一種輸電變壓器熱性故障檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種輸電變壓器熱性故障檢測(cè)系統(tǒng)，其重點(diǎn)對(duì)熱性故障進(jìn)行監(jiān)測(cè)，該輸電變壓器熱性故障檢測(cè)系統(tǒng)能夠在進(jìn)行三比值法檢測(cè)之前預(yù)先進(jìn)行熱性故障的判斷，假如判斷為熱性故障，預(yù)先進(jìn)行氣體組分的檢測(cè)，如果未涉及到固體絕緣材料分解，選擇繼續(xù)使用三比值法檢測(cè)，假如監(jiān)測(cè)涉及到固體絕緣材料分解，則選擇本申請(qǐng)的二次檢測(cè)判斷法進(jìn)行檢測(cè)。這樣可以最大程度上避免因多重因素影響而產(chǎn)生的測(cè)量不精確或不穩(wěn)定，使得三比值法檢測(cè)效果更優(yōu)，避免了由于固體絕緣類故障所產(chǎn)生的二氧化碳(CO2)以及一氧化碳(CO)對(duì)診斷造成的影響。
【專利說明】一種輸電變壓器熱性故障檢測(cè)系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種輸電變壓器熱性故障檢測(cè)系統(tǒng)，屬于輸電【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]由于變壓器油具有優(yōu)良的散熱和絕緣性能，因此油浸式電力變壓器在電力系統(tǒng)中得到廣泛的引用。在正常的運(yùn)行過程中，變壓器會(huì)在機(jī)械應(yīng)力以及熱、電等各種因素的影響下慢慢老化，并生成一些可燃性氣體。如果變壓器存在內(nèi)部潛伏性故障，故障部位釋放出的能量會(huì)加速絕緣材料的裂解，促使油中溶解氣體的含量以及產(chǎn)氣速率大大提高。通過獲取變壓器油樣本，采用氣相色譜的方法就可以獲取油中溶解氣體各組分的含量，從而對(duì)變壓器的健康狀況做出評(píng)估或者對(duì)存在異常的變壓器進(jìn)行故障情況的分析。因此，變壓器油中溶解氣體分析對(duì)油浸式變壓器故障診斷有著重要的意義。經(jīng)過總結(jié)分析發(fā)現(xiàn)變壓器油中溶解氣體的來源主要包括以下三個(gè)方面:絕緣油的分解產(chǎn)氣；固體絕緣材料的分解產(chǎn)氣；其他方面的來源。變壓器油是在天然石油的基礎(chǔ)上通過某些化學(xué)工藝精煉提取得到的。它是一種混合物，其中包含了各種的碳?xì)浠衔铮饕型闊N、烯烴、環(huán)烷烴以及芳香烴等等。碳?xì)鋬煞N元素作為絕緣油的主要元素，占到全部重量的95% -99%，其它是一些氧、氮、硫及一些微量兀素。
[0003]絕緣油包含很多種類的碳?xì)浠衔?，這些化合物分子含有CH，CH2，CH3等官能團(tuán)，通過碳?xì)滏I和碳碳鍵連接起來。一些碳?xì)滏I和碳碳鍵會(huì)在電、熱等因素作用下斷裂，形成碳?xì)渥杂苫筒环€(wěn)定的氫原子。這些自由基和氫原子又會(huì)迅速參與到一系列復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)中從而形成新的化合物，主要有氫氣以及一些低分子烴類氣體，如甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、乙烯(C2H4)、乙炔(C2H2)等等。
[0004]固體絕緣材料主要有絕緣紙板、絕緣紙，它們都是以木漿作為主要原料，從化學(xué)成分上來說，主要由纖維素、半纖素以及木質(zhì)素等成分組成。其中纖維素是主要成分，包含碳氧鍵、葡萄糖普鍵以及無水右旋糖環(huán)。通過深入了解這些化學(xué)鍵的性質(zhì)，可以發(fā)現(xiàn)這些化學(xué)鍵比碳?xì)滏I更脆弱。因此，當(dāng)變壓器發(fā)生一些過熱性故障以及放電故障的時(shí)候，這些化學(xué)鍵很容易發(fā)生裂解，進(jìn)而通過一系列復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)而形成新的物質(zhì)。
