变压器寿命管理

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1、变压器寿命管理 摘要 二十世纪九十年代的事实已经促使电力公司和其他电力变压器的所有者们关注他们当前资 产的维护以及拓展其可能的使用寿命.因此,所有的用户都在研究如何从他们当前安装的设备 中榨取最后一滴性能.同时,新的对不同维护方法的思考也已经昭示 ,存在很多种新的方法,可花较少的钱来提高设 备的可靠性.技术的进步已经提供了新的方法,并将分布式思想应用到变压器和其他设备中 , 不仅提供了有关运行条件的数据,而且现在也能够进行实时的诊断,从而为所有者提供关于这 些受监测的设备的重要信息,管理设备使用寿命的概念现在变成了现实.引言:电力公共设施面临的挑战 在过去数年内,电力公司面临的挑战概括为一句话

2、说就是降低运行费用,提高发电及输电设 备的可用性,以及改善对客户群的电力供应和服务.同时,在一个可用资源正在无情减少的环 境中,来自股东和竞争的压力正在不断地上升.由于费用以及对新资本的需求必须大幅消减,所有相关方面的联合行动肯定会影响收益论述 和资产平稳表中的内容.重要的充油式电气设备如变压器,并联电抗器,电流互感器和高压套管,都是电力电源系统中 的关键部件.它们可靠连续地运行对发电和输电的赢利是至关重要的,其采集,更换,运输,安装 和维修方面的费用在整个系统中也是最高的.它们如果出现失效并因而导致无法使用,将带来 收益上的损失.这些失效如果是灾难性的,将需要相当的费用,用于外围设备的破坏,

3、环境破坏 和非计划的紧急使用人力资源以及替代电源等方面.对变压器,并联电抗器,电流互感器和高压套管中初始故障的早期检测将会创造经济收益 ,产 生可以预测的结果影响,该结果用于应对面临的挑战.一. 变压器监控和管理的优点概述1. 能够以最大的经济效益运行变压器 监测使得计划性停电成为可能,也可以用于设备使用的管理. 在一个没有管制的环境中,对过负荷突发需求的快速反应和市场机会的充分利用将会成为任 何一个电力供应商获得成功的关键.2. 以高效的和经济的维护来管理和延长变压器的使用寿命 由于设备的维修按照既定的维修计划进行 ,常常是现场维修,并且多数是在保用期内,因此将 会降低运行费用.当故障以适度

4、的可预见的速度发展时 ,设备可以一直处于运行状态,有时处于减负荷状态.这 种状况可以避免收益受到损失,可提供时间用于有序的计划设备的维修和更换.这些行动常常 在现场即可进行,因为时间因素提高了必要资源的可用性.现场维修可以创造不菲的经济上的 收益,不但对于变压器的所有者,而且对于那些产品还处于保用期的制造商来说亦是如此. 管理和延长电力设备的使用寿命需要可靠的和连续的监控,因为所采取的对变压器使用寿命 有影响的任何行动的有效性都需要定期进行测试.对电力设备使用寿命的成功的管理和延长 可以产生资金上的收益,对资产平稳表产生影响,从而可以将资本更多地投入到其它需要中去.3. 能够检测到故障的最初迹

5、象,监视已出现的故障的发展.一旦探测出一个故障并且对其发展进行跟踪监视,那么就可以对该故障的严重程度进行评估, 从而可依据监视做出行动决定.检测出早期故障并且及时采取行动,可限制其对设备的损害.早期检测可以限制临近损害的数 量,确定需要进行维修和维护的区域.4. 减少和尽可能的避免非计划停电和故障 变压器内部初始故障的早期检测可以大大减少非计划性停电,提高电力和服务的可靠性.故障状态常常会导致灾难性事故.其早期检测可以限制这种事件的产生,提高变电站人员的安 全性.监视一个快速发展的故障并评估其发展,可提供必要的信息来配置所有基本的资源及时做出 反应,减少其整体的损害.二. 变压器监测和管理 充

