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1、前言

變壓器是電力系統的重要設備，其狀態(tài)好壞，直接影響電網(wǎng)的安全運行。因此，對電力變壓器進(jìn)行在線(xiàn)監測，及時(shí)掌握設備的狀態(tài)，一直是電力工作者的夢(mèng)想和追求。變壓器的狀態(tài)監測，就是通過(guò)對有關(guān)參數、信號的采集和分析，檢出內部的初期故障及其發(fā)展趨勢，生產(chǎn)主管部門(mén)立即組織人員進(jìn)行綜合分析，診斷設備的狀態(tài)，減少損失，避免惡性事故的發(fā)生，將傳統的定期維護轉為狀態(tài)維護，從而提高電網(wǎng)的安全經(jīng)濟運行，改善對用戶(hù)的服務(wù)質(zhì)量。

由于變壓器在設計、制造、安裝和運行維護等方面原因使絕緣存在缺陷，抗短路能力降低，因此近年來(lái)主變的事故較多，其中威脅安全嚴重的為繞組局部放電性故障。根據國家電力公司對2001年全國110kV及以上主變事故的調查，得知繞組的事故占總事故臺數的74、6[1](福建省網(wǎng)為80)。因此，提高變壓器安全運行的主要任務(wù)是早期檢出繞組內部的局部放電性缺陷。

油中氣體含量分析，是檢測變壓器內部故障的好方法。在原電力部頒發(fā)的DL/T596-1996《電力設備預防性試驗規程》中，已將其列為變壓器*的試驗項目。據初步統計，我國通過(guò)油中氣體含量分析，每年都能檢出近300臺左右的故障或異常的設備，為電網(wǎng)的安全經(jīng)濟運行發(fā)揮了重要的作用。但是常規的油中氣體分析為離線(xiàn)監測，根據監督規程，取樣周期一般在3個(gè)月至1年，這樣的間斷檢測，對過(guò)熱和懸浮電位放電性故障的檢測是可以勝任的，而對于嚴重威脅設備安全的繞組內部的匝層間和圍屏的局部放電性故障，則難以被及時(shí)檢出。為此，國內外學(xué)者多年來(lái)一直致力于油中氣體和局部放電等在線(xiàn)監測的研究。我國80年代成立了《高壓電氣設備絕緣在線(xiàn)監測協(xié)作網(wǎng)》，2002年5月在福州市召開(kāi)了年會(huì )，國家電科院高壓所和全國高壓專(zhuān)委會(huì )于2002年12月中在北海市召開(kāi)了研討會(huì )，組織編寫(xiě)《在線(xiàn)監測管理導則》，這將有力地推動(dòng)了我國絕緣在線(xiàn)監測的開(kāi)展，為設備的狀態(tài)監測提供法規依據。

目前變壓器在線(xiàn)監測項目可分為油中氣體、水分和絕緣兩大類(lèi)。絕緣監測項目主要有介損、泄漏電流和局部放電，其中介損和泄漏電流只能反映總體絕緣狀態(tài)，難以檢出局部缺陷;而局部放電在線(xiàn)監測的抗干擾技術(shù)尚未得到解決[2]，因此，目前變壓器在線(xiàn)監測在很大程度上是油中氣體和水分在線(xiàn)監測。本人長(cháng)期從事油中氣體、水分檢測和內部故障的診斷，80年代與北京、吉林、陜西、安徽和貴州等省市的電力試研所合作，研制了以氫敏器件為傳感器的油中氫氣在線(xiàn)監測裝置，雖然在全國應用200多套，但因當時(shí)傳感器的穩定性差而告終。隨著(zhù)電力工業(yè)的發(fā)展，對電網(wǎng)的安全可靠性提出了很高的要求，希望能將目前的定期維護逐步過(guò)渡到狀態(tài)維護，這就要求對變壓器進(jìn)行狀態(tài)監測。近年來(lái)，傳感器技術(shù)、微機技術(shù)和油氣分離技術(shù)得到迅速的發(fā)展，為變壓器在線(xiàn)監測的實(shí)施創(chuàng )造了條件。

2、變壓器內部局部放電的特點(diǎn)

