CN103076439A - 换流变压器转换选择器动作产生的特征气体含量估算方法 - Google Patents

Abstract

一种换流变压器转换选择器动作产生的特征气体含量估算方法，判断当有载调压开关从中间档位调换到其它档位时，记录转换选择器动作次数累加一次，并记录转换选择器动作时间；估算因有载调压开关转换选择器相关因素使换流变压器绝缘油中存在的C₂H₂含量；减去该C₂H₂含气量，得到消除有载调压开关转换选择器动作因素后的C₂H₂含量；结果判断换流变压器设备状态。本发明能够在现有的利用换流变压器绝缘油中特征气体判断换流变压器状态方式中，排除换流变压器转换选择器正常动作带来的油中特征气体的影响，在线准确实时监测换流变压器的真实工作状态，对保证换流变压器的正常工作、提高工作效率、降低对换流变压器状态监测误判、节省资金投入都有着重要意义。

Description

换流变压器转换选择器动作产生的特征气体含量估算方法

技术领域

本发明涉及电力变压器的监测，具体说是一种换流变压器转换选择器动作产生的特征气体含量估算方法。 

背景技术

一、变压器调压方式 

变压器的电压调节即电压比的变化是通过有载分接开关使变压器一次绕组或二次绕组的加匝或减匝来实现的，基本调压型的接线方式有三种，如图1所示有载分接开关的基本类型，具体包括： 

a、线性调压方法； 

b、正反调压：极性选择器正反调压、双路极性选择器正反调压； 

c、粗-细调压：粗级选择器粗-细调压、多粗级选择器粗-细调压。 

对于电力变压器，线性调压方法一般适用于中等调压范围，最大为20％。目前，随着供电部门达标工作的开展，对电压合格率的要求越来越高；随着峰电负荷与谷电负荷差距增大，促使有载分接开关每天调节次数增多、调压范围增大，线性调压方法不能满足要求，因此使用正反调压；粗-细调压的有载分接开关越来越多。考虑性价比、运输等多种因素，电力行业较多使用了极性选择器正反调压、粗级选择器粗-细调压。 

二、转换选择器动作产气原因 

对于极性选择器正反调压、粗级选择器粗-细调压方式的有载分接开关，均使用转换选择器来扩大调压范围，见图1a-1e。在转换选择器动作之前，分接选择器位于“K”位置，转换选择器位于“+”或“－”位置。转换选择器在动作时不切断主回路电流，但由于耦合电容的存在，会使转换选择器动静触头分离时切断一个数值很小的电流，由于 该电流的存在，使分离的触头间产生火花；同时若出现在断口上的恢复电压超过一定限制，将使动静触头间拉弧。因此由于开断电流和恢复电压的作用，有载分接开关转换选择器操作过程中会存在燃弧和熄弧过程，在油中燃弧将使油分解产生特征气体，从而变压器本体油中会因转换选择器动作而出现特征气体。 

三、转换选择器动作产气影响 

因变压器转换选择器动作而出现特征气体会影响运行变压器设备状态的分析、评价以及检修策略的制定。例如，随着越来越多的直流输变电工程投入运行，换流站调试和运行维护人员在系统调试和日常运行过程中发现：换流变有载分接开关中转换选择器（极性开关）正常的频繁切换会使换流变本体绝缘油中检测到一定含量的特征气体，特别是乙炔有时甚至超过国家和行业标准注意值（GB/T7252-2001规定换流变绝缘油中产生乙炔气体含量的注意值为1uL/L）。具体引起以下问题： 

1）影响设备故障情况的分析 

对于充油设备，油中溶解气体检测是用来分析设备内部故障原因最有效的方法之一。现有充油设备油中溶解气体的相关判断标准均未考虑转换选择器操作时的产气，因此当换流变有载分接开关中转换选择器正常的频繁切换使油中溶解气体乙炔增长超过标准注意值时，使用现有的油中溶解气体的相关判断标准，会认为换流变内有可能存在一定的故障，因此该现象对换流变内部状态及相应故障分析产生一定的干扰。 

