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变压器状态监测与诊断系统

北极星电力网技术频道    作者:佚名   2008/6/4 18:07:42   

 关键词:  变压器 诊断

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作者:张鹏翔1,2 周方洁1 刘笑梅1
单位:1.宁波理工监测设备有限公司2.浙江大学信息学院

摘要:本文依据当前状态检修的要求,提出了对发电厂中的高压电力变压器实现状态监测的集成解决方案-MDDTM系统。该系统可对发电厂的变压器实施全面的在线状态监测,并由此可组成具有远程监测与故障诊断功能的多级数字监控网络,通过系统提供的状态检测数据与诊断结论,发电厂能够科学地估计设备的运行状况、剩余寿命,并确定检修力度。

关键词:状态检修;在线监测;变压器;故障诊断

1引言

  从50年代开始,我国的发电厂一直按照电力设备预防性试验规程,进行定期的停电试验和检修,即所谓的计划检修制度。随着电力系统容量不断增大、电压等级不断提高,以及用电部门对供电可靠性要求的日益提高,无人值守变电站数量的越来越多,对电力系统的设备实施状态监测以势在必行。在这种形势下,针对不同高压设备的在线监测系统应运而生,仅仅针对变压器的在线监测产品就有色谱在线、套管绝缘在线、局部放电等多种类型。目前,这些在线监测系统由不同的厂家生产,采用了不同的标准,资源不能共享,技术参差不齐,且在同一电厂里“各自为政”,这种现状一方面造成了资源的巨大浪费,另一方面对运行维护增加了难度和工作量[1,2]。

  MDDTM系统采取集成设计思想,以变压器为目标,采用分层分布式网络结构,实现对变压器的远程、在线式、网络化集中监测与故障诊断,克服一个变电站内不同设备的在线监测系统“各自为政”的弊端,实现了对变压器的综合故障诊断。

  建立发电厂集成、分布监测与诊断系统,可使主管部门对所属各发电厂变压器的运行工况进行监测与诊断,及时发现故障早期隐患,避免突发性事故;还可使这些设备从定期维修过渡到状态维修,提高电力设备监督的技术水平,确保发电厂的安全经济运行,有巨大的经济效益和社会效益。

  该系统集计算机技术、信息技术、状态监测与故障诊断技术及网络通讯技术于一体。建立远程状态监测与诊断中心,通过网络通信系统实现与各监测子站之间正确的数据传输,以便能够正确地了解地区内各发电厂或变电站主要电力设备的运行情况。

2MDDTM系统结构

  MDDTM系统主要针对110KV以上变压器设计,系统的容量可以各种容量的变压器在线监测的需要。

  由主机系统、6个在线监测子系统、一个模拟量输入模块、一个开关量输入模块以及MDD监控分析软件组成。其组成原理如图1所示:

图1MDDTM系统构成

    MDDTM系统由6个在线监测子系统、模拟量输入子系统、开关量输入子系统以及CMS监控诊断软件组成。6个在线监测子系统分别为:

  (1)变压器油色谱在线监测子系统;

  (2)变压器局部放电在线监测子系统;

  (3)变压器油温在线监测子系统;

  (4)变压器绕组变形在线监测子系统;

  (5)铁芯接地电流在线监测子系统;

  (6)变压器套管在线监测子系统;

  MDDTM系统采用通讯控制单元对各个子系统进行透明协议转换,以及采集系统的配置与状态分析。因此整个系统具有良好的可扩展性,能够根据实际需要扩充监测子系统,而且可以很好的兼容其他的电力设备在线监测系统。

3MDDTM系统的主要功能

  (1)系统具备自诊断功能,MDD主机能自动诊断硬件设备的故障,并给予明确提示;系统配备软、硬件看门狗,确保无死机现象发生。系统可对监测系统的硬件设备状态进行自诊断,如采集系统AD卡、I/O卡、网络设备、传感器、系统状态等。同时,软件可给出软件自身的运行状态参数。

  (2)系统可对用户基本信息进行设置;

  (3)系统可对设备配置信息进行设置;

  (4)系统可对各在线监测子系统的运行参数进行设置(监测间隔时间、数据采样周期、定时巡检时间等);

  (5)系统采用定时巡检方式进行数据采集;

  (6)系统运行参数设置既可由MDD主机设定,又可由具有相应权限的网络用户远程设定;

  (7)系统具有追踪监测(锁定监测)功能,可使用追踪监测功能自动对变压器进行监测;在检测参数高于设定阈值时,设备参数变化趋势较快时或通过监测系统诊断软件计算处理后这几种状态下可自动追踪监测故障征兆的设备。

