老化程度或故障類型，所以有必要對反映變壓器電氣異常的特征量進(jìn)行監(jiān)測。
變壓器油在發(fā)生突發(fā)性事故之前，絕緣的劣化以及潛伏性故障在運行電壓下將產(chǎn)生一系列效應(yīng)，變壓器油與油中的固體有機絕緣材料在運行電壓下因電、熱、氧化和局部電弧等多種因素作用會逐漸變質(zhì)，裂解成低分子氣體，變壓器內(nèi)部存在潛伏期的過熱或放電故障又會加快產(chǎn)氣速率，隨著故障的緩慢發(fā)展，裂解出的氣體不斷溶解在油中。
變壓器油中氣體在線監(jiān)測裝置，利用只能使氣體分子透過的高分子透氣膜組成油氣分離單元，用氣敏傳感器對分離氣體實時監(jiān)測�，F(xiàn)在的在線監(jiān)測裝置應(yīng)用F46膜分離油中氣體，將氣體分離單元常年置于變壓器旁，成功實現(xiàn)了油氣分離，采用分辨率極高的傳感器氣敏元件監(jiān)測運行變壓器油中H2、CO、CH4、C2H4、C2H2、C2H6六種溶解氣體，監(jiān)測靈敏度C2H2達(dá)1 ppm，具有長期的可靠性和穩(wěn)定性，監(jiān)測性能基本不變。

2、變壓器局部放電監(jiān)測和定位
局部放電是引起變壓器常見故障的主要原因。據(jù)統(tǒng)計，我國110 kV及以上電力變壓器事故中，有50 %屬于正常運行電壓下發(fā)生匝間短路，其原因大多是局部放電所致。變壓器絕緣結(jié)構(gòu)復(fù)雜，如果設(shè)計不當(dāng)，可能造成局部區(qū)域場強過高，工藝上存在某些缺點可能會使絕緣油中含有氣泡、運行中油質(zhì)劣化分解脫出氣泡、機械振動和局部材料過熱也會分解出氣泡，以上幾種情況都會造成局部放電，而局部放電又會進(jìn)一步導(dǎo)致絕緣惡化乃至擊穿。
國內(nèi)許多單位都在進(jìn)行高壓電器設(shè)備的局部放電研究。目前，基于模式識別方法的局部放電數(shù)字化檢測裝置很有特色，在線監(jiān)測系統(tǒng)主要由高頻諧振式電流傳感器、抗干擾調(diào)節(jié)系統(tǒng)及信號采集系統(tǒng)組成。通過監(jiān)測在放電開始瞬間繞組兩端出現(xiàn)局部放電陡脈沖與對應(yīng)電容網(wǎng)絡(luò)區(qū)的電容傳遞分量，并找到兩個電容分量與繞組上位置的對應(yīng)關(guān)系，就可以精確測量并確定局部放電的大小和發(fā)生位置。但由于現(xiàn)場干擾源的相異性及復(fù)雜性，在線監(jiān)測的信噪比仍需進(jìn)一步提高。

3、變壓器的繞組變形監(jiān)測
變壓器出口短路的電應(yīng)力會造成變壓器繞組扭曲變形，由此將導(dǎo)致事故的發(fā)生。近年來，各地都在積極開展繞組變形的測量，大多是離線檢測形式，采用行業(yè)推薦的低壓頻響法。在線監(jiān)測繞組變形的研究也已開展，并有了開發(fā)成功的系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的原理是：變壓器短路阻抗及其電感分量與繞組幾何尺寸及相對位置有關(guān)，通過在線監(jiān)測變壓器短路阻抗的變化可以分析繞組狀況，判斷是否變形。該系統(tǒng)測量精度較高，總誤差<1%，不干擾電力系統(tǒng)的運行，但是，目前還不能確定電抗變化量與繞組變形程度的關(guān)系。

4、變壓器鐵心接地電流在線監(jiān)測
鐵芯電流是電阻性電流，數(shù)量級在幾十毫安到幾安培甚至更大，由于變化范圍很大，采用了程控放大器，以滿足電子線路對測量的要求。
電磁轉(zhuǎn)換將對監(jiān)測信號產(chǎn)生電磁干擾，鐵芯電流的取樣探頭應(yīng)具有良好的電磁屏蔽，為此，采用雙層1 mm厚的鐵板做成的屏蔽箱，并用高性能的同軸屏蔽電纜轉(zhuǎn)送取樣信號，以滿足檢驗線性度和穩(wěn)定性。

