0引言

正常運(yùn)行的變壓器油中溶解氣體組分主要是氧氣和氮?dú)?它們都來(lái)自溶解在油中的空氣,一般占比為氮?dú)?1%、氧氣28%、其他氣體1%。油中總含氣量和氧氮的比例與變壓器的密封方式、油的脫氣程度、注油時(shí)的真空度等因素有關(guān),通過(guò)氣相色譜法測(cè)定變壓器油氣含量可精準(zhǔn)評(píng)估變壓器密封性是否良好,檢驗(yàn)變壓器內(nèi)部缺陷及隱藏故障情況^[1]。尤其是在采用數(shù)字化氣相色譜儀檢測(cè)過(guò)程中,可利用在線采集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)故障自動(dòng)診斷,其安全性更強(qiáng)、可靠率更高,值得深入研究和推廣應(yīng)用。

1 故障概況

本次研究過(guò)程中主要以轄區(qū)內(nèi)35 kv變電站為例,分析數(shù)字化氣相色譜儀在變壓器油氣含量檢測(cè)中的使用效果及應(yīng)用效益。

1)主變情況。某35kv變電站于2011年建成并投入使用,采用永昌電力設(shè)備公司生產(chǎn)的SZ11-25000/35型主變壓器,配置上海華明電力設(shè)備公司生產(chǎn)的CMIv600Y/35A-10090型有載開(kāi)關(guān),具體如表1所示。

2)內(nèi)部缺陷。2024年3月對(duì)35 kv主變壓器進(jìn)行

絕緣油專項(xiàng)檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn),該變壓器油中甲烷和乙炔含量超標(biāo),分別達(dá)到16.3μL/L和13.9μL/L,其他氣體含量正常。持續(xù)監(jiān)測(cè)一段時(shí)間后,確定乙炔含量均超出標(biāo)準(zhǔn)值,甲烷含量正常,如表2所示。

上述檢測(cè)過(guò)程中,2024年3月27日的變壓器油氣含量數(shù)值存在明顯異常,2024年4月3日到4月24日的變壓器油氣含量數(shù)據(jù)在人工進(jìn)行三比值法分析時(shí),顯示編碼組合為212,存在低能放電性質(zhì)故障。但這一比對(duì)結(jié)果與總烴類氣體值增長(zhǎng)情況不一致,僅乙炔含量偏高,而其他烴類氣體含量正常。因此,需要對(duì)傳統(tǒng)氣相色譜儀檢測(cè)方法進(jìn)行升級(jí),以避免由環(huán)境因素、技術(shù)因素及人工操作等對(duì)試驗(yàn)結(jié)果造成的影響,提升變壓器故障識(shí)別的可靠性、準(zhǔn)確性和時(shí)效性。

2 技術(shù)方案

為解決傳統(tǒng)氣相色譜儀檢測(cè)中數(shù)據(jù)異常、計(jì)算量大、審核效率低等問(wèn)題,研究設(shè)計(jì)一種數(shù)字化氣相色譜系統(tǒng),在原中分301B氣相色譜儀基礎(chǔ)上增加數(shù)字化主站,通過(guò)氣相色譜儀檢測(cè)變壓器油氣含量,利用局域網(wǎng)十監(jiān)控主站快速比對(duì)編碼組合并精準(zhǔn)分析故障情況,如圖1所示。

2.1 色譜檢測(cè)

采用中分301B氣相色譜儀進(jìn)行變壓器油檢測(cè)。將該裝置置于變壓器油回路中,進(jìn)行死油循環(huán)檢測(cè)^[2]。使用前檢查氣相色譜儀中的載氣量消耗是否在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi),測(cè)定死油循環(huán)回路中是否存在漏氣情況。檢查儀器及油路均無(wú)問(wèn)題后,方可進(jìn)行變壓器油氣含量檢測(cè)。

2.2 監(jiān)控主站

采用數(shù)字化主站進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、色譜分析、智能診斷及可視化顯示。該主站集數(shù)字化色譜技術(shù)、智能診斷技術(shù)、數(shù)據(jù)分析技術(shù)于一體,在開(kāi)放式平臺(tái)基礎(chǔ)上自動(dòng)對(duì)比分析、多元展示開(kāi)發(fā)、同步便捷導(dǎo)存,可從根本上轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)色譜診斷模式,提高變壓器內(nèi)部缺陷診斷效率^[3]。