6、油式变压器对于所有业主来说都是其资产的重要部分,其意外故障或者停电带来严重的后 果占有巨大的比例.电力变压器在正常的运行中是可靠的,其总的故障率为 12%.自二战以后在电力事业有着巨 大投资，这种情况持续到二十世纪七十年代初期，那时形成的一定数量的变压器群体,理论上 已经接近了其使用寿命的末期变压器寿命的终结通常定义为绕组内固体绝缘的机械强度的 丧失.随着绝缘系统（油和纸）测试技术的进步,依靠检测绝缘系统退化的早期信号,通过连续的在线 监测，可以延长某些设备的使用寿命.通过对变压器运行主要指示信号或者参数进行连续的在线监测 （如油中溶解的气体），可以实 施对此运行数据进行行业认可的诊断，确定该

7、装置的状况.在电力变压器中出现的热和电气故障总是伴随着油中溶解的气体的形成.对这些气体进行分 析是对于早期故障的探测，故障类型的识别以及监视其随着时间的发展的一个受到普遍认同 的方法.这种方法的灵敏度相当高，在问题变得严重到足以从瓦斯继电器中产生报警之前 ，发 展中的故障即可被探测出来.这种早期报警可以让所有者在出现以外故障之前即可做一些提 前的计划，对设备进行维修或者更换.传统方法,SCADA，集中数据采集和分析集中数据采集和管理起源于SCADA应用程序迄今为止,很多用户已经使用了 SCADA技术 在变电站中对设备进行数据的采集和传输按一定的周期采集信号（通常420mA，或者RTD 测量）,

8、然后每小时或者每天进行传送.这种概念需要大量数据的存储能力，很少或者没有数据处理或者建模其重点是数据向中心点 （通常是控制室内）传送中达到预设的门限值时产生报警.SCADA系统只是一个数字的累积系统如果对数据进行任何的处理或者建模，则常常需要 人工的干预和建模，或者进行数据的统计分析而大多数的工程师已经没有这个时间了.不仅如此,关一个存放特定变压器信息（不同的数据库）位置的数量是大量和复杂的.通常很难 找到所需要的数据.对测试结果的诊断可以通过目前提供的多种商业软件来实现但这需要进入公司内的其它数 据库,以及要进入其它的您最需要而无法找到的信息的位置.这些测试结果数据库通常没有与SCADA系统

9、联系在一起因此，测试结果数据的操作与变压 器上的基本信息之间的关联将耗费大量的时间.分布式概念与集中式数据存储和分析每一台变压器都有其不同之处,这一点就象人一样,有其特殊的属性和运行特点即使变压器 采用同样的设计，在同一个工厂内于相同的时间制造，或者以同样的方式进行测试，它们仍然 有其独特性.这是由在工厂内所允许的变压器的制造误差所引起的比如，每个单元都有不同的空载荷和 载荷损失数值这些数值在一台变压器的载荷能力中占很小的部分.有一个能够充分利用带有实时输入的 PC 机的运算能力以及变压器工程测试数据的系统，这 就是 FARADAYTM Transformer Monitoring & Man

10、agement System（FARADAYTM 变压器检 测和管理系统,FARADAYTM TMMSTM）由 Pointe Claire QC 的 GE Syprotec Inc.公司生产. FARADAYTM TMMSTM 是一个动态的，适应智能的，交互的集成系统，用来监测和管理变压 器的性能.FARADAYTMTMMSTM 的设计用来采集和处理重要的运行数据,解释性能和进行诊断,从而 为变压器所有者提供决策依据.FARADAYTM TMMSTM的设计为永久性安装在变压器上，对变压器的使用寿命进行监视和 管理.实时运行的行业标准如型号，加载向导等，都集中在该设备以及其独特的特征和从变压器各

11、种 传感器发来的实时信号输入上.结合实时输入和存储在FARADAY TM TMMS TM上的测试数据（测试结果等）,可连续的计算 变压器的性能，如果有任何情况超出预先设定的范围 ，则会产生警报.这样将省掉对昂贵的数 据传输费用的需求,以及不需要将不容易建模的信息向中央数据库填充.测量数值随着时间（每隔一定的时间间隔即进行一次测试）可以输入至每个单元的FARADAYTM TMMSTM 中.结果驻留在数据库中,可以通过访问数据库对数据进行分析,也 可以观察出测试值的发展趋势,从而进行诊断.如果一个通信连接被中断或者切除 ,那么集中的数据采集和分析系统也被断开而无法运行.FARADAYTMTMMST

