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变电站关键设备在线监测技术的研究与工程应用

2020-02-14
作者:中国知网论文查重入口
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随着工程科技的不断发展进步和智能电网的大规模建设,变电站的建设规模也日渐增加,大量投运到电网系统中。在变电站里,变压器为最重要和最昂贵的装置,具有不可替代的作用,变压器正常工作是电力系统稳定运行的前提,虽然变压器设有差动、过流、接地、瓦斯、避雷器等多重保护,但由于变压器绝缘结构较为复杂,制造工艺要求较高,热场及电场分布不均匀、国内变压器运行负荷较重等原因,事故率仍然相当高。变压器发生故障导致其无法正常工作,整个电力系统运行的可靠性便会降低,而一般修理变压器所需要的周期特别久,因此,如何有效降低变压器的故障率,是行业相关人员历来重视的问题。变压器的正常工作,将给系统产生非常多的价值,如果可以提前准确判断出变压器存在的隐患,并且消除这种隐患,便能够消除变压器的缺陷,有助于系统正常工作,减少故障发生率,选择油色谱检测方法己经成为诊断变压器运行情况的常用手段且较为成熟,而局部放电来反映变压器绝缘的运行状态也得到了广泛关注和研究。而随着变电站的智能化趋势,智能巡检机器人也得到了应用。
1.1 课题研究的背景及意义
在输配电系统中,智能变电站充当着电力管理者的角色,对电压和电流进行变换,并对能量进行集中变换和二次调整。变电站是电网中极为重要的一个部分,它通过变压器将不同电压等级的电网络连成一个整体。所谓智能变电站故障诊断原理是从不同的状态监测信息中得到故障状态变量,并对故障状态信息的进行分析,然后定位故障找出源头。电力变压器作为智能变电站中最重要的和最昂贵的设备,同时也是导致电力系统事故最多的设备之一,因此,国内外不仅要定期对变压器作以预防性试验为基础的预防性检修,而且相继都在研究以在线监测为基础的预知性维护策略,以便实时或定时在线监测与诊断存在的潜伏性故障或缺陷。变压器在发生突发性事故之前,绝缘的劣化及潜伏性故障在运行电压下将产生光、电、声、热、化学变化等一系列效应及信息。对于大型电力变压器,目前几乎是用油来绝缘和散热,变压器油与油中的固体有机绝缘材料(纸和纸板等)在运行电压下因放电、过热、氧化和电弧等多种因素作用会逐渐变质,裂解成低分子的故障特征气体;变压器内部存在的潜伏性过热或放电故障又会加快产气的速率。随着故障的缓慢发展,裂解出来的气体形成气泡在油中经过对流、扩散作用,就会不断地溶解在油中。同一类性质的故障,其产生的气体的成分、含量及增长速率量与故障的与变压器内部故障的类型及故障的严重程度有密切关系,而与绝缘油的种类和牌号无关。因此,油中溶解气体的组分和含量在一定程度上反映出变压器绝缘老化或故障的程度,可以作为反映电气设备电气异常的特征量,通过监测变压器油中溶解的故障特征气体,可以实现对变压器内部故障的在线监测。
局部放电是变压器内部绝缘劣化的重要原因,同时也是绝缘劣化的主要征兆和表现形式,即:当局部放电量小于1000pc,且作用时间较短时,则局部放电不会在油纸、纸板等固体绝缘上留下明显的损伤痕迹;而当局部放电量较大时,通常以8000pc以上作为评价指标,持续作用几分钟就会在变压器内部固体绝缘上形成明显的损伤痕迹。这些损伤是由于变压器内部绕组导线绝缘表面发生局部放电并向外发展演变的结果。变压器内部局部放电的发展演变,不仅会引起内部绝缘性能下降和劣化,同时绝缘的不断恶化会引起匝绝缘发生大面积击穿烧毁故障,且严重时可能引起匝间、层间短路故障发生,可能引起变压器烧损乃至大面积停电事故发生,造成巨大的经济损失和社会影响。与其它绝缘试验相比,局部放电的检测结果能够提前反映电力变压器内部运行工况和绝缘状态,能够及时发现变压器内部绝缘可能存在的安全隐患或缺陷,便于工作人员采取有针对性的处理措施,预防潜伏性、突发性恶劣事故的发生。目前,无论是科研机构、高校、制造厂商,还是电力系统中的运行维护管理各部门,均尤为关心高压电气设备局部放电检测技术的发展,并结合各种电气设备的实际功能特性将局部放电检测技术作为衡量电气设备运行工况状态评估的重要技术指标。局部放电,无论是作为产品生产制造质量控制,还是对运行工况状态的评估,均是一种非常有效的技术手段。加强对电力变压器绝缘性能的在线实时监测,充分了解变压器内部运行工况状态,及时掌握变压器内部状态发展趋势,对保证变压器乃至整个电力系统具有较高的安全稳定运行性能,就具有非常重大的工程实践应用探讨研究意义。