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電力變壓器保護系統(tǒng)
[  發(fā)布時間:2018-08-30 16:47:00    信息來源:全德電氣股份  ]
摘要:針對電力變壓器在使用過程中經(jīng)常出現(xiàn)的故障原因進(jìn)行全面分析,同時利用檢測技術(shù),對電力變壓器故障進(jìn)行全方位的檢測。結(jié)合實例論述電力變壓器保護系統(tǒng)的設(shè)計方案,為電網(wǎng)安全運行做好基礎(chǔ)保障工作。

       關(guān)鍵詞:電容故障;保護系統(tǒng)設(shè)計;開機自檢;故障停機


       在電力變壓器內(nèi)部故障中,根據(jù)故障形成的原因可以分為機械故障、熱故障、電故障3 種類型。為了對以上故障進(jìn)行檢測和解決,通常選用油中溶解、模糊邏輯等方法。隨著技術(shù)的發(fā)展,雖然出現(xiàn)了如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的診斷方法,但是在大環(huán)境中,仍舊以油中溶解氣體分析方法作為主要的故障評估指標(biāo)。


       1 電力變壓器故障狀態(tài)評估

       1.1 變壓器油色譜指標(biāo)

       目前,大多數(shù)大型電力變壓器都采用油浸紙絕緣的結(jié)構(gòu)設(shè)計,通過絕緣油的使用,保證電力變壓器內(nèi)部實現(xiàn)散熱和絕緣。隨著運行,固體絕緣材料在電力變壓器中發(fā)生老化分解,并會緩慢釋放出特征氣體如一氧化碳、二氧化碳等。這些氣體在運動過程中形成氣泡,最終溶解到絕緣油中。例如在本文進(jìn)行研究的某變電站跳閘事故當(dāng)中,35 kV 的0 號站出現(xiàn)了斷路器分閘現(xiàn)象,同時瓦斯繼電器內(nèi)存有氣體。工作人員對變電器進(jìn)行了油色譜指標(biāo)檢測,檢測中發(fā)現(xiàn),各項氣體數(shù)值均有大幅度提升,其中氫氣由16 μL/L 升至531.93 μL/L,一氧化碳由236 μL/L 升至357.77 μL/L,二氧化碳的漲幅最大,從1676 μL/L 升至4002.03 μL/L。通過上述數(shù)據(jù)的統(tǒng)計,可以清楚地發(fā)現(xiàn),電力變壓器存在較為嚴(yán)重的故障。

       1.2 電氣試驗指標(biāo)

       電氣試驗分為絕緣電阻試驗、直流電阻試驗以及空載試驗等幾個部分。針對0 號站電力變壓器出現(xiàn)的故障,對其進(jìn)行直流電阻試驗測試,測試條件油溫設(shè)定32 ℃,運行檔設(shè)置為3 擋,低壓相間不平衡率為0.64%,小于4% ;高壓線間不平衡率為0.36%,小于2%,以上數(shù)據(jù)符合《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗規(guī)程》的要求。在空載試驗中,未采取一般三相法進(jìn)行實驗,而選用了具有故障針對性的分相實驗。

       從空載試驗的數(shù)據(jù)分析, 低壓側(cè)加壓時,a 相電流上升速度很快,比b、c 相明顯偏大,判斷低壓繞組a 相存在短路現(xiàn)象,導(dǎo)致一定電壓下空載電流明顯變化。

       2 電力變壓器的保護系統(tǒng)設(shè)計

       2.1 電容器保護

       為了實現(xiàn)利用電容器方法對電力變壓器進(jìn)行保護,首先應(yīng)對電容器所使用的CPU 板進(jìn)行設(shè)計。在CPU 板的設(shè)計中,可選用A/D 轉(zhuǎn)換的方式,采用多個CPU、通信接口芯片以及存儲器集成在CPU 板上,通過高精度、高運算效率,實現(xiàn)了RS232 以及CAN 總線2 種通信方式并存,可供用戶自由選擇切換。在電量調(diào)理板中,既要保證電量輸入又要保證直流電源的安全性,因此采用了交流輸入量的電量調(diào)理設(shè)備和直流電源設(shè)備進(jìn)行安裝,并保證二者相互隔離。此外,作為輸入輸出的繼電器部分,開關(guān)量的輸入輸出板作為主要元件具備抗干擾和隔離性能高的特性,保證輸入輸出接點的連通,并驅(qū)動直流控制電源。

