1、變壓器壽命管理摘要二十世紀九十年代的事實已經促使電力公司和其他電力變壓器的所有者們關注他們當前資產的維護以及拓展其可能的使用壽命。因此，所有的用戶都在研究如何從他們當前安裝的設備中榨取最后一滴性能。同時，新的對不同維護方法的思考也已經昭示，存在很多種新的方法，可花較少的錢來提高設備的可靠性。技術的進步已經提供了新的方法，并將分布式思想應用到變壓器和其他設備中，不僅提供了有關運行條件的數據，而且現在也能夠進行實時的診斷，從而為所有者提供關于這些受監測的設備的重要信息，管理設備使用壽命的概念現在變成了現實。引言：電力公共設施面臨的挑戰在過去數年內，電力公司面臨的挑戰概括為一句話說就是“降低運行費用

2、、提高發電及輸電設備的可用性、以及改善對客戶群的電力供應和服務”。同時，在一個可用資源正在無情減少的環境中，來自股東和競爭的壓力正在不斷地上升。由于費用以及對新資本的需求必須大幅消減，所有相關方面的聯合行動肯定會影響收益論述和資產平穩表中的內容。重要的充油式電氣設備如變壓器、并聯電抗器、電流互感器和高壓套管，都是電力電源系統中的關鍵部件。它們可靠連續地運行對發電和輸電的贏利是至關重要的，其采集、更換、運輸、安裝和維修方面的費用在整個系統中也是最高的。它們如果出現失效并因而導致無法使用，將帶來收益上的損失。這些失效如果是災難性的，將需要相當的費用，用于外圍設備的破壞、環境破壞和非計劃的緊急使用人

3、力資源以及替代電源等方面。對變壓器、并聯電抗器、電流互感器和高壓套管中初始故障的早期檢測將會創造經濟收益，產生可以預測的結果影響，該結果用于應對面臨的挑戰。一變壓器監控和管理的優點概述1能夠以最大的經濟效益運行變壓器監測使得計劃性停電成為可能，也可以用于設備使用的管理。在一個沒有管制的環境中，對過負荷突發需求的快速反應和市場機會的充分利用將會成為任何一個電力供應商獲得成功的關鍵。 2.以高效的和經濟的維護來管理和延長變壓器的使用壽命由于設備的維修按照既定的維修計劃進行，常常是現場維修，并且多數是在保用期內，因此將會降低運行費用。當故障以適度的可預見的速度發展時，設備可以一直處于運行狀態，有時處

4、于減負荷狀態。這種狀況可以避免收益受到損失，可提供時間用于有序的計劃設備的維修和更換。這些行動常常在現場即可進行，因為時間因素提高了必要資源的可用性。現場維修可以創造不菲的經濟上的收益，不但對于變壓器的所有者，而且對于那些產品還處于保用期的制造商來說亦是如此。管理和延長電力設備的使用壽命需要可靠的和連續的監控，因為所采取的對變壓器使用壽命有影響的任何行動的有效性都需要定期進行測試。對電力設備使用壽命的成功的管理和延長可以產生資金上的收益，對資產平穩表產生影響，從而可以將資本更多地投入到其它需要中去。3能夠檢測到故障的最初跡象，監視已出現的故障的發展。一旦探測出一個故障并且對其發展進行跟蹤監視，

5、那么就可以對該故障的嚴重程度進行評估，從而可依據監視做出行動決定。檢測出早期故障并且及時采取行動，可限制其對設備的損害。早期檢測可以限制臨近損害的數量，確定需要進行維修和維護的區域。4減少和盡可能的避免非計劃停電和故障變壓器內部初始故障的早期檢測可以大大減少非計劃性停電，提高電力和服務的可靠性。故障狀態常常會導致災難性事故。其早期檢測可以限制這種事件的產生，提高變電站人員的安全性。監視一個快速發展的故障并評估其發展，可提供必要的信息來配置所有基本的資源及時做出反應，減少其整體的損害。二變壓器監測和管理充油式變壓器對于所有業主來說都是其資產的重要部分，其意外故障或者停電帶來嚴重的后果占有巨大的比