[0005]除此之外，人為的一些操作也可能導(dǎo)致這些氣體的產(chǎn)生。比如:對(duì)發(fā)生故障的設(shè)備進(jìn)行維修之后沒能對(duì)絕緣油進(jìn)行徹底的脫氣處理，這樣就會(huì)導(dǎo)致絕緣油中還存在一些剩余故障氣體；在油箱中還有絕緣油的情況下對(duì)變壓器進(jìn)行焊接操作可能也會(huì)導(dǎo)致絕緣油的分解產(chǎn)氣；在切換有載分接開關(guān)的時(shí)候可能會(huì)因?yàn)殡娢坏牟还潭ǘ斐煞烹?，?dǎo)致開關(guān)室絕緣油的分解形成某些故障氣體，并且這些氣體隨著開關(guān)室的絕緣油滲入變壓器主油箱中。
[0006]變壓器故障類型可以分為很多種，不同的分類方式可以獲得不同結(jié)果。若根據(jù)故障回路的不同可以分為電路、磁路以及油路三種類型；按照故障的發(fā)展速度可以分為潛伏性和突發(fā)性兩大類；如果按照故障性質(zhì)來劃分，則可以分為熱性故障、電性故障和機(jī)械故障，但是機(jī)械故障通常以電性故障或者熱性故障的形式展現(xiàn)出來。固體絕緣纖維和礦物絕緣油是目前變壓器采用的主要絕緣材料。當(dāng)變壓器發(fā)生內(nèi)部潛伏性故障時(shí)，絕緣材料就會(huì)在熱、電等作用下產(chǎn)生一些可燃性氣體。在故障發(fā)展的初級(jí)階段，生成的氣體會(huì)溶解于變壓器油中，因此變壓器油中溶解氣體分析對(duì)內(nèi)部潛伏性故障及其發(fā)展程度判斷極其有效。在基于油中溶解氣體數(shù)據(jù)的變壓器故障診斷中，變壓器故障類型被劃分為熱性故障以及電性故障。
[0007]其中，熱性故障通常是由于有效的局部熱應(yīng)力造成的絕緣加速劣化和熱解，具有中等能量密度水平。按照熱點(diǎn)溫度范圍，又可以將熱性故障分為低溫過熱(t < 300°C )、中溫過熱(300°C< t < 700°C )和高溫過熱(t > 700°C )三大類。在實(shí)踐中，通常是通過三比值法來判斷熱性故障類型的。按照故障分析原因來看，低溫過熱的原因有:繞組中絕緣油的油路被阻塞；通過鐵扼夾件中的磁通量過大；變壓器超過額定負(fù)荷運(yùn)行；中溫過熱:分接開關(guān)開關(guān)內(nèi)的接觸面，或者套管引線與電纜連接部位存在接觸不良；變壓器內(nèi)部某些部位存在環(huán)流，包括鐵扼夾件與鐵心疊片之間，接地引線之間，不良焊點(diǎn)與鐵扼夾件之間。高溫過熱:油箱與鐵芯之間存在較大環(huán)流；變壓器鐵芯疊片之間出現(xiàn)短路情況；通過油箱壁的沒有被補(bǔ)償?shù)拇艌?chǎng)超過正常范圍，導(dǎo)致電流的形成。
[0008]而三比值法是一種根據(jù)氣體濃度的相對(duì)比值來進(jìn)行變壓器故障診斷的方法。它依據(jù)變壓器絕緣材料在故障能量的作用下生成的氣體成分含量的相對(duì)比值與故障點(diǎn)溫度存在的密切關(guān)系，從五種特征氣體組分中選取氣體擴(kuò)散系數(shù)以及在絕緣油中溶解度相似的兩種氣體做比值。當(dāng)獲得三種比值的編碼之后，按照導(dǎo)則所規(guī)定表所列出的故障類型判斷方法就可以很容易的對(duì)故障類型以及可能的故障原因做出判斷。
[0009]當(dāng)然，三比值法在進(jìn)行變壓器熱性故障判斷時(shí)也存在比較明顯的不足之處，例如由產(chǎn)氣機(jī)理的分析可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)氣體各組分含量以及產(chǎn)氣速率都沒有超標(biāo)，變壓器運(yùn)行狀態(tài)正常，三比值法診斷是無效的，只有當(dāng)氣體含量超標(biāo)或者產(chǎn)氣速率超標(biāo)或者有足夠的依據(jù)判定變壓器存在故障的時(shí)候，三比值法診斷才會(huì)有意義。