       在實際應(yīng)用過程中,變電站需要采用集中式的分層分布,再由電容器系統(tǒng)實現(xiàn)全面監(jiān)控,從而在故障預(yù)發(fā)生時對油中溶解情況以及注意值標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比分析,為電力工作者決策提供幫助。

       2.2 故障監(jiān)視系統(tǒng)

       故障監(jiān)視系統(tǒng)是通過機位設(shè)置方式實現(xiàn)故障數(shù)據(jù)的采集。在實際應(yīng)用過程中,下機位程序須對工作中的電力變壓器進(jìn)行三相電壓、電流、液壓狀態(tài)以及溫度的統(tǒng)計,并將相關(guān)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)結(jié)果發(fā)送到上機位,上機位對發(fā)送過來的數(shù)據(jù)利用頻譜分析等方法進(jìn)行運算,進(jìn)而判斷電力變壓器是否處于正常運行。上機位作為主要的應(yīng)用終端,在設(shè)計過程中需要著重注意界面的編寫,例如在界面中要能夠通過數(shù)值和圖表的方式對變壓器初級與次級電流、變壓器溫度、電壓現(xiàn)狀等情況進(jìn)行反饋和統(tǒng)計,并利用下機位的數(shù)據(jù)信息實現(xiàn)對下機位蜂鳴報警系統(tǒng)的控制,在第一時間發(fā)現(xiàn)電力變壓器故障。

       2.3 微機保護系統(tǒng)軟件開發(fā)

       微機系統(tǒng)中軟件是保護系統(tǒng)的核心成分,在系統(tǒng)中起到了數(shù)據(jù)收集、數(shù)字濾波以及判別電力動作等作用,系統(tǒng)保護軟件主要是由系統(tǒng)的主程序和中斷程序以及故障處理程序組成。主程序是系統(tǒng)初始化的過程,通過對系統(tǒng)各個部分的開關(guān)、機器功能的初始化,保證各個部分穩(wěn)定進(jìn)入工作,給予每個電力開關(guān)出口固定所需的電力,從根本上保證繼電器不會因為電網(wǎng)壓力過大而有所動作。除了系統(tǒng)初始化之外,軟件的主程序還承擔(dān)對系統(tǒng)硬件的檢查作用,通過軟件的自行檢查后,如果通過檢查即可以進(jìn)入主循環(huán),一旦發(fā)現(xiàn)有故障就會發(fā)出警報給管理人員。然后是后備保護程序,后備保護程序主要是對電力電壓進(jìn)行判斷,偵測線路中是否存在過流現(xiàn)象,顧名思義,后備保護程序通過進(jìn)行判斷功能,對過流保護的相關(guān)設(shè)備是否動作進(jìn)行判別,進(jìn)一步保證線路運行的穩(wěn)定。除了后備保護程序和主程序外,還有根據(jù)差速和二次諧波制動建立的差動保護程序以及采樣脈沖和轉(zhuǎn)換中斷程序,分別從不同的方面對線路中的電壓進(jìn)行實時監(jiān)控,并且第一時間發(fā)現(xiàn)問題解決問題,保證電力變壓器能夠穩(wěn)定運行,進(jìn)而保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定。

       3 電力變壓器保護系統(tǒng)的應(yīng)用

       3.1 管理員登錄

       變電站的管理人員首先需要通過管理員用戶名和密碼登錄到系統(tǒng)中。登錄界面中會顯示出變壓器的初級和次級電壓、變壓器運行狀態(tài)、運行溫度等相關(guān)數(shù)據(jù)。管理員可以利用系統(tǒng)預(yù)設(shè)的柔性控制對某一生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行開始或停止操作,從而判斷安全制動裝置是否正常運行。同時,在界面當(dāng)中,管理員須針對系統(tǒng)顯示的電流、電壓、溫度等內(nèi)容進(jìn)行檢查,并將對稱度數(shù)據(jù)輸入到系統(tǒng)中,由系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進(jìn)行對比判斷,并在監(jiān)控硬件中生成表格并進(jìn)行打印,可以作為歷史運行狀態(tài)的重要依據(jù)。

