换流站大型充油设备早期故障预测装置运行分析及优化

毛志平，陈力耕，武剑利

(国网湖南省电力公司检修公司，湖南长沙410004)

换流变、平抗等大型充油设备在直流输电系统中起到至关重要的作用，其安全稳定运行是运维人员关注的焦点。近年来换流站换流变、平抗故障的发生，越发凸显早期故障预测的重要性。早期故障预测装置能够在线对换流变、平抗内部特征气体进行采集、分析，提前反映设备内部故障并进行告知。

1 装置概述

鹅城换流站换流变、平抗等大型充油设备早期故障预测装置是H201 Ti在线气体分析装置，用于在线监测变压器油中气体含量。

1.1 装置原理

早期故障预测装置安装在每台大型充油设备冷却器总出油口处，装置传感器中有一层具有选择性的高分子薄膜，变压器油中的 H2，CO，C2H4，C2H2等4种气体通过渗透膜进入电化学气体监测器内，在该处与空气中的氧进行电化学反应，产生一个与反映量成比例的电信号，以数字形式显示，单位为mg/L，反映到显示屏上以供运维人员读取油中混合气体浓度值。

1.2 装置检测量及其故障判断

早期故障预测装置能够对变压器油中的H2，CO，C2H4，C2H2等4种气体的总量进行测量，其测量值与上述气体含量对应关系即:

测量值 =100%H2+18%CO+8%C2H2+1.5%C2H4

该装置主要通过检测油中产生的异常气体混合物读数偏离基数的速度，预测换流站内大型充油设备的故障。气体采样周期为10 min一次，在线进行测量，当测量值达到250 mg/L时发气体异常报警，反映在运行人员工作站中，通知运维人员。

该装置测量值可反映出故障可能部位，见表1。

2 历年数据趋势分析

运行人员每半月抄录一次全站变压器设备早期故障预测装置读数。对鹅城换流站全部在用换流变和平抗设备近4年的在线气体分析读数，按年进行统计，其变化趋势统计如图1-4。

图4 2012年测量值变化趋势图

分析历年数据变化趋势，发现规律:

1)历年来最大气体含量一直都为极ⅠY/DC相和极ⅠY/Y-A相换流变。

2)历年来各设备在线气体含量读数走势基本相同，都为向上趋势，其中8月前向上走势较缓慢，8月后上升趋势加大，11月过后有下降趋势，是由于环境温度及负荷的变化引起。

3)各设备气体含量排名变化不大，基本稳定，没有出现变化较其它快或慢的现象 (图3，4中出现的较大波动是由于早期预测装置本身故障导致)。

同一台换流变的历年数据对比情况如图5所示(以极ⅡY/D-B相换流变为例)。发现规律:换流变平抗等设备的气体含量每年都在稳定增加，平均以每年20 mg/L的速率增长，其它含量达到250 mg/L估计需2年左右时间，即2014年左右，极ⅠY/D-C相和极ⅠY/Y-A相换流变在线气体分析读数将达到250 mg/L的报警值。

图5 极ⅡY/D-B相换流变历年在线分析数据趋势图

上述数据变化规律符合设备运行规律，随着换流变、平抗服役时间加长，在未进行过滤油的情况下，油中气体必将不断累积。

3 存在的问题及优化措施

3.1 测量值每年递增，必然达到报警

前文趋势分析中可知，换流变平抗等设备的气体含量每年稳定增加，按此趋势，达到报警值250 mg/L是必然。

3.1.1 目前存在的问题

1)由于一个极所有变压器的在线气体分析装置共用一个告警，当某台变压器的在线气体分析装置读数达到报警值时，软件会自动报警 (不会导致跳闸)，且该报警将长期存在，这样将掩盖该极其它变压器的该类报警提醒运行人员，必须现场加强监视。

2)在线气体装置报警后，为真实掌握换流变油的情况，运维人员必须开展油色谱分析，并持续进行跟踪，无疑增加了运维人员工作量。

3.1.2 改进措施

1)在线气体分析读数达到报警值前，将换流变和平抗进行集中滤油，降低在线气体分析装置测量的读数。

2)对在线气体分析读数进行补偿，延时其达到报警值的时间，或更改其报警定值，将250 mg/L更改为300 mg/L或更高。

3.2 早期预测装置

3.2.1 充油设备早期预测装置报警单一

1)当采集到的在线气体分析读数大于或等于250 mg/L时，发出“Hydan Gas abnormal” (在线气体不正常)，小故障报警。

2)当断开在线气体装置电源，在线气体读数小于 -125 mg/L，或大于2 250 mg/L时，发出“minor faulty”(小故障报警)。

除此2个报警外再无其它报警。对于定值，仅有高设定段报警，无低设定段，且无突变报警，因此对于测量值的突变没有任何报警。对于装置，仅有“minor faulty”(小故障)报警，而没有具体的故障信息，并且是和其它的传感器故障共用的小故障报警，如果发生故障，无法直观地了解故障原因。

3.2.2 存在的问题分析

1)在线气体分析定值报警仅有高设定段，无低设定段、无突变报警，现场装置故障报警无法体现在监控系统中，这样无法监测现场装置是否有故障，且如果换流变内部故障导致换流变内部气体突然增加，在线气体读数突然增加且未达到报警值时，就不能被及时发现和处理。

2)当在线气体装置电源跳闸后，监控系统仅发“minor faulty”，无其它报警，无法直观反映到在线气体装置是否跳闸，需通过查看软件和现场检查才能确认，不利于运行人员及时判断和处理故障。

3.2.3 改进措施

1)在软件里设定低设定段报警，日变化、月变化量突变报警，定值和现场设定一致，或单独建立一套换流变在线气体监测分析系统引入控制室，并具备报警和分析功能。

2)在软件里设定由在线气体装置电源跳闸或装置本身故障导致测量错误时，加入“在线气体装置故障”报警事件记录，和“minor faulty”一同报出。

3.3 早期故障预测装置无对时功能

在线气体分析装置的时间是以该机器的时间为准，没有对时功能，长时间运行后，会有很大偏差，需手动定期进行校对。建立一套换流变在线气体监测分析系统引入控制室，进行统一对时，即可解决问题。

4 结束语

文中分析换流变、平抗早期故障预测装置相关报警及目前鹅城换流站换流变平抗充油设备故障预测装置测量值的发展和变化规律，以便运维人员进行故障判断时参考，保证设备的安全稳定运行。

〔1〕赵畹君.高压直流输电工程技术〔M〕.北京:中国电力出版社;2012.

〔2〕国家电网公司.直流换流站运维技能培训教材—换流站运行〔M〕.北京:中国电力出版社，2012.

〔3〕湖南省电力公司.500 kV鹅城换流站现场运行规程〔S〕.2012.

〔4〕瑞典ABB公司.H201 Ti在线气体分析装置说明书〔R〕.2006.