發(fā)展前景廣闊 變壓器在線監(jiān)測(cè)助智能電網(wǎng)建設(shè)提速
發(fā)布時(shí)間：2016-10-17
隨著國(guó)家電網(wǎng)公司加快建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)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(duì)智能電網(wǎng)建設(shè)具有巨大的推動(dòng)作用。變壓器在線監(jiān)測(cè)功能和實(shí)時(shí)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(cè)，就是依據(jù)變壓器的各種機(jī)械和電氣特性，通過(guò)對(duì)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(dòng)分析，監(jiān)測(cè)變壓器的運(yùn)行狀態(tài)。現(xiàn)代傳感技術(shù)、微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)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(cè)奠定了堅(jiān)實(shí)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(cè)功能。
1.變壓器在線監(jiān)測(cè)的優(yōu)越性
變壓器在電網(wǎng)中長(zhǎng)期運(yùn)行，不可避免地會(huì)累積各種缺陷。這些缺陷發(fā)展為故障的進(jìn)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(yùn)行過(guò)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(guò)在線監(jiān)測(cè)及時(shí)發(fā)現(xiàn)并加以避免的。對(duì)變壓器可能發(fā)生的故障及時(shí)準(zhǔn)確做出預(yù)測(cè)，不僅是電網(wǎng)運(yùn)維人員關(guān)注的熱點(diǎn)，也是保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。
作為變壓器檢修的常用方式，預(yù)防性試驗(yàn)和定期檢修具有較大的盲目性和強(qiáng)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(shì)。它以設(shè)備當(dāng)前的現(xiàn)實(shí)狀況為依據(jù)，通過(guò)智能化的監(jiān)測(cè)手段，對(duì)設(shè)備進(jìn)行縱向、橫向比較分析，識(shí)別故障的早期征兆，并對(duì)故障部位與程度以及發(fā)展做出趨勢(shì)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(gè)方面的優(yōu)勢(shì)：增強(qiáng)了輸變電設(shè)備的供電可靠性；對(duì)故障實(shí)施早期檢測(cè)，幫助制定更可靠的維修計(jì)劃；降低了檢修成本和檢修難度，減少了設(shè)備檢修風(fēng)險(xiǎn)；節(jié)省了大量人力物力；延長(zhǎng)了變壓器的全壽命周期。
2.變壓器在線監(jiān)測(cè)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(cè)和狀態(tài)診斷兩部分構(gòu)成。監(jiān)測(cè)方式一般為常規(guī)監(jiān)測(cè)、在線監(jiān)測(cè)、特殊監(jiān)測(cè)等。變壓器在線監(jiān)測(cè)是基于各傳感器獲取的變壓器的狀態(tài)信息，再通過(guò)計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)所監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算，對(duì)變壓的運(yùn)行狀態(tài)做出科學(xué)的評(píng)估和預(yù)測(cè)，最終經(jīng)監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)進(jìn)行綜合智能診斷，給出決策方案，以確定其最佳檢修時(shí)間。在線監(jiān)測(cè)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，就在于其監(jiān)測(cè)功能和診斷功能有機(jī)結(jié)合后具有綜合判斷決策能力。
變壓器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可分為集中式與分散式兩種。其中，集中式是對(duì)所有被測(cè)設(shè)備進(jìn)行定時(shí)或巡回監(jiān)測(cè)；分散式是采用專門的測(cè)試儀器所測(cè)取的信號(hào)進(jìn)行就地測(cè)量。
變壓器在線監(jiān)測(cè)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(guò)連續(xù)監(jiān)測(cè)在一段時(shí)間內(nèi)狀態(tài)參數(shù)，及時(shí)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(shì)來(lái)判定變壓器運(yùn)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(lái)的經(jīng)濟(jì)損失。對(duì)運(yùn)行中的變壓器進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，彌補(bǔ)了常規(guī)試驗(yàn)與檢測(cè)手段的不足。盡管依據(jù)捕捉到的變壓器動(dòng)態(tài)信息對(duì)其進(jìn)行內(nèi)部突發(fā)性故障預(yù)測(cè)還存在一定的局限性，但它仍是目前制訂變壓器檢修計(jì)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(cè)對(duì)所采用的傳感器與監(jiān)測(cè)儀，具有高度可靠性、免維護(hù)性和自檢功能。一旦監(jiān)測(cè)儀自身存在問(wèn)題，可自動(dòng)發(fā)出聲光呼叫報(bào)警信號(hào)。因此，它消除了常規(guī)檢測(cè)方法中檢測(cè)裝置異常所導(dǎo)致的誤判問(wèn)題。
變壓器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的投資費(fèi)用，主要包括傳感器和智能監(jiān)測(cè)軟件兩部分。據(jù)國(guó)內(nèi)外有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，一套完整的變壓器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的成本一般約為變壓器價(jià)格的1%。但由于能夠及時(shí)準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)變壓器的早期故障，使其運(yùn)行維護(hù)成本降低75%，每年所節(jié)約的費(fèi)用相當(dāng)于變壓器價(jià)格的2%，而且可以延長(zhǎng)使用壽命10年左右，其經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)可觀。
3.變壓器在線監(jiān)測(cè)方法