1)數(shù)據(jù)處理?；趐ython編程語(yǔ)言開(kāi)發(fā),通過(guò)Matplotlib、pyspark、scipy等數(shù)據(jù)分析庫(kù)自動(dòng)檢驗(yàn)并生成可視化報(bào)告,以兼容數(shù)據(jù)格式存儲(chǔ)并導(dǎo)出Excel?？衫脭?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、分析功能,快速篩查隱患數(shù)據(jù),分析不同類型設(shè)備的試驗(yàn)數(shù)據(jù)規(guī)律。同時(shí),數(shù)據(jù)格式應(yīng)與PMs兼容,能夠從pMs直接導(dǎo)入系統(tǒng)臺(tái)賬等^[4]。

2)數(shù)字色譜?？衫萌戎捣ā⒋笮l(wèi)三角形法等自動(dòng)分析,快速查找過(guò)熱及放電異常數(shù)據(jù)。一般故障分析時(shí)直接調(diào)用Excel表格,按照編碼規(guī)則確定氣體范圍及比值范圍的編碼,然后按照編碼組合進(jìn)行故障類型的判斷及故障情況診斷[5],即:

(1)按照編碼規(guī)則中的氣體范圍標(biāo)準(zhǔn),對(duì)C2H2/C2H4、CH4/H2和C2H4/C2H6的比值范圍賦值(0,1,2)。

(2)每一類氣體比值范圍對(duì)應(yīng)一種故障類型,將編碼組合(0,1,2)與低、中、高溫過(guò)熱和局部、電弧、低能放電匹配,以便快速判斷故障類型,按照相應(yīng)故障種類中的故障實(shí)例逐一進(jìn)行拆檢研判,從而快速明確致因并進(jìn)行檢修處理。

復(fù)雜故障處理時(shí)可在三比值法基礎(chǔ)上通過(guò)大衛(wèi)三角形進(jìn)行特征值分析和有效數(shù)據(jù)篩選,以提升三比值法分析的可靠性和準(zhǔn)確性。

3)智能診斷?；贛atplotlib、pyspark、scipy等數(shù)據(jù)分析庫(kù)編寫(xiě)的算法進(jìn)行交接試驗(yàn)、例行試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、分析,可快速篩查出隱患設(shè)備數(shù)據(jù)^[5]。通過(guò)智能化的開(kāi)發(fā)模塊能分析不同設(shè)備的試驗(yàn)數(shù)據(jù)規(guī)律,取代人工海量查閱,為缺陷定義提供數(shù)據(jù)支撐,更加精準(zhǔn)定性隱患類別,并進(jìn)行智能分類,為狀態(tài)檢修提供更加可靠、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。

4)開(kāi)放式設(shè)計(jì)。采用文件導(dǎo)入或接口導(dǎo)入的方式輸入數(shù)據(jù),通過(guò)tkinter庫(kù)以GUI圖形用戶界面的方式直觀顯示?？赏ㄟ^(guò)開(kāi)放式架構(gòu),使用戶在功能界面直接進(jìn)行自定義設(shè)置,調(diào)整產(chǎn)氣速率、不同試驗(yàn)類型注意值等判斷參數(shù),既滿足個(gè)性化需求,又為后續(xù)二次創(chuàng)新、開(kāi)發(fā)提供接口^[6]。

3 應(yīng)用分析

3.1 試驗(yàn)結(jié)果

將數(shù)字化氣相色譜儀應(yīng)用到35 kv主變壓器油氣含量檢測(cè)過(guò)程中,可通過(guò)監(jiān)控主站持續(xù)采樣,快速比對(duì)分析和診斷識(shí)別,確認(rèn)35 kv主變壓器油中乙炔含量超標(biāo),其他氣體含量均正常,比對(duì)編碼為222,存在低能放電兼過(guò)熱性質(zhì)故障,如表3所示。

上述結(jié)果可直接生成可視化圖表,用于分析35kv 主變壓器油氣含量變化情況,如圖2所示。從圖中可以發(fā)現(xiàn),35 kv主變壓器中乙炔(C₂H₂)含量明顯超標(biāo),氫氣含量在正常運(yùn)行時(shí)相對(duì)較低,C₂H2/H₂ 比值較高且持續(xù)上漲。按照比對(duì)編碼及故障實(shí)例,初步判斷為有載分接開(kāi)關(guān)絕緣油滲漏導(dǎo)致本次油色譜分析異常^[7]。

3.2電氣試驗(yàn)

按照調(diào)度計(jì)劃展開(kāi)35 kv主變壓器檢修,在主變停電后展開(kāi)直流電阻、絕緣電阻及介損測(cè)試,直阻不平衡率、介質(zhì)和電容量數(shù)據(jù)、絕緣電阻值均處于正常范圍內(nèi),可排除繞組匝間短路或接觸不良故障、主變絕緣異常故障、鐵芯接地缺陷故障。