5、監(jiān)測數(shù)據(jù)與綜合自動化系統(tǒng)的聯(lián)機
鐵路牽引變電所應(yīng)盡快加強集中式或分層分布單片機結(jié)構(gòu)形式的在線監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用，通過數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸與鐵路局各級調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，并進(jìn)一步與綜合自動化系統(tǒng)集合，初步實現(xiàn)鐵路牽引供電系統(tǒng)管理的綜合自動化，保證牽引變電所的運行安全，并為狀態(tài)檢修提供全面、及時、準(zhǔn)確的設(shè)備狀態(tài)信息，完善鐵路系統(tǒng)的狀態(tài)檢修。
該方案在軟硬件設(shè)計上留有可供進(jìn)一步開發(fā)、更新的擴充通道、內(nèi)存和接口，為及時應(yīng)用和升級成熟的在線監(jiān)測技術(shù)提供了保障。在圖1中，方案采用了信號獲取、長距離傳輸、數(shù)字采樣、多機通訊、工業(yè)控制機中心處理系統(tǒng)及與綜合自動化系統(tǒng)聯(lián)機等技術(shù)。所有被測信號采用專用傳感器取樣；多機通訊采用中間子機模塊，各子機間的通訊口帶光電隔離；信號傳輸網(wǎng)絡(luò)采用防腐蝕和抗干擾的多芯或同軸全屏蔽高強度測量電纜；主機采用進(jìn)口工業(yè)控制機，并配有打印機、工業(yè)級電源、UPS電源等輔助設(shè)備。

牽引變壓器絕緣在線監(jiān)測技術(shù)已經(jīng)成熟，地方供電局已有類似實驗設(shè)備在現(xiàn)場試運行。在鐵路沿線變電所推廣使用在線監(jiān)測和診斷技術(shù)，有助于準(zhǔn)確判斷變壓器絕緣故障，降低檢修勞動強度，提高鐵路系統(tǒng)智能化、科學(xué)化管理水平，并將為企業(yè)在今后的發(fā)展帶來良好的經(jīng)濟和社會效益。
鐵路牽引變電所的牽引主變壓器（110、220和330 kV）時有絕緣故障發(fā)生，反應(yīng)出定期預(yù)防試驗存在明顯的不足，具體表現(xiàn)在：①試驗需要停電，而許多重要設(shè)備不能輕易退出運行。②停電后設(shè)備狀態(tài)（如工作電壓、溫度、濕度等）和運行狀態(tài)不一致，影響判斷的準(zhǔn)確性。③由于是周期性試驗，設(shè)備仍可能在兩次試驗周期內(nèi)發(fā)生故障。④破壞性實驗及設(shè)備的解體檢修，都有可能增加設(shè)備新的故障點，影響設(shè)備壽命。⑤無法為新的檢修方式即狀態(tài)檢修提供全面、及時、可靠的設(shè)備狀態(tài)信息。因此，開展在線監(jiān)測是鐵路牽引系統(tǒng)運行安全的要求。

牽引變壓器的數(shù)據(jù)監(jiān)測
1、變壓器油的氣體監(jiān)測
由于變壓器油中溶解氣體的成分和含量在一定程度上可以反映變壓器的絕緣老化程度或故障類型，所以有必要對反映變壓器電氣異常的特征量進(jìn)行監(jiān)測。
變壓器油在發(fā)生突發(fā)性事故之前，絕緣的劣化以及潛伏性故障在運行電壓下將產(chǎn)生一系列效應(yīng)，變壓器油與油中的固體有機絕緣材料在運行電壓下因電、熱、氧化和局部電弧等多種因素作用會逐漸變質(zhì)，裂解成低分子氣體，變壓器內(nèi)部存在潛伏期的過熱或放電故障又會加快產(chǎn)氣速率，隨著故障的緩慢發(fā)展，裂解出的氣體不斷溶解在油中。
變壓器油中氣體在線監(jiān)測裝置，利用只能使氣體分子透過的高分子透氣膜組成油氣分離單元，用氣敏傳感器對分離氣體實時監(jiān)測�，F(xiàn)在的在線監(jiān)測裝置應(yīng)用F46膜分離油中氣體，將氣體分離單元常年置于變壓器旁，成功實現(xiàn)了油氣分離，采用分辨率極高的傳感器氣敏元件監(jiān)測運行變壓器油中H2、CO、CH4、C2H4、C2H2、C2H6六種溶解氣體，監(jiān)測靈敏度C2H2達(dá)1 ppm，具有長期的可靠性和穩(wěn)定性，監(jiān)測性能基本不變。