[0010]還有當(dāng)變壓器故障涉及到固體絕緣材料分解的時(shí)候，會(huì)生成大量的二氧化碳(C02)以及一氧化碳(CO)，但是導(dǎo)則所推薦的三比值法并沒有參考二氧化碳(C02)以及一氧化碳(CO)的信息，因此這對(duì)于固體絕緣類熱性故障的診斷造成很大的影響。
[0011]因此為克服上述缺陷，有必要對(duì)目前采用的三比值法進(jìn)行改進(jìn)以提高診斷電力變壓器熱性故障的精度和穩(wěn)定性，同時(shí)避免發(fā)生誤判操作或其他因素產(chǎn)生不良影響。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種輸電變壓器熱性故障檢測(cè)系統(tǒng)，其重點(diǎn)對(duì)熱性故障進(jìn)行監(jiān)測(cè)，該輸電變壓器熱性故障檢測(cè)系統(tǒng)能夠在進(jìn)行三比值法檢測(cè)之前預(yù)先進(jìn)行熱性故障的判斷，假如判斷為熱性故障，預(yù)先進(jìn)行氣體組分的檢測(cè)，如果未涉及到固體絕緣材料分解，選擇繼續(xù)使用三比值法檢測(cè)，假如監(jiān)測(cè)涉及到固體絕緣材料分解，則選擇本申請(qǐng)的二次檢測(cè)判斷法進(jìn)行檢測(cè)。這樣可以最大程度上避免因多重因素影響而產(chǎn)生的測(cè)量不精確或不穩(wěn)定，使得三比值法檢測(cè)效果更優(yōu)，避免了由于固體絕緣類故障所產(chǎn)生的二氧化碳(C02)以及一氧化碳(CO)對(duì)診斷造成的影響。
[0013]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明適應(yīng)不同的故障類型以及故障來源的影響，熱性故障檢測(cè)系統(tǒng)采取了二次檢測(cè)判斷法和三比值法兩種檢測(cè)方法，采用的技術(shù)手段為:
[0014]方案1、一種輸電變壓器熱性故障檢測(cè)系統(tǒng)，包括輸電變壓器ECU單元，儲(chǔ)存器單元，組分濃度檢測(cè)模塊，熱性故障檢測(cè)模塊，電性故障檢測(cè)模塊，三比值法編碼判斷模塊以及熱性故障報(bào)警單元，其中組分濃度檢測(cè)模塊，熱性故障檢測(cè)模塊，電性故障檢測(cè)模塊，三比值法編碼判斷模塊與ECU單元連接，接受ECU單元的控制指令以及向ECU單元反饋各種信號(hào)，儲(chǔ)存器單元分別與ECU單元和三比值法編碼判斷模塊連接，熱性故障報(bào)警單元負(fù)責(zé)將ECU單元輸出的熱性故障預(yù)警信號(hào)進(jìn)行外部顯示處理；
[0015]其中所述組分濃度檢測(cè)模塊能夠循環(huán)檢測(cè)每個(gè)氣體組分的濃度，并將每個(gè)濃度值Di與該氣體組分所對(duì)應(yīng)的極限值D1進(jìn)行依次比較，一旦得到該氣體組分檢測(cè)的濃度超出極限值，則進(jìn)行計(jì)數(shù)器N的計(jì)數(shù)操作，一旦計(jì)數(shù)器N等于或超過K時(shí)，則表示有K組氣體組分超出了極限值，則進(jìn)行啟動(dòng)下一步的故障檢測(cè)操作；
[0016]所述熱性故障檢測(cè)模炔基于所檢測(cè)得出H2，CH4，C2H4，C2H6，C2H2五種組分特征氣體的組分量來判斷是否存在熱性故障，以及當(dāng)判斷為存在熱性故障時(shí)，進(jìn)一步判斷是否存在固體絕緣類故障，當(dāng)存在固體絕緣類故障時(shí)，通過對(duì)比特征氣體量來具體分析熱性故障類型，當(dāng)不存在固體絕緣類故障時(shí)，選擇使用三比值法進(jìn)行故障判斷；
