隨著國家電網(wǎng)公司加快建設(shè)堅強智能電網(wǎng),作為智能電網(wǎng)的核心設(shè)備之一:智能變壓器,其技術(shù)水平的提升對智能電網(wǎng)建設(shè)具有巨大的推動作用。
變壓器在線監(jiān)測功能和實時反饋交互功能為傳統(tǒng)變壓器插上智能發(fā)展翅膀。變壓器在線監(jiān)測,就是依據(jù)變壓器的各種機械和電氣特性,通過對油中溶解氣體分析、局部放電、鐵心接地電流、繞組變形在線分析和振動分析,監(jiān)測變壓器的運行狀態(tài)。現(xiàn)代傳感技術(shù)、微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展,為變壓器等高電壓設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測奠定了堅實的基礎(chǔ)。智能變壓器作為變電站的重要設(shè)備,與傳統(tǒng)變壓器的核心區(qū)別,就在于它具有智能化的在線監(jiān)測功能。
1.變壓器在線監(jiān)測的優(yōu)越性
變壓器在電網(wǎng)中長期運行,不可避免地會累積各種缺陷。這些缺陷發(fā)展為故障的進程,可分為漸發(fā)性故障和突發(fā)性故障兩大類。漸發(fā)性故障主要表現(xiàn)為變壓器在正常運行過程中,由于絕緣老化、受潮等,使絕緣性能逐漸下降,最終導(dǎo)致故障的發(fā)生。盡管此類故障的發(fā)生幾率很高,但卻具有一定的規(guī)律性,是完全可以通過在線監(jiān)測及時發(fā)現(xiàn)并加以避免的。對變壓器可能發(fā)生的故障及時準確做出預(yù)測,不僅是電網(wǎng)運維人員關(guān)注的熱點,也是保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的關(guān)鍵。
作為變壓器檢修的常用方式,預(yù)防性試驗和定期檢修具有較大的盲目性和強制性。建立一種預(yù)知性的檢修方式,“當(dāng)修則修”,而非“到期就修”,已成為狀態(tài)檢修的必然趨勢。它以設(shè)備當(dāng)前的現(xiàn)實狀況為依據(jù),通過智能化的監(jiān)測手段,對設(shè)備進行縱向、橫向比較分析,識別故障的早期征兆,并對故障部位與程度以及發(fā)展做出趨勢性判斷,作為變壓器檢修的基礎(chǔ)依據(jù)。
變壓器狀態(tài)檢修與傳統(tǒng)定期檢修相比,主要具有以下幾個方面的優(yōu)勢:增強了輸變電設(shè)備的供電可靠性;對故障實施早期檢測,幫助制定更可靠的維修計劃;降低了檢修成本和檢修難度,減少了設(shè)備檢修風(fēng)險;節(jié)省了大量人力物力;延長了變壓器的全壽命周期。
2.變壓器在線監(jiān)測系統(tǒng)的組成
變壓器電網(wǎng)狀態(tài)檢修主要由狀態(tài)監(jiān)測和狀態(tài)診斷兩部分構(gòu)成。監(jiān)測方式一般為常規(guī)監(jiān)測、在線監(jiān)測、特殊監(jiān)測等。變壓器在線監(jiān)測是基于各傳感器獲取的變壓器的狀態(tài)信息,再通過計算機監(jiān)測系統(tǒng)對所監(jiān)測的數(shù)據(jù)進行分析計算,對變壓的運行狀態(tài)做出科學(xué)的評估和預(yù)測,最終經(jīng)監(jiān)測診斷系統(tǒng)進行綜合智能診斷,給出決策方案,以確定其最佳檢修時間。在線監(jiān)測的技術(shù)優(yōu)勢,就在于其監(jiān)測功能和診斷功能有機結(jié)合后具有綜合判斷決策能力。
變壓器在線監(jiān)測系統(tǒng)可分為集中式與分散式兩種。其中,集中式是對所有被測設(shè)備進行定時或巡回監(jiān)測;分散式是采用專門的測試儀器所測取的信號進行就地測量。