6、例。電力變壓器在正常的運行中是可靠的，其總的故障率為12%。自二戰以后在電力事業有著巨大投資，這種情況持續到二十世紀七十年代初期，那時形成的一定數量的變壓器群體，理論上已經接近了其使用壽命的末期。變壓器壽命的終結通常定義為繞組內固體絕緣的機械強度的喪失。隨著絕緣系統（油和紙）測試技術的進步，依靠檢測絕緣系統退化的早期信號，通過連續的在線監測，可以延長某些設備的使用壽命。通過對變壓器運行主要指示信號或者參數進行連續的在線監測（如油中溶解的氣體），可以實施對此運行數據進行行業認可的診斷，確定該裝置的狀況。在電力變壓器中出現的熱和電氣故障總是伴隨著油中溶解的氣體的形成。對這些氣體進行分析是對于早期故

7、障的探測、故障類型的識別以及監視其隨著時間的發展的一個受到普遍認同的方法。這種方法的靈敏度相當高，在問題變得嚴重到足以從瓦斯繼電器中產生報警之前，發展中的故障即可被探測出來。這種早期報警可以讓所有者在出現以外故障之前即可做一些提前的計劃，對設備進行維修或者更換。傳統方法，SCADA，集中數據采集和分析集中數據采集和管理起源于SCADA應用程序。迄今為止，很多用戶已經使用了SCADA技術在變電站中對設備進行數據的采集和傳輸。按一定的周期采集信號（通常420mA，或者RTD測量），然后每小時或者每天進行傳送。這種概念需要大量數據的存儲能力，很少或者沒有數據處理或者建模。其重點是數據向中心點（通常是

8、控制室內）傳送中達到預設的門限值時產生報警。SCADA系統只是一個“數字”的累積系統。如果對數據進行任何的處理或者建模，則常常需要人工的干預和建模，或者進行數據的統計分析。而大多數的工程師已經沒有這個時間了。不僅如此，關一個存放特定變壓器信息（不同的數據庫）位置的數量是大量和復雜的。通常很難找到所需要的數據。對測試結果的診斷可以通過目前提供的多種商業軟件來實現。但這需要進入公司內的其它數據庫，以及要進入其它的您最需要而無法找到的信息的位置。這些測試結果數據庫通常沒有與SCADA系統聯系在一起。因此，測試結果數據的操作與變壓器上的基本信息之間的關聯將耗費大量的時間。分布式概念與集中式數據存儲和分

9、析每一臺變壓器都有其不同之處，這一點就象人一樣，有其特殊的屬性和運行特點。即使變壓器采用同樣的設計，在同一個工廠內于相同的時間制造，或者以同樣的方式進行測試，它們仍然有其獨特性。這是由在工廠內所允許的變壓器的制造誤差所引起的。比如，每個單元都有不同的“空載荷”和“載荷損失”數值。這些數值在一臺變壓器的載荷能力中占很小的部分。有一個能夠充分利用帶有實時輸入的PC機的運算能力以及變壓器工程測試數據的系統，這就是FARADAYTM Transformer Monitoring & Management System（FARADAYTM 變壓器檢測和管理系統，FARADAYTM TMMSTM）

10、，由Pointe Claire QC的GE Syprotec Inc.公司生產。FARADAYTM TMMSTM是一個動態的、適應智能的、交互的集成系統，用來監測和管理變壓器的性能。FARADAYTMTMMSTM的設計用來采集和處理重要的運行數據，解釋性能和進行診斷，從而為變壓器所有者提供決策依據。FARADAYTM TMMSTM的設計為永久性安裝在變壓器上，對變壓器的使用壽命進行監視和管理。實時運行的行業標準如型號、加載向導等，都集中在該設備以及其獨特的特征和從變壓器各種傳感器發來的實時信號輸入上。結合實時輸入和存儲在FARADAY TM TMMS TM上的測試數據（測試結果等），可連續的計

11、算變壓器的性能，如果有任何情況超出預先設定的范圍，則會產生警報。這樣將省掉對昂貴的數據傳輸費用的需求，以及不需要將不容易建模的信息向中央數據庫填充。測量數值隨著時間（每隔一定的時間間隔即進行一次測試）可以輸入至每個單元的FARADAYTM TMMSTM中。結果駐留在數據庫中，可以通過訪問數據庫對數據進行分析，也可以觀察出測試值的發展趨勢，從而進行診斷。如果一個通信連接被中斷或者切除，那么集中的數據采集和分析系統也被斷開而無法運行。FARADAYTMTMMSTM 的設計為自主運行。即使沒有通信連接，它仍將繼續采集數據、將數據分析成為信息并進行建模。變壓器也繼續受到監測。FARADAYTMTMMS