[0017]所述輸電變壓器E⑶單元負(fù)責(zé)對(duì)整個(gè)工作過程進(jìn)行控制，當(dāng)需要進(jìn)行三比值法運(yùn)算來具體判斷故障類型時(shí)，啟動(dòng)三比值法編碼判斷模塊。
[0018]2、根據(jù)方案I的輸電變壓器熱性故障檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，每個(gè)氣體組分包括H2, CH4, C2H4, C2H6, C2H2,總烴。
[0019]3、根據(jù)方案I的輸電變壓器熱性故障檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，通常情況下，K可設(shè)置為K≤6，優(yōu)選為3。
[0020]經(jīng)研究發(fā)明，采用了上述技術(shù)手段，改變了現(xiàn)有輸電變壓器控制系統(tǒng)的單層次判斷模式，提高利用三比值法判斷變壓器故障類型的準(zhǔn)確性；優(yōu)化了變壓器控制系統(tǒng)的預(yù)警故障工作模式，減少了由于各種原因?qū)е碌恼`判誤操作的幾率，保證了輸出預(yù)警狀態(tài)的準(zhǔn)確性，同時(shí)也通過二次檢測(cè)判斷的方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)各級(jí)故障預(yù)警的進(jìn)一步驗(yàn)證檢測(cè)，增強(qiáng)了預(yù)警系統(tǒng)的應(yīng)用性和可靠性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明的輸電變壓器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2為本發(fā)明輸電變壓器熱性故障檢測(cè)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖；
[0023]圖3為本發(fā)明輸電變壓器熱性故障檢測(cè)系統(tǒng)工作流程簡(jiǎn)圖。

【具體實(shí)施方式】
[0024]如圖1所示，本發(fā)明公開了一種油浸式輸電變壓器，該油浸式輸電變壓器結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，該變壓器包括覆蓋整個(gè)變壓器的變壓器殼體1，連接到變壓器殼體I上的絕緣油箱2，變壓器襯墊3，以及輸電變壓器的主要功能件繞組線圈4和鐵芯5，檢測(cè)裝置6和測(cè)溫計(jì)7位于變壓器殼體I上方邊緣處，用于進(jìn)行相關(guān)控制數(shù)據(jù)的檢測(cè)，位于絕緣油箱2內(nèi)的絕緣油10以及空氣層11。
[0025]如圖2所示，本發(fā)明的輸電變壓器熱性故障檢測(cè)系統(tǒng)包括輸電變壓器ECU單元，儲(chǔ)存器單元，組分濃度檢測(cè)模塊，熱性故障檢測(cè)模塊，電性故障檢測(cè)模塊，三比值法編碼判斷模塊以及熱性故障報(bào)警單元。其中組分濃度檢測(cè)模塊，熱性故障檢測(cè)模塊，電性故障檢測(cè)模塊，三比值法編碼判斷模塊與ECU單元連接，接受ECU單元的控制指令以及向ECU單元反饋各種信號(hào)，儲(chǔ)存器單元分別與ECU單元和三比值法編碼判斷模塊連接，熱性故障報(bào)警單元負(fù)責(zé)將ECU單元輸出的熱性故障預(yù)警信號(hào)進(jìn)行外部顯示處理。
