天水会议

ZNPT变压器在线监测技术的分析与研究王垚总工程师国电电力中能公司美国通用电气在线监测类产品内容•为什么要对变压器实施在线监测?•变压器的老化与故障模型•变压器故障统计与分析•现行的变压器监测手段•变压器在线监测的实际产品•国内变压器在线监测的运行情况•变压器气相色谱在线监测的误区•总结为什么要对变压器实施在线监测??实际生产管理中的矛盾•设备老化•降低运行费用•有经验的技术人员的流动•负荷不断增加•电力市场化要求•保证安全•增强供电可靠性•减少故障后的维修费用为什么要对变压器实施在线监测?对故障实施早期监测防止变压器发生灾难性事故监视气体演变及调整负荷至安全水平帮助制订更可靠的维修计划更安全的工作环境常规试验手段的补充变压器的灾难性事故！变压器的灾难性事故！高昂的更换费用-300MVA变压器（美国）•移动损坏设备:$50,000•新设备投资:$2,000,000•新设备安装费:$75,000•新设备实验费:$25,000•社会影响??•总额:$2,150,000++变压器的寿命管理0102030405060（年）事故率%无在线监测有在线监测运行早期稳定期运行晚期更换可接受的事故速率无在线监测有在线监测变压器的老化与故障模型在线监测的理论依据:IEEE对变压器的主要部分(绕组绝缘系统，铁芯，油绝缘系统，冷却系统等)的故障现象，可测量信号，及分析模型的定义ComponentPhenomenonleadingtofailureMeasuredsignalsDiagnosticmodelMagneticcircuitLegsYokesOverheatingoflaminationsTopandbottomtemperaturesAmbienttemperatureLinecurrentsHydrogenormulti-gasThermalmodelGasmodelscoregroundmagneticshieldFloatingcoreandshieldgroundscreatedischargeHydrogenormulti-gasAcoustical&ElectricalPDGasmodelsPDmodelWindinginsulationmajor:phase-to-phasewinding-to-windingGeneraloverheatingTopandbottomtemperaturesAmbienttemperatureLinecurrentsHydrogenormulti-gasThermalmodelGasmodelswinding-to-groundLocaloverheatingHydrogenormulti-gasGasmodelsminor:turn-to-turnlayer-to-layerdisk-to-diskMoisturecontaminationTopandbottomtemperaturesAmbienttemperatureRSmoistureinoilMoisturemodelBubblesgenerationTopandbottomtemperaturesAmbienttemperatureTotalPercentDissolvedGas-in-OilMoistureandThermalmodelGasmodelsLinecurrentsRSmoistureinoilPartialdischargeHydrogenormulti-gasGasmodelsAcoustical&ElectricalPDPDmodelWindingdistortionLinecurrentsLinevoltagesElectricalmodelFRACoilsReducedClampingPressureLoosenessofWindings&CoreLiquidinsulationMoisturecontaminationTopandbottomtemperaturesAmbienttemperatureRSmoistureinoilMoisturemodelArcingHydrogenAcetylenePartialdischargeHydrogenormultigasAcoustical&ElectricalPDGasmodelsPDmodelLocaloverheatingHydrogenormultigasPumps/fansmodelCoolingSystemfanpumpElectricalfailuresofpumpsandfansMotor(fan,pump)currentsTopoiltemperatureGasmodelFailureorinaccuracyoftopoiltemperaturesensorAmbienttemperatureStandardmechanicalvibrationThermalmodelDissolvedmetalstestradiatorsDefectsinthedirectedflowsystemTopandbottomtemperaturesAmbienttemperatureLinecurrentsInternalorexternalblockingofradiatorsresultinginpoorheatexchangeThermalmodelOilandwindingtemperatureforecastingOverloadingoftransformerTopandbottomtemperaturesAmbienttemperatureLinecurrentsThermalmodelIEEE®DraftPowerTransformerOn-LineMonitoringGuide绝缘油3个重要功能：1.热量的交换2.电绝缘3.