變壓器在線監(jiān)測是以微處理技術(shù)為核心,它集傳感器、數(shù)據(jù)收集、通信系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析功能于一體,通過連續(xù)監(jiān)測在一段時間內(nèi)狀態(tài)參數(shù),及時捕捉變壓器早期故障的先兆信息,根據(jù)變壓器參數(shù)的變化趨勢來判定變壓器運行狀態(tài)。不僅能夠有效防范變壓器各種故障的發(fā)生和發(fā)展,還降低了意外停電所帶來的經(jīng)濟損失。對運行中的變壓器進行實時監(jiān)測,彌補了常規(guī)試驗與檢測手段的不足。盡管依據(jù)捕捉到的變壓器動態(tài)信息對其進行內(nèi)部突發(fā)性故障預(yù)測還存在一定的局限性,但它仍是目前制訂變壓器檢修計劃最有效的技術(shù)依據(jù),具有十分重要的指導(dǎo)意義。
在線監(jiān)測對所采用的傳感器與監(jiān)測儀,具有高度可靠性、免維護性和自檢功能。一旦監(jiān)測儀自身存在問題,可自動發(fā)出聲光呼叫報警信號。因此,它消除了常規(guī)檢測方法中檢測裝置異常所導(dǎo)致的誤判問題。
變壓器在線監(jiān)測系統(tǒng)的投資費用,主要包括傳感器和智能監(jiān)測軟件兩部分。據(jù)國內(nèi)外有關(guān)部門統(tǒng)計,一套完整的變壓器在線監(jiān)測系統(tǒng)的成本一般約為變壓器價格的1%。但由于能夠及時準確發(fā)現(xiàn)變壓器的早期故障,使其運行維護成本降低75%,每年所節(jié)約的費用相當(dāng)于變壓器價格的2%,而且可以延長使用壽命10年左右,其經(jīng)濟效益相當(dāng)可觀。
3.變壓器在線監(jiān)測方法
變壓器在線監(jiān)測系統(tǒng)對變壓器的故障判定,一般不是根據(jù)所測參數(shù)絕對值進行,而是根據(jù)其參數(shù)的變化趨勢判定。監(jiān)測系統(tǒng)在相應(yīng)數(shù)據(jù)傳感采集的基礎(chǔ)上,進行復(fù)雜的數(shù)據(jù)分析處理,最終得出變壓器的趨勢性故障預(yù)測。其基本監(jiān)測程序是:傳感器—數(shù)據(jù)收集—數(shù)據(jù)存儲—狀態(tài)分析—故障分類—判定故障—提出方案。
實時監(jiān)測數(shù)據(jù)取自于變壓器的本體和附屬組件,數(shù)據(jù)庫存儲變壓器的全面信息,包括原始參數(shù)、歷史數(shù)據(jù)、運行狀況、監(jiān)測數(shù)據(jù)、知識經(jīng)驗和診斷結(jié)果等。
狀態(tài)分析以人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析為基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)處理和故障分類一般采用快速傅里葉變換或先進的小波變換法。對于鐵芯、繞組、油溫、負荷等眾多繁雜的數(shù)據(jù),經(jīng)過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理單元的特征分析,將預(yù)分析結(jié)果變換成人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)適宜處理的形式,提高了其運算推理速度。
故障分類主要是區(qū)分變壓器的故障性質(zhì),如繞組過熱、鐵芯過熱、油中氣體、絕緣缺陷、鐵芯接地電流、局部放電故障等。
監(jiān)測診斷系統(tǒng)最終將分析結(jié)果與數(shù)據(jù)庫存儲的知識和經(jīng)驗作為判據(jù),做出故障判定并提出變壓器的維護解決方案。監(jiān)測診斷系統(tǒng)的所有信息均可通過網(wǎng)絡(luò)進行上傳與查詢,給電網(wǎng)運行與維護帶來極大方便,滿足智能電網(wǎng)的要求。