[0026]變壓器在運(yùn)行過程中會(huì)受到機(jī)械應(yīng)力、溫度、強(qiáng)電場(chǎng)以及水分、氧氣等各種因素的影響，絕緣油會(huì)在這些因素的作用下發(fā)生碳化、裂解以及氧化等各種化學(xué)反應(yīng)，生成氫氣、低分子烴類化合物、油泥、某些氧化物以及碳?xì)渚酆衔?X蠟)，這就是變壓器絕緣油劣化與老化現(xiàn)象。在正常情況下，絕緣油只生成很少量的一些氣體，這些氣體的含量也通常會(huì)保持在國標(biāo)規(guī)定值以內(nèi)。當(dāng)變壓器發(fā)生內(nèi)部潛伏性故障時(shí)，故障點(diǎn)釋放的能量會(huì)加速絕緣材料的分解產(chǎn)氣，可能導(dǎo)致氣體濃度超過極限值，因此可以通過氣體的濃度來大致判斷變壓器狀態(tài)是否正常。規(guī)定變壓器油中溶解氣體濃度極限值如表所示。
[0027]表變壓器油中氣體組分濃度極限值(uL/L)
[0028]

【權(quán)利要求】
1.一種輸電變壓器熱性故障檢測(cè)系統(tǒng)，包括輸電變壓器ECU單元，儲(chǔ)存器單元，組分濃度檢測(cè)模塊，熱性故障檢測(cè)模塊，電性故障檢測(cè)模塊，三比值法編碼判斷模塊以及熱性故障報(bào)警單元，其中組分濃度檢測(cè)模塊，熱性故障檢測(cè)模塊，電性故障檢測(cè)模塊，三比值法編碼判斷模塊與ECU單元連接，接受ECU單元的控制指令以及向ECU單元反饋各種信號(hào)，儲(chǔ)存器單元分別與ECU單元和三比值法編碼判斷模塊連接，熱性故障報(bào)警單元負(fù)責(zé)將ECU單元輸出的熱性故障預(yù)警信號(hào)進(jìn)行外部顯示處理； 其中所述組分濃度檢測(cè)模塊能夠循環(huán)檢測(cè)每個(gè)氣體組分的濃度，并將每個(gè)濃度值Di與該氣體組分所對(duì)應(yīng)的極限值D1進(jìn)行依次比較，一旦得到該氣體組分檢測(cè)的濃度超出極限值，則進(jìn)行計(jì)數(shù)器N的計(jì)數(shù)操作，一旦計(jì)數(shù)器N等于或超過K時(shí)，則表示有K組氣體組分超出了極限值，則進(jìn)行啟動(dòng)下一步的具體故障檢測(cè)操作； 所述熱性故障檢測(cè)模炔基于所檢測(cè)得出H2，CH4，C2H4，C2H6，C2H2五種組分特征氣體的組分量來判斷是否存在熱性故障，以及當(dāng)判斷為存在熱性故障時(shí)，進(jìn)一步判斷是否存在固體絕緣類故障，當(dāng)存在固體絕緣類故障時(shí)，通過對(duì)比特征氣體量來具體分析熱性故障類型，當(dāng)不存在固體絕緣類故障時(shí)，選擇使用三比值法進(jìn)行故障判斷； 所述輸電變壓器ECU單元負(fù)責(zé)對(duì)整個(gè)工作過程進(jìn)行控制，當(dāng)需要進(jìn)行三比值法運(yùn)算來具體判斷故障類型時(shí)，啟動(dòng)三比值法編碼判斷模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的輸電變壓器熱性故障檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，每個(gè)氣體組分包括H2, CH4, C2H4, C2H6, C2H2,總烴。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的輸電變壓器熱性故障檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，通常情況下，K可設(shè)置為K≤6，優(yōu)選為3。
【文檔編號(hào)】G01R31/00GK104076229SQ201410341276
【公開日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2014年7月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月16日
【發(fā)明者】胡小青 申請(qǐng)人:胡小青