變壓器內部故障分為過(guò)熱和放電兩大類(lèi)。過(guò)熱性故障發(fā)展較緩慢，在短時(shí)間內不會(huì )釀成事故。而局部放電性故障，尤其是匝、層間和圍屏的局部放電，就大不相同了。因為當這些部位的絕緣受損后，其沿面放電電壓將降低，在受到內部或外部過(guò)電壓的沖擊后，絕緣性能迅速下降，引起局部放電及至發(fā)展成電弧放電而燒毀。給電網(wǎng)和人民生活造成嚴重的損失!因此，變壓器在線(xiàn)監測的目的，就應立足于將局部放電性缺陷在火花放電階段前檢測出來(lái)，進(jìn)而采取有效措施，防止事故的發(fā)生。

有些人認為放電性故障發(fā)展速度快，是突發(fā)性的，油中氣體無(wú)法早期檢出。*，任何事故都有一個(gè)產(chǎn)生、發(fā)展的過(guò)程，也就是從量變到質(zhì)變的過(guò)程。變壓器內部局部放電，也有一個(gè)從電暈發(fā)展到爬電、火花放電，后形成電弧放電的過(guò)程。其發(fā)展速度取決于故障部位和故障能量的大小。筆者分析了十幾年來(lái)發(fā)生的主變事故，發(fā)現有相當數量的事故有幾個(gè)小時(shí)的發(fā)展過(guò)程，如1987年1月福建三明后山1號主變(220kV，90MVA)因高壓B相圍屏樹(shù)枝狀放電引起的事故，2000年7月31日廈門(mén)嵩嶼電廠(chǎng)2號主變(220kV，370MVA)因低壓角接線(xiàn)水平木支架絕緣缺陷引起的事故，2001年8月22日福建池潭水電廠(chǎng)1號主變(220kV，150MVA)因110kV中壓C相繞組在整個(gè)軸向變形后再次受到雷電沖擊引起的事故，以及2002年3月22日廣東大亞灣核電站2號主變C相低壓角接線(xiàn)的短路事故等，都有數小時(shí)的發(fā)展過(guò)程。如果選用對故障氣體響應快的監測裝置，使其在火花放電階段被檢出，則就有可能防止惡性事故的發(fā)生。

3、油中氫氣在線(xiàn)監測局部放電性故障的必要性和可能性

*，變壓器內部的絕緣油、紙、布、漆和木頭等絕緣材料都為碳氫化合物或碳水化合物，在分子結構中碳氫鍵(C-H)多，其鍵能低，因此在分解時(shí)容易斷裂;而氫氣的生成熱小，因此在碳氫鍵斷裂后氫氣易生成;又因為氫氣的分子半徑小，在油中的溶解度也小，使氫氣容易從油中析出后滲透過(guò)高分子膜，使其以快的速度集聚到檢測室。因此，選擇氫氣為監測對象應是局部放電性故障早期檢出理想的故障氣體。

有的人提出乙炔(C2H2)是放電性故障具代表的特征氣體。這確實(shí)如此，但C2H2分子中有CC鍵，生成時(shí)必須吸收較大的能量，在局部放電的初期不可能產(chǎn)生，只有在火花放電后期才會(huì )有少量C2H2，但此時(shí)距電弧放電很近，惡性事故很快就會(huì )發(fā)生，即使這時(shí)被檢出，也沒(méi)有時(shí)間來(lái)采取防患措施，避免事故的發(fā)生了。

有的人提出，只監測氫氣、水分不能進(jìn)行綜合判斷，而應該監測多組分才能作出診斷。這種想法也是很正常的，但是，我們應該認識到，在線(xiàn)監測的是運行設備，要停運不可能只靠油中氣體含量的診斷來(lái)決定設備立即停電!就是目前試驗室的色譜分析，盡管所檢測的組分很多，判斷的方法很多，也很成熟，但當檢出油中氣體含量異常后，也不可能下令立即停電!在線(xiàn)監測的目的主要是對變壓器內部故障起"哨兵"的作用，即在準確檢出初期故障發(fā)出報警。為此，在線(xiàn)監測裝置不僅要求連續在線(xiàn)，而且要求對故障氣體的響應速度要快。若檢測多組分只能通過(guò)二個(gè)方法來(lái)實(shí)現:一為色譜法，這將帶來(lái)取樣、進(jìn)樣和色譜柱分離等過(guò)程，使監測變成間斷進(jìn)行;二為用多個(gè)傳感器分別監測各組分，因目前傳感器質(zhì)量不過(guò)關(guān)，近年內無(wú)法實(shí)現。通過(guò)上述分析，得知選擇連續監測油中氫氣才是檢出早期局部放電故障的方法。