12、TM的設計為變壓器壽命歷史的“電子信息庫”。系統的設計可以使公司的所有人都知道到哪里可以獲取信息、測試結果（通過診斷），并在具體的變壓器上實施維護行動。這種信息庫與變壓器安裝在一起，其數據庫中存有下列信息：運行壽命、負載、溫度、油中溶解的氣體。測試結果（DGA、油的物理測試等）。測試結果的解釋和診斷。變壓器老化的計算。變壓器的負載能力。冷卻系統（風扇和泵）的故障排除。高級OLTC監控的平臺。FARADAYTMTMMSTM的典型輸入三變壓器監視和管理分布式概念的應用由于DGA的重要性非常突出，許多業者都決定應用在線的油中氣體監測，作為報警系統的“第一道防線”，為設備內潛在發展的破壞性故障提供報警

13、。當一個設備發出報警時，可以進行進一步的DGA測試，來確定故障的根源和嚴重程度。Manitoba Hydro已經在他們的充油式高壓直流設備中安裝了HYDRAN® 201 Incipient Fault Monitors（HYDRAN® 201 早期故障監測儀）。最近，他們在變壓器經受了一次逆弧以后（溶解氣體以很大的速率突然增加引起），在高壓直流轉換變壓器上的HYDRAN® 201Ti上發出一連串的報警。他們進行了三次內部檢測，全面了解了故障產生的原因。HVDC整流器用變壓器上Manitoba Hydro HYDRAN 201Ri 的故障探測第二次檢測第一次檢測HY

14、DRAN 201R i 讀數（單位為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 在第一次內部檢測中發現很小的過熱點，在頂部夾鉗上帶有燃弧痕跡。對其進行了維修，但是這個過熱點并不能說明有大量氣體產生。返回投運后，HYDRAN®立即探測到氣體又開始生成，表示問題還沒有發現。氣體超過允許水平以后，又進行了第二次的內部檢測。發現在底部夾鉗的很多螺栓上都在燃弧并且過熱。更換了這些螺栓，并用銅帶對這些連接進行了改進。返回使用后幾天又開始生成氣體。第三次的內部檢測集中在對鐵心部件的檢查上，發現鐵心疊片上的四個部分在油通道內的有些地方被短路。另外有兩

15、個部分發現在1000V側油間隙發出火花。此火花解釋了高氫氣含量以及乙炔含量升高的原因。于是得出了最后的結論，由于鐵心疊片被短路和燃弧導致出現核心循環電流，鉗位環流通過了底部夾鉗上的接線螺栓。由于沒有備用單元來更換這個單相變壓器，于是決定讓其繼續運行，但同時對其進行密切監視。安裝GE Syprotec Inc.公司生產的連續在線氣體監視系統FARADAYTM Transformer Nursing Unit（變壓器護理單元）和一個便攜式在線脫氣裝置。這種組合使Manitoba Hydro中的常駐專家可以對各種氣體產生和集中的速率進行監視，確定何時啟動在線的脫氣裝置來去除油中的氣體。最初一段時間過

16、后，脫氣裝置投入連續運行。如果不應用這種技術，那么可能每周七天、每天兩次要進行取樣和DGA分析，才能保證能夠避免嚴重情況的出現。現在這種工作的巨額費用被節省了。另一個選擇是停止此變壓器的運行，等待幾個月替換新變壓器。這樣會給所有者帶來很大的損失。由于這項技術在氣體測量方面的可靠性和可重復性已經得到證實，此變壓器從1997年6月至今天都一直保持運行。這臺變壓器已經計劃退出服役，更換為新的變壓器。FARADAY TNU® 的安裝（1）取樣頭組合件。（2）現有的HYDRAN® 201Ti上圖詳細顯示出了在連續運行狀態下帶有脫氣裝置的T21A實際的氣體產生歷史紀錄。氣體的增加可以表示出變壓器的過負荷，并顯示了氣體產生的速率如何超過脫氣裝置的容量的詳細信息。氣體的“下降”可以表示出變壓器為低負荷，脫氣裝置將生產的氣體從油中去除。 基于監測和在氣體達到危險的高水平時執行油的脫氣工作的方法給Manitoba Hydro帶來很大的經濟收益，連續收益平均每天達到 8萬加元。熱電廠中安裝的FARADAYTM TNU®參考文獻：Glodjo, Ahmed: A Field Experience with Multi-Gas On-Line Monitors, Sixty-Fifth, International Co