  (8)系统具有综合故障诊断功能,充分利用监测数据;对变压器故障进行智能诊断,根据在线监测到的各种设备数据,具有基于人工神经网络或模糊数学等高级人工智能诊断故障的能力。

(9)系统采用多级报警方式,监测数据超过设定限值或总合诊断结果需要报警时即会自动报警,并能在线修改报警阈值;报警方式可灵活设定,可将报警信息发送给远程计算机,又可设置通讯接口,自动连接到相关人员的通讯设备上。在线修改报警阈值可在现场主机或网络用户远程设置;

  (10)系统具有故障报警输出接点;

  (11)系统可图形显示设备的监测位置(监测设备拓扑图);

  (12)系统可以报表形式显示监测数据;

  (13)系统可以趋势图、直方图、放电图谱、三维放电谱图、工频放电谱图等形式显示监测结果;

  (14)系统具备数据编程、数据拷贝、列表打印等计算和管理系统基本功能;

  (15)可以锁定方式显示某个子系统的监测结果;

  (16)可以循环方式显示各个子系统的监测结果;

  (17)系统具有与用户MIS、SCADA等系统的联网功能,可方便实现联网数据传送,能将检测数据传送到局内MIS系统或其它数据库上,供生产技术管理人员、领导查阅和系统分析用。网络用户具有不同的权限,对设备参数实现分级查阅。;

  (18)具有远程监测与诊断功能;

  (19)具有打印输出监测图表功能;

4MDDTM主机系统

  MDDTM主机系统由一台网络数据库服务器、一台WEB服务器、三台监控工作站组成,采用C/S和B/S混合体系结构。主机系统架构如图2所示:

  根据在线监测的实时性要求,站内监测曾采用传统的Client/Server体系结构,同时为满足远程用户对监测数据、报警信息查询、浏览的需要,对远程用户采用目前流行的Browser/Server体系结构,从而构成以Client/Server方式为主,Browser/Server方式为辅的混合体系结构。此方案能很好地满足用户的需求,符合可持续发展的原则,使系统有较好的开放性和易扩展性。其中,B/S方式用于查询和浏览,B/S方式的特点在于具有广泛的信息发布能力。它对前端的用户数目没有限制,客户端只需要普通的浏览器即可,不需要其他任何特殊软件,另外对网络也没有特殊要求。

图2MDDTM主机框架

5子系统功能概述

  MDDTM系统可以根据用户的监测目标要求,按不同的配置进行集成。系统支持现有的大多数在线监测系统,在技术方案设计上,同时考虑了保持系统扩展的可能性。本节就变压器油色谱及微水在线子系统等三个主要子系统作简单的介绍。

5.1变压器油色谱及微水在线监测子系统

  变压器油色谱在线监测子系统采用MGA2000-6E型变压器油色谱在线监测系统,该系统可同时高精度在线监测变压器油中溶解的氢气(H2)、一氧化碳(CO)、甲烷(CH4)、乙烯(C2H4)、乙炔(C2H2)、乙烷(C2H6)等六种气体组分及油中微水含量,并通过计算获得总烃的含量、各组份的相对增长率以及绝对增长速度[3-5]。该系统的监测指标如下表所示:

  MGA2000-6的关键技术及软件主要特点是:

  (1)采用一种全新的智能谱峰识别算法,能不依赖于保留时间识别出峰的位置和峰的高度。解决了保留时间的变化对峰的识别和测量精度的影响[6]。

  (2)采用了基于神经网络的变压器故障诊断专家系统,该系统故障诊断准确率高,故障分类有效。

  (3)系统运行安全可靠,采用了基于权限的用户管理,使系统具有很强的鲁棒性,同时使系统用户管理更富有人性化。

  (4)提供原始谱图,并具有强大丰富的谱图控制功能。

  (5)数据显示生动形象,报表实用、美观。

5.2局部放电在线监测子系统

  变压器内部故障分为过热和放电两大类。过热性故障发展较缓慢,在短时间内不会酿成事故。而局部放电性故障,尤其是匝、层间和围屏的局部放电,就大不相同了。因为当这些部位的绝缘受损后,其沿面放电电压将降低,在受到内部或外部过电压的冲击后,绝缘性能迅速下降,引起局部放电及至发展成电弧放电而烧毁。因此,采取可靠的局部放电监测手段可有效防止设备事故的发生[7]。

  局部放电在线监测子系统采用模块化设计,便于拓展应用。硬件模块包括传感器、放大器、信号调理、采集卡、监控主机等,模块之间主要依靠BNC双屏蔽同轴电缆相联接。变压器上的局放信号经传感器耦合后送入放大器,放大之后的信号由多路转换巡回选通两路信号通过采集卡进行数据采集。分析软件对采集的局部放电数据抗干扰等数字处理,获得放电量、三维放电图谱、工频放电图谱、放电趋势图等指标,并将结果通过网络接口传送个MDDTM主机系统,在数据库中存储。另外,为了获得每次采集的工频相位信息,利用高压侧电压互感器(PT)信号经信号预处理后来触发采集卡采集。