12、M的设计为自主运行.即使没有通信连接，它仍将继续采集数据，将 数据分析成为信息并进行建模变压器也继续受到监测.FARADAYTMTMMSTM的设计为变压器寿命历史的”电子信息库.系统的设计可以使公司 的所有人都知道到哪里可以获取信息，测试结果（通过诊断），并在具体的变压器上实施维护行 动.这种信息库与变压器安装在一起，其数据库中存有下列信息: 运行寿命，负载，温度，油中溶解的气体.测试结果（DGA，油的物理测试等）.测试结果的解释和诊断.变压器老化的计算.变压器的负载能力.冷却系统（风扇和泵）的故障排除.高级OLTC监控的平台.FARADAYTMTMMSTM的典型输入三. 变压器监视和管理分布

13、式概念的应用由于DGA的重要性非常突出,许多业者都决定应用在线的油中气体监测，作为报警系统的第 一道防线，为设备内潜在发展的破坏性故障提供报警.当一个设备发出报警时，可以进行进一 步的DGA测试，来确定故障的根源和严重程度.Manitoba Hydro 已经在他们的充油式高压直流设备中安装了 HYDRAN 201 Incipient Fault Monitors（HYDRAN 201 早期故障监测仪）.最近，他们在变压器经受了一次逆弧以后（溶解气体以很大的速率突然增加引起），在高压直流 转换变压器上的HYDRAN 201Ti上发出一连串的报警.他们进行了三次内部检测，全面了解了故障产生的原因.

14、HVDC整流器用变压器上Manitoba Hydro HYDRAN 201Ri的故障探测第二次检测第一次检测HYDRAN 201R i 读数（单位为 PPM）97年2月19日 97年3月5日 97年3月19日 97年4月2日 97年4月16日 在第一次内部检测中发现很小的过热点 ，在顶部夹钳上带有燃弧痕迹.对其进行了维修，但是 这个过热点并不能说明有大量气体产生返回投运后,HYDRAN立即探测到气体又开始生成, 表示问题还没有发现.气体超过允许水平以后,又进行了第二次的内部检测.发现在底部夹钳的很多螺栓上都在燃弧 并且过热.更换了这些螺栓,并用铜带对这些连接进行了改进.返回使用后几天又开始生成

15、气 体.第三次的内部检测集中在对铁心部件的检查上,发现铁心叠片上的四个部分在油通道内的 有些地方被短路另外有两个部分发现在1000V侧油间隙发出火花此火花解释了高氢气含量 以及乙炔含量升高的原因.于是得出了最后的结论,由于铁心叠片被短路和燃弧导致出现核心 循环电流,钳位环流通过了底部夹钳上的接线螺栓.由于没有备用单元来更换这个单相变压器，于是决定让其继续运行,但同时对其进行密切监视. 安装GE Syprotec Inc.公司生产的连续在线气体监视系统FARADAYTM Transformer Nursing Unit(变压器护理单元)和一个便携式在线脱气装置.这种组合使Manitoba Hyd

16、ro中的常驻专 家可以对各种气体产生和集中的速率进行监视,确定何时启动在线的脱气装置来去除油中的 气体.最初一段时间过后,脱气装置投入连续运行.如果不应用这种技术，那么可能每周七天，每天两次要进行取样和DGA分析，才能保证能够避 免严重情况的出现.现在这种工作的巨额费用被节省了.另一个选择是停止此变压器的运行，等待几个月替换新变压器.这样会给所有者带来很大的损 失.由于这项技术在气体测量方面的可靠性和可重复性已经得到证实，此变压器从1997年6月至 今天都一直保持运行.这台变压器已经计划退出服役，更换为新的变压器.FARADAY TNU的安装(1)取样头组合件.(2)现有的HYDRAN 201Ti上图详细显示出了在连续运行状态下带有脱气装置的 T21A 实际的气体产生历史