内部故障的传输媒介：气体，声学信号CCHHHHCCHHHHCCHHHHCCHHHHCCHHHHHHHH变压器油氢气CCHHHHCCHHHCCHHHHCCHHHHCCHHHHH故障的化学特性CCHHHHCCHHHHCCHHHHCCHHHHCCHHHHHHHCHHH变压器油甲烷CCHHHHCCHHHCCHHHHCHHCCHHHHH故障的化学特性CCHHHHCCHHHHCCHHHHCCHHHHCCHHHHHHCCHHHHCCHHHCCHHHHCCHHHHHHCCHHHHH变压器油乙烷故障的化学特性CCHHHHCCHHHHCCHHHHCCHHHHCCHHHHHHCCHHHHHHCCHHHHCCHHHCCHHHHCCHHHHH变压器油乙烯氢气故障的化学特性CCHHHHCCHHHHCCHHHHCCHHHHCCHHHHHHHHCCHHHHCCHHHHCCHHHCCHHHHCCHHHHH变压器油乙炔氢气故障的化学特性CCHHHHCCHHHHCCHHHHCCHHHHCCHHHHHHHHCCHHHHHHHCHHHHCCHHHHHHHHYDROGENCCHHHH故障的化学特性故障气体的演变vs能量不同类型的故障裂解变压器油后产生了不同的气体HCHHCHHHCHHCHHCHCHHH氢气乙烷乙烯乙炔607kJ/mole720kJ/mole960kJ/mole338kJ/mole故障气体的演变vs温度气体的演变vs.故障温度不可更新的绝缘系统3个重要功能：1.绝缘2.机械强度3.延长寿命固体纸绝缘系统变压器的老化与故障模型绝缘纸的组成纤维素结构葡萄糖单元CH2OHOOHOHOCH2OHOHOHOOCH2OHOHOHO绝缘纸的劣化原因：变压器的老化与故障模型•发热•纸中的水分•氧化•劣化破坏了纤维素结构，降低了机械强度OCHOHHHHOHHOHCO80°C-300°C+++CH2OHOHOHOOHHHHHOHOH+C变压器的老化与故障模型一氧化碳CO二氧化碳CO2当纤维素结构被破坏时所产生的气体产生的故障气体故障点温度(C)200250300100500400100200300400500600700800900100000204080°C130°C时间(年)100°C绝缘纸的聚合度DPv绝缘纸的劣化（温度的影响）变压器的老化与故障模型绝缘纸的劣化纸中水分的影响051015202530354045508090100110120130140绕组热点温度°C绝缘纸的老化因素(IEEE)IEEEKraft0.5%Water1%2%3%4%5%®变压器的老化与故障模型绝缘纸的氧化变压器的老化与故障模型•变压器的油绝缘系统和纸绝缘系统因氧化作用而劣化•绝缘纸的氧化会产生水，CO和CO2•氧化作用会加速绝缘纸的老化绝缘纸的聚合度(DPv)变压器的老化与故障模型•聚合度是指一个链上葡萄糖分子的平均数•新纸:800-1000units/chain,DPv=800-1000•当绝缘纸的DPv为200时,它就变得易碎且不能承担运行压力变压器故障统计与分析根据各网省局报送，截止到2000年底，全国在役的110KV及以上变压器共14539台，总容量为1089951.8MVA。2000年内全国变压器共发生事故32台，年台次事故率为0.22%；事故容量4712.0MVA，年容量事故率为0.43%。全国变压器运行情况与事故统计00.10.20.30.40.50.60.70.80.91110KV220KV330KV500KV年台次事故率年容量事故率不同电压等级变压器2000年的平均事故率0102030405060708090100线圈主绝缘套管事故分接开关其它故障变压器事故部位统计事故原因台数％容量％短路强度不够1134.4893.019.0结构设计不合理、制造工艺及材质控制不严1031.32577.554.7分接开关故障412.5270.05.7雷击34121.52.6误操作26.2360.07.6套管质量不良13.1250.05.3其他13.1240.05.1总计32100.04712.0100.0变压器事故原因分析变压器发生事故的原因75％与制造过程有关。变压器的运行维护、试验和检修，发现和消除了不少存在的缺陷，避免了部分事故的发生OutageRate(MTBO)ComponentResponsible110-149kV150-199kV200-299kV300-399kV500-599kV600-799kV110-799kVBushings0.0062(161)0.0079(127)0.0056(178)0.0007(1428)0.0055(182)0.0040(250)0.0055(182)Windings0.0022(455)0.0016(625)0.0019(526)0.0022(500)0.0027(370)0.0860(167)0.0024(417)On-loadtapchangers0.0086(116)0.0048(208)0.0092(109)0.0136(74)0.0064(156)0.0067(149)0.0087(115)Core0.0015(667)0(-)0.0009(1111)0(-)0(-)0(-)0.0010(1000)Leads0.0013(769)0(-)0.0005(2000)0.0007(1428)0(-)0.0020(500)0.0010(1000)Coolingequipment0.0017(588)0.0207(48)0.0054(185)0.0101(99)0.0091(110)0.0154(65)0.0053(187)Auxiliaryequipment0.0028(357)0.0540(19)0.0440(23)0.0108(93)0.0036(278)0.0121(83)0.0250(40)变压器事故原因分析（北美）现行的变压器监测手段变压器在线监测的目标连续准确地对变压器的运行状况实施监测，对故障情况及时报警，并为管理人员提供检修建议。变压器的可监测部位可在线监测的参数•温度–主油