       3.2 故障診斷界面操作

       利用VB 開發(fā)的變壓器故障監(jiān)測和故障診斷界面應(yīng)該擁有簡潔、實用的特征,管理員在進(jìn)入到故障監(jiān)測界面之后,要能夠看到界面中所顯示的主菜單畫面,畫面具備特征氣體法、電容器保護、綜合診斷、退出等操作按鈕。在管理員對電力變壓器故障進(jìn)行診斷時,系統(tǒng)界面要能夠跳轉(zhuǎn)到輸入框中,提示訓(xùn)練樣本、樣本數(shù)目、經(jīng)驗公式等內(nèi)容的輸入,并為故障預(yù)案的設(shè)置和處理提供可靠依據(jù)。實際操作過程中,管理員利用該系統(tǒng)對出現(xiàn)運行故障的變壓器進(jìn)行停止操作,同時發(fā)出蜂鳴警示,備用變壓器啟動。在對故障進(jìn)行處理后,界面上顯示的溫度、電流、三相對稱度等數(shù)據(jù)回歸正常。有此可見在具體應(yīng)用當(dāng)中,該系統(tǒng)能夠精確完成故障的診斷和為管理員決策提供數(shù)據(jù)支持。

       3.3 狀態(tài)監(jiān)控界面操作

       狀態(tài)監(jiān)控界面具備對變壓器正常運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控的功能,其中故障診斷、決策和退出按鈕需要激活,管理員可以根據(jù)畫面中出現(xiàn)的提示進(jìn)行檢測參數(shù)的設(shè)定,并由系統(tǒng)生成新樣本數(shù)據(jù),管理員進(jìn)行按鈕點擊,從而使新樣本數(shù)據(jù)加入到網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練樣本集當(dāng)中。此外,管理員還可以通過網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練的樣本集調(diào)取來查閱歷史記錄,對變壓器運行的歷史階段進(jìn)行檢驗。在系統(tǒng)中,系統(tǒng)內(nèi)部可以利用時間順序進(jìn)行變壓器運行狀態(tài)的概括,并針對部分異常情況作出分析和判斷,這樣可以保證在管理和保護的過程中更加清晰明朗,一目了然。

       3.4 基于混合級聯(lián)結(jié)構(gòu)的電力變壓器管理

       混合級聯(lián)結(jié)構(gòu)的電力變壓器管理主要通過開關(guān)器件在同一多平電路中進(jìn)行不同功率等級的設(shè)定,使其電壓的頻率和開關(guān)頻率存在一定的關(guān)系,并在拓?fù)潆娐分谐蔀榛旌险{(diào)制。利用PWM 調(diào)制進(jìn)行了混合級聯(lián)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用階梯波調(diào),并兼顧了電力變壓器的輸出級逆變電路開關(guān)器件和開關(guān)頻率的工作電壓,在所選用的15 電平級聯(lián)中突出了可行性和優(yōu)越性,同時將總諧波失真、低次諧波分量、開關(guān)頻率性能進(jìn)行了充分的比較,結(jié)果表明在選用混合級聯(lián)結(jié)構(gòu)的電力變壓器管理過程中,系統(tǒng)更加簡潔明朗,復(fù)雜性得到了大幅度的降低,從而提高了整個系統(tǒng)的可靠性。在使用過程中,混合級聯(lián)結(jié)構(gòu)的電力變壓器管理能夠?qū)⑤敵鲋C波進(jìn)行量化考量,并生成十分直觀的圖表,圖表中,對純電阻負(fù)載、輸出電壓、諧波分析等內(nèi)容都作出了合理的分析和規(guī)劃,能夠幫助管理員在進(jìn)行電力變壓器管理的過程中對電感性負(fù)載進(jìn)行充分判斷。

       4 結(jié)束語

       通過對電力變壓器展開了一系列的研究和討論,創(chuàng)新推出了多種原理和方式方法,加強電力變壓器系統(tǒng)性能,并且通過實際測試中均未出現(xiàn)錯誤。電力變壓器對于電力系統(tǒng)的重要性無需多言,將二次諧波的引用也從根本上提高了變壓器的功能和穩(wěn)定,但是對電力變壓器仍然需要進(jìn)一步研究,從而找到更適合變壓器的保護系統(tǒng)。
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