5.3套管绝缘在线监测子系统

  套管绝缘在线监测子系统主要监测变压器套管的介质损耗、等值电容、泄漏电流、环境温湿度等,并根据监测数据采用相对比较等分析方法对被监测设备的绝缘状况作出诊断。

  该子系统采用全数字式交流同步采集及自适应信号处理技术对介质损耗进行测量,从根本上解决了以往产品采用的“过零比较法”测量介损时由于谐波影响及模拟电子线路原器件漂移造成的数据稳定性差的弊病。真正实现了测量的高精度、高稳定度。传感器设计成自动补偿方式,受温度、振动及磁滞回线的影响要小;磁芯采用高导磁率的玻莫合金材料,线性度、稳定性高,性能好。单匝穿芯式结构,不影响被测设备的安全性;外壳采用多重屏蔽特殊结构设计,抗干扰性能强。而在数据处理时,对传感器受到的温度和磁滞回线的影响进行修正。

6变压器故障诊断系统

  针对电力变压器故障诊断专家系统的现状,MDDTM变压器状态监测与故障诊断系统开发了“电力变压器故障诊断专家系统V1.0”。该系统以在线监测系统获取的监测数据为基础,充分利用在线监测数据的动态特性,融合多类型的在线监测数据,结合了人工神经网络和专家系统技术,开发了综合型智能动态诊断专家系统。系统利用神经网络完成知识获取、推理和知识库维护等任务,专家系统部分负责与用户交互,对输入信息预处理,以及对神经网络输出进行综合分析[8]。

  对设备实施多参数、多种故障特征信息的在线监测是故障综合诊断的基础,在线监测系统提供的连续数据保证了电力变压器故障诊断专家系统V1.0具有动态特性,可以对设备潜在故障的发展趋势作出有效的判断,本诊断系统的多信息综合和动态诊断特性是区别于以往类似系统的主要特征。

7 远程监测网络

  该系统的系统结构由远程监控主站系统、现场监控子站系统构成,两者之间通过通讯网络构成一个有效的整体,并在主站端与MIS系统其总体结构如图3所示。

  子站主要完成对变电站内的所有变压器状态的数据采集、处理以及一些简单的存储、打印和分析功能,并实现数据上送。主站主要实现对地区或省内所有在线监测设备监测的信息的统一管理、数据分析、高级应用,实现与其他系统如MIS等的数据共享。

  通信网络主要提供主站和子站间的通信链路。子站与主站的通信有两种方式,其一是通过电力数据网SPDnet以TCP/IP方式与主站相连;其二是以电话拨号的方式通过公共电话网与主站通信。由于该系统应用的各个变电站基本上已经铺设了光纤,而且目前的网络技术已经比较成熟,因此子站和主站间的通信主要采用第一种方式。

图3远程监测网络拓朴

8结论

  本文适应发电厂变电设备和状态检修的需要,开发了集成式变压器在线监测和故障诊断系统MDDTM。该系统包括变压器油色谱在线监测等6个子系统,并具有良好的可扩展性。既能够实现各个监测装置实时数据的远传和集中存储,并通过与生产MIS系统等外部系统的数据交互,实现数据综合分析。

参考文献

[1]王青华,汪江,陆颂元.发电设备状态监测和状态检修的若干技术问题.汽轮机技术,2003,45(6):337-401.

[2]庄兴元.电力设备在线监测技术现状及实际开发应用前景.电工技术杂志,2003,5:19-21.

[3]成永红.电力设备绝缘检测与诊断.北京:中国电力出版社,2001.

[4]杨启平,薛五德.油中气体分析在变压器故障诊断中的应用.上海电力学院学报,1996,12(3):60-68.

[5]刘娜,谈克雄,高文胜.基于油中溶解气体谱图的变压器故障识别方法.清华大学学报(自然科学版),2003,43(3):301-303.

[6]李宁先,章金谋,李镓等.变压器油中气体色谱分析方法和仪器发展现状.变压器,2003,40(8):20-23.

[7]ElectricMachineryCommitteeoftheIEEEPowerEngineeringSociety.IEEETrial-UseGuidetotheMeasurementofPartialDischargesinRotatingMachinery(IEEEStd1434-2000).TheInstituteofElectricalandElectronicsEngineers,Inc.,2000.

[8]国家电力公司.火力发电厂实施设备状态检修的指导意见.中国电力,2002,25(2):1-5.

原文发表时间:2006-05-15

来源:中国电厂化学
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