變壓器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)變壓器的故障判定，一般不是根據(jù)所測(cè)參數(shù)絕對(duì)值進(jìn)行，而是根據(jù)其參數(shù)的變化趨勢(shì)判定。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在相應(yīng)數(shù)據(jù)傳感采集的基礎(chǔ)上，進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)據(jù)分析處理，最終得出變壓器的趨勢(shì)性故障預(yù)測(cè)。其基本監(jiān)測(cè)程序是：傳感器—數(shù)據(jù)收集—數(shù)據(jù)存儲(chǔ)—狀態(tài)分析—故障分類—判定故障—提出方案。
實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)取自于變壓器的本體和附屬組件，數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)變壓器的全面信息，包括原始參數(shù)、歷史數(shù)據(jù)、運(yùn)行狀況、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、知識(shí)經(jīng)驗(yàn)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(jìn)的小波變換法。對(duì)于鐵芯、繞組、油溫、負(fù)荷等眾多繁雜的數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)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(yùn)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(guò)熱、鐵芯過(guò)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(cè)診斷系統(tǒng)最終將分析結(jié)果與數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)作為判據(jù)，做出故障判定并提出變壓器的維護(hù)解決方案。監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)的所有信息均可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行上傳與查詢，給電網(wǎng)運(yùn)行與維護(hù)帶來(lái)極大方便，滿足智能電網(wǎng)的要求。
變壓器在線監(jiān)測(cè)的范圍極其廣泛，它幾乎囊括了可能出現(xiàn)故障的所有問(wèn)題。如熱點(diǎn)監(jiān)測(cè)、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(fù)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(dòng)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(chǔ)油柜的油位等。
4.變壓器在線監(jiān)測(cè)的具體應(yīng)用
某電力設(shè)備集成商運(yùn)用四信通信工業(yè)無(wú)線路由器，搭建一個(gè)基于無(wú)線通信運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定、可靠的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，對(duì)變壓器進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。其設(shè)計(jì)思想為：通過(guò)變壓器特征氣體檢測(cè)模塊檢測(cè)變壓器絕緣油中特征氣體的濃度，通過(guò)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(dá)到故障預(yù)警，然后通過(guò)四信工業(yè)無(wú)線路由器將數(shù)據(jù)傳送至監(jiān)控中心，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)的功能。
將實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合，應(yīng)用到變壓器的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)中，通過(guò)在線監(jiān)測(cè)變壓器礦物絕緣油中溶解氣體的濃度，利用無(wú)線傳輸技術(shù)將數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控中心進(jìn)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(wèn)題，同時(shí)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(cè)的發(fā)展趨勢(shì)
從變壓器在線監(jiān)測(cè)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(qiáng)、使用壽命偏短、價(jià)格偏高等缺陷，但由于其具有常規(guī)檢測(cè)手段所無(wú)可比擬的優(yōu)越性，所有問(wèn)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(hù)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(zhǎng)。故障分析軟件系統(tǒng)也將與離線試驗(yàn)、設(shè)備狀態(tài)、運(yùn)行數(shù)據(jù)等信息有機(jī)融合，開展綜合化的在線診斷，不同系統(tǒng)的在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)將通過(guò)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(dòng)，以及各科研院所、在線監(jiān)測(cè)公司研發(fā)力度的不斷加大，在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用工作正在穩(wěn)步推進(jìn)，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(biāo)準(zhǔn)的最終統(tǒng)一。
在經(jīng)濟(jì)層面，隨著國(guó)內(nèi)在線監(jiān)測(cè)設(shè)備生產(chǎn)與軟件開發(fā)廠商研發(fā)力度的加強(qiáng)和國(guó)外同類產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)，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(jià)格將大幅下降，而且性價(jià)比也將大幅提高。
6.結(jié)束語(yǔ)
綜上所述，只有建立在變壓器智能化在線監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)上的狀態(tài)檢修，才具有真正的現(xiàn)實(shí)意義。它不僅避免了預(yù)防性試驗(yàn)和定期檢修所帶來(lái)的盲目性和強(qiáng)制性，節(jié)省了大量的人力、物力和財(cái)力，而且增強(qiáng)了輸變電設(shè)備的供電可靠性，延長(zhǎng)了變壓器的使用壽命，具有廣闊的發(fā)展前景。