變壓器在線監(jiān)測的范圍極其廣泛,它幾乎囊括了可能出現(xiàn)故障的所有問題。如熱點監(jiān)測、油中氣體總量、局部放電、套管的介質(zhì)損耗和電容、冷卻裝置功能、油中濕度酸度、負載電流、紙絕緣的濕度和遷移情況、繞組頂部和底部油溫、電介質(zhì)和動力系統(tǒng)的缺陷、構(gòu)件的夾緊力、有載調(diào)壓系統(tǒng)的性能和缺陷、鐵芯接地故障和繞組缺陷、儲油柜的油位等。
4.變壓器在線監(jiān)測的具體應(yīng)用
某電力設(shè)備集成商運用四信通信工業(yè)無線路由器,搭建一個基于無線通信運營商網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定、可靠的無線通信網(wǎng)絡(luò),對變壓器進行實時監(jiān)測。其設(shè)計思想為:通過變壓器特征氣體檢測模塊檢測變壓器絕緣油中特征氣體的濃度,通過CAN總線傳送給主控模塊,主控模塊根據(jù)設(shè)定判斷變壓器是否達到故障預(yù)警,然后通過四信工業(yè)無線路由器將數(shù)據(jù)傳送至監(jiān)控中心,從而實現(xiàn)遠程監(jiān)測的功能。
將實時操作系統(tǒng)和無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合,應(yīng)用到變壓器的遠程監(jiān)測中,通過在線監(jiān)測變壓器礦物絕緣油中溶解氣體的濃度,利用無線傳輸技術(shù)將數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控中心進行處理,能大大提高用電穩(wěn)定性和安全性,預(yù)防發(fā)生大型事故,高效解決因地域分散造成的電力設(shè)施難以統(tǒng)一管理、統(tǒng)一監(jiān)控問題,同時緩解使用單位的管理壓力,提高管理效率。
5.變壓器在線監(jiān)測的發(fā)展趨勢
從變壓器在線監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用情況看,雖然還存在著抗電磁干擾能力不強、使用壽命偏短、價格偏高等缺陷,但由于其具有常規(guī)檢測手段所無可比擬的優(yōu)越性,所有問題都將在發(fā)展中逐步得以解決。
在技術(shù)層面,硬件設(shè)備將向更加智能化方向發(fā)展,免維護性將更高。智能型傳感器的采用,使將電磁干擾得到有效抑制;隨著新型材料的廣泛采用,色譜分析的透氣膜等設(shè)備的使用壽命也將延長。故障分析軟件系統(tǒng)也將與離線試驗、設(shè)備狀態(tài)、運行數(shù)據(jù)等信息有機融合,開展綜合化的在線診斷,不同系統(tǒng)的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)將通過網(wǎng)絡(luò)共享。
在政策層面,由于智能電網(wǎng)建設(shè)的需求推動,以及各科研院所、在線監(jiān)測公司研發(fā)力度的不斷加大,在線監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用工作正在穩(wěn)步推進,不僅促使變壓器檢修規(guī)程、管理方法要隨之變革,而且必將導(dǎo)致規(guī)范的狀態(tài)檢修管理體系的確立,以及技術(shù)標準的最終統(tǒng)一。
在經(jīng)濟層面,隨著國內(nèi)在線監(jiān)測設(shè)備生產(chǎn)與軟件開發(fā)廠商研發(fā)力度的加強和國外同類產(chǎn)品的競爭,以及電網(wǎng)需求旺盛等因素的影響,不僅其軟硬件產(chǎn)品的價格將大幅下降,而且性價比也將大幅提高。
6.結(jié)束語
綜上所述,只有建立在變壓器智能化在線監(jiān)測基礎(chǔ)上的狀態(tài)檢修,才具有真正的現(xiàn)實意義。它不僅避免了預(yù)防性試驗和定期檢修所帶來的盲目性和強制性,節(jié)省了大量的人力、物力和財力,而且增強了輸變電設(shè)備的供電可靠性,延長了變壓器的使用壽命,具有廣闊的發(fā)展前景。