2、變壓器局部放電監(jiān)測和定位
局部放電是引起變壓器常見故障的主要原因。據(jù)統(tǒng)計，我國110 kV及以上電力變壓器事故中，有50 %屬于正常運行電壓下發(fā)生匝間短路，其原因大多是局部放電所致。變壓器絕緣結(jié)構(gòu)復(fù)雜，如果設(shè)計不當(dāng)，可能造成局部區(qū)域場強過高，工藝上存在某些缺點可能會使絕緣油中含有氣泡、運行中油質(zhì)劣化分解脫出氣泡、機械振動和局部材料過熱也會分解出氣泡，以上幾種情況都會造成局部放電，而局部放電又會進(jìn)一步導(dǎo)致絕緣惡化乃至擊穿。
國內(nèi)許多單位都在進(jìn)行高壓電器設(shè)備的局部放電研究。目前，基于模式識別方法的局部放電數(shù)字化檢測裝置很有特色，在線監(jiān)測系統(tǒng)主要由高頻諧振式電流傳感器、抗干擾調(diào)節(jié)系統(tǒng)及信號采集系統(tǒng)組成。通過監(jiān)測在放電開始瞬間繞組兩端出現(xiàn)局部放電陡脈沖與對應(yīng)電容網(wǎng)絡(luò)區(qū)的電容傳遞分量，并找到兩個電容分量與繞組上位置的對應(yīng)關(guān)系，就可以精確測量并確定局部放電的大小和發(fā)生位置。但由于現(xiàn)場干擾源的相異性及復(fù)雜性，在線監(jiān)測的信噪比仍需進(jìn)一步提高。

3、變壓器的繞組變形監(jiān)測
變壓器出口短路的電應(yīng)力會造成變壓器繞組扭曲變形，由此將導(dǎo)致事故的發(fā)生。近年來，各地都在積極開展繞組變形的測量，大多是離線檢測形式，采用行業(yè)推薦的低壓頻響法。在線監(jiān)測繞組變形的研究也已開展，并有了開發(fā)成功的系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的原理是：變壓器短路阻抗及其電感分量與繞組幾何尺寸及相對位置有關(guān)，通過在線監(jiān)測變壓器短路阻抗的變化可以分析繞組狀況，判斷是否變形。該系統(tǒng)測量精度較高，總誤差<1%，不干擾電力系統(tǒng)的運行，但是，目前還不能確定電抗變化量與繞組變形程度的關(guān)系。

4、變壓器鐵心接地電流在線監(jiān)測
鐵芯電流是電阻性電流，數(shù)量級在幾十毫安到幾安培甚至更大，由于變化范圍很大，采用了程控放大器，以滿足電子線路對測量的要求。
電磁轉(zhuǎn)換將對監(jiān)測信號產(chǎn)生電磁干擾，鐵芯電流的取樣探頭應(yīng)具有良好的電磁屏蔽，為此，采用雙層1 mm厚的鐵板做成的屏蔽箱，并用高性能的同軸屏蔽電纜轉(zhuǎn)送取樣信號，以滿足檢驗線性度和穩(wěn)定性。

5、監(jiān)測數(shù)據(jù)與綜合自動化系統(tǒng)的聯(lián)機
鐵路牽引變電所應(yīng)盡快加強集中式或分層分布單片機結(jié)構(gòu)形式的在線監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用，通過數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸與鐵路局各級調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，并進(jìn)一步與綜合自動化系統(tǒng)集合，初步實現(xiàn)鐵路牽引供電系統(tǒng)管理的綜合自動化，保證牽引變電所的運行安全，并為狀態(tài)檢修提供全面、及時、準(zhǔn)確的設(shè)備狀態(tài)信息，完善鐵路系統(tǒng)的狀態(tài)檢修。
該方案在軟硬件設(shè)計上留有可供進(jìn)一步開發(fā)、更新的擴充通道、內(nèi)存和接口，為及時應(yīng)用和升級成熟的在線監(jiān)測技術(shù)提供了保障。在圖1中，方案采用了信號獲取、長距離傳輸、數(shù)字采樣、多機通訊、工業(yè)控制機中心處理系統(tǒng)及與綜合自動化系統(tǒng)聯(lián)機等技術(shù)。所有被測信號采用專用傳感器取樣；多機通訊采用中間子機模塊，各子機間的通訊口帶光電隔離；信號傳輸網(wǎng)絡(luò)采用防腐蝕和抗干擾的多芯或同軸全屏蔽高強度測量電纜；主機采用進(jìn)口工業(yè)控制機，并配有打印機、工業(yè)級電源、UPS電源等輔助設(shè)備。

牽引變壓器絕緣在線監(jiān)測技術(shù)已經(jīng)成熟，地方供電局已有類似實驗設(shè)備在現(xiàn)場試運行。在鐵路沿線變電所推廣使用在線監(jiān)測和診斷技術(shù)，有助于準(zhǔn)確判斷變壓器絕緣故障，降低檢修勞動強度，提高鐵路系統(tǒng)智能化、科學(xué)化管理水平，并將為企業(yè)在今后的發(fā)展帶來良好的經(jīng)濟和社會效益。

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