4、油中水分在線(xiàn)監測

變壓器油是內部的主要絕緣材料，水是影響絕緣性能主要的因素。當油中水分含量增加到一定值后，將引起絕緣性能的急劇下降，及至引起事故。因此，通過(guò)監測變壓器油中水分含量，不僅可以防止變壓器油絕緣強度降低到危險水平，而且還可對變壓器整體的絕緣狀況進(jìn)行評估[4]。

近年來(lái)，我國也曾發(fā)生過(guò)幾起因變壓器受潮進(jìn)水引起的事故，造成嚴重的損失。因此，實(shí)時(shí)檢測變壓器油中水分也非常重要，尤其對于強油水冷和濕度較大地區的重要變壓器顯得更為迫切。其裝置不僅要求反應速度快，而且要穩定準確。這就要求濕度傳感器安裝在強油循環(huán)部位或自備循環(huán)油泵回路上。

5、油中氣體在線(xiàn)監測裝置應具備的功能

由于油中氣體在線(xiàn)監測的目的是為了早期檢出局部放電性故障，因此，該裝置應具備的重要功能可歸納為準、快、簡(jiǎn)三個(gè)方面。所謂準，就是所選擇的監測對象應該是局部放電初期主要的特征氣體，前面已述油中氫氣是各種故障時(shí)先產(chǎn)生的特征氣體，更是局部放電性故障的主要特征氣。然而值得說(shuō)明的是，目前的離線(xiàn)色譜檢測，在取樣、貯運、脫氣、進(jìn)樣等操作環(huán)節中，氫氣極易損失，使分析結果往往出現較大的分散性，因而曾引起一些人懷疑氫氣監測的有效性的。

所謂快，就是對故障氣體的反應速度要盡量快!因為局部放電性故障的發(fā)展速度快，因此要求監測裝置在故障氣體產(chǎn)生20分鐘后，就應發(fā)出報警，運行人員立即向有關(guān)部門(mén)匯報，進(jìn)行綜合分析后，采取有效果斷的措施，以便防止惡性事故的發(fā)生。這不僅要求采樣、檢測單元安裝在強油循環(huán)回路上或本身備有循環(huán)油泵，而且油氣分離的透膜要大，以便氣體快速進(jìn)入檢測室。

所謂簡(jiǎn)，就是要求裝置系統簡(jiǎn)單、安裝方便、運行維護少乃至免維護。

因此，在線(xiàn)監測裝置只有具備了"準"、"快"，才能對內部故障起到"哨兵"的作用;只有做到"簡(jiǎn)"，給用戶(hù)帶來(lái)了方便、經(jīng)濟，才能得到推廣。

6、結束語(yǔ)

通過(guò)本文論述，得出如下看法：

油中氣體在線(xiàn)監測的主要目的是對變壓器內部局部放電性故障起"哨兵"的作用，而非綜合分析;生產(chǎn)主管部門(mén)在得知在線(xiàn)監測裝置的準確"報警"后，應立即采取果斷有效措施，以便減少損失，避免惡性事故的發(fā)生。

氫氣是變壓器內部局部放電性故障早產(chǎn)生的主要特征氣體，選用性能穩定，對故障氣體響應快的油中氫氣在線(xiàn)監測裝置，可望對變壓器內部局部放電發(fā)展較慢的缺陷，在火花放電階段檢測出來(lái)，從而減少損失，避免惡性事故的發(fā)生。

我們在選擇油中氣體在線(xiàn)監測裝置時(shí)，必須走出用色譜法檢測多組分的誤區，而要從"準"、"快"、"簡(jiǎn)"入手，對其功能作綜合評價(jià)，安裝上對安全經(jīng)濟具有實(shí)效的裝置。