對(duì)35 kv主變壓器進(jìn)行加壓檢查后發(fā)現(xiàn),有載開(kāi)關(guān)儲(chǔ)油柜壓力異常,在加壓到0.02 Mpa后關(guān)閉氣源靜置1 h,壓力降低到0.01 Mpa。進(jìn)一步拆檢后確認(rèn),有載開(kāi)關(guān)油室管路上存在油污,有載分接開(kāi)關(guān)處密封圈開(kāi)裂,造成有載分接開(kāi)關(guān)室內(nèi)的絕緣油滲透到35 kv主變壓器中,導(dǎo)致35 kv主變壓器油色譜異常。

3.3 處理方案

更換有載開(kāi)關(guān)分接處密封圈,清理有載開(kāi)關(guān)油室管路上的油污,更換35 kv主變壓器中絕緣油。試運(yùn)行后通過(guò)數(shù)字化氣相色譜儀持續(xù)監(jiān)測(cè)35 kv主變壓器油氣含量情況,檢查結(jié)果顯示油色譜數(shù)據(jù)正常,故障處理完畢。

4 效益評(píng)估

數(shù)字化氣相色譜系統(tǒng)檢測(cè)結(jié)果比傳統(tǒng)氣相色譜儀檢測(cè)結(jié)果更加精確,既可以持續(xù)進(jìn)行變壓器油氣數(shù)據(jù)測(cè)量,還能夠避免復(fù)雜數(shù)據(jù)下的錯(cuò)抄漏抄,安全效益和經(jīng)濟(jì)效益顯著。

4.1在工作效率方面

數(shù)字色譜和智能診斷可將小時(shí)級(jí)的編碼比對(duì)縮短到分鐘級(jí),同步診斷平均耗時(shí)僅為10 min/10份,總體增速達(dá)到60%以上,使工作質(zhì)量和工作效率大幅提升。

4.2在工作質(zhì)量方面

利用數(shù)據(jù)處理和在線系統(tǒng)可將海量數(shù)據(jù)同步到平臺(tái)中,通過(guò)云數(shù)據(jù)方式精準(zhǔn)傳輸,從根本上避免了人工操作引起的疏漏。數(shù)據(jù)處理過(guò)程中可自動(dòng)比對(duì)和智能診斷,實(shí)現(xiàn)了電弧放電、局部放電、過(guò)熱故障等的精準(zhǔn)診斷,其檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確率可達(dá)95%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)人工比對(duì)效果。

5 結(jié)束語(yǔ)

絕緣油中溶解氣體分析是判斷充油變壓器內(nèi)部是否有潛伏性故障最有效的檢測(cè)手段。尤其是運(yùn)用數(shù)字化氣相色譜儀,其集數(shù)字化色譜技術(shù)、智能診斷技術(shù)、數(shù)據(jù)分析技術(shù)于一體,能夠?qū)⒃诰€檢測(cè)和智能診斷完美融合,實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)、全智能、高性能的油色譜數(shù)據(jù)分析。該系統(tǒng)能從根本上避免環(huán)境因素、技術(shù)因素和人工操作引起的數(shù)據(jù)誤差,在大衛(wèi)三角形法基礎(chǔ)上進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)篩選和非相關(guān)數(shù)據(jù)剔除,以提升三比值法診斷結(jié)果的可靠性、準(zhǔn)確性和有效性,其適用于不同場(chǎng)景下的絕緣油色譜檢測(cè),市場(chǎng)前景廣闊。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 陶紅,高晶,王衛(wèi)華,等.變壓器油中溶解氣體分析專用氣相色譜儀的檢定與校準(zhǔn) [J].化學(xué)分析計(jì)量,2017,26(6):104-108.

[2]周少哲,陳海杰.電力變壓器故障檢測(cè)技術(shù)分析[J].集成電路應(yīng)用,2022,39(5):88-89.

[3]黃慧紅,吳培偉,魏曉東,等.面向變壓器油液智能測(cè)定的高集成自動(dòng)氣相色譜分析設(shè)備的研發(fā)與應(yīng)用[J].制造業(yè)自動(dòng)化,2023,45(8):178-182.

[4]魯志沖.變壓器油色譜檢測(cè)技術(shù)原理及其應(yīng)用[J].電工技術(shù),2022(23):181-183.

[5]石榮雪,劉克成,郁金星,等.變壓器油色譜分析檢測(cè)能力評(píng)價(jià)方法[J].應(yīng)用化工,2024,53(10):2491-2498.

[6]孫利強(qiáng),曹永飛.變壓器油中溶解氣體光聲光譜在線檢測(cè)裝置的研制及應(yīng)用 [J].內(nèi)蒙古電力技術(shù),2021,39 (4):8-12.

[7]張斌.一種自動(dòng)變壓器絕緣油色譜分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電力系統(tǒng)裝備,2020(10):99-100.

《機(jī)電信息》2025年第13期第18篇