2）影响设备状态评价和检修策略的制定。 

国家电网公司交流主网和直流已全面采用状态检修模式，状态评价、状态检修等概念已深入到生产领域的方方面面。目前，每年都对换流站设备进行定期和动态评价，换流站每年的检修计划和技改计划的依据主要来源于设备状态评价结果，因此状态量真实反映设备状态 变得至关重要。根据Q/GDW168-2008《输变电设备状态检修试验规程》，当换流变有载分接开关中转换选择器正常的频繁切换使本体油中乙炔超过标准注意值时，换流变状态将由正常状态变为注意状态，根据设备状态编制的检修策略也会因之改变，检修周期会缩短，检修资金的使用效率将降低。 

四、应对措施 

研究结果显示：换流变有载调压开关转换选择器动作产生的C₂H₂气体含量对换流变有无故障的判断及换流变状态评价有一定影响，其他产生的气体H₂、CH₄、C₂H₄、C₂H₆含量较低，基本不会对换流变压器有不良影响。为此，可首先对换流变压器转换选择器动作产生的C₂H₂气体进行估算，然后将设备油中色谱分析结果减去因有载调压开关转换选择器而存在的C₂H₂含气量，再对设备状态进行分析，可消除其影响。 

转换选择器操作过程中的产生的特征气体量的主要相关影响因素如下： 

1、与有载分接开关的类型有关。 

2、与额定电压有关。 

3、与变压器内部线圈的布置有关。 

4、与限位电阻的使用有关。 

5、与转换选择器操作次数有关。 

由于变压器完成制造后前4个因素就已经确定，因此对于运行变压器有必要记录转换选择器操作次数，以便对变压器转换选择器动作产生的C₂H₂气体进行估算。 

五、国内外现状 

国外生产有载调压开关知名企业中德国MR公司对有载调压开关中转换选择器的产气进行了一些基础性研究，但对变压器转换选择器动作产生的C₂H₂气体估算方面还未开展研究。 

国内没有相关单位对有载调压开关换选择器的产气进行研究。 

目前，变压器的有载分接开关操作计数器仅记录本身的动作次数，数据是连续累积的，根据运行时间从几千到上万次不等，但没有记录转换选择器操作次数的功能。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种由换流变压器转换选择器的动作而产生的特征气体含量的估算方法。 

所述换流变压器转换选择器动作产生的特征气体含量估算方法，其特征是：所述方法按照如下步骤实现： 

步骤一、在换流变压器有载调压开关的档位指示盘上安装识别有载调压开关作用档位的档位传感器，并确定有载调压开关的中间档位； 

步骤二、当有载调压开关从中间档位调换到其它档位时，记录转换选择器动作次数累加一次，并记录转换选择器动作时间； 

步骤三、根据转换选择器动作次数和动作时间，估算因有载调压开关转换选择器相关因素使换流变压器绝缘油中存在的C₂H₂含量，按照下式估算： 

$C_{C2H2}=A\×\frac{100}{G}\×M\×\underset{n=1}{\overset{n=y}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{e^{0.0061\mathrm{Xn}}}$

C_C2H2：因换流变有载调压开关转换选择器动作原因而使设备油中存在的C₂H₂含气量，单位μL/L； 

A：校正系数，因设备线圈布置不同等结构原因而使转换选择器每次动作的产气量有所不同，使用该校正系数进行校正，每种类型的变压器可根据实际情况校正； 

G：换流变的油重，单位吨； 

M：以100吨油的换流变为基础，有载调压开关转换选择器动作一次产生C₂H₂的平均值常数； 

e^0.0061Xn：考虑气体逸散系数，Xn为第n次有载调压开关转换选择器动作后时间，单位天； 

y：有载调压开关转换选择器动作次数。 

在C₂H₂含量的估算公式中，所述以100吨油的换流变为基础，有载调压开关转换选择器动作一次产生C₂H₂的平均值常数M值为0.02μL/L。 

在所述步骤一中，在所述档位指示盘的固定轴上嵌套一个档位信 息盘，使所述档位信息盘位置固定且不随档位指示盘转动，在所述档位指示盘的一侧安装一个随档位指示盘同步转动的传感头，在所述档位信息盘对应有载调压开关的每一个档位设置一个信息格，所述信息格上设置每一个对应档位的档位信息，当换流变压器档位变动时，所述档位指示盘和传感头做相应转动，所述传感头与档位对应信息格感应装置中心相对时，所述信息格输出当前有载调压开关的档位变动信息。 

所述信息格上以磁记录方式记录每一个对应档位的档位信息，所述信息格输出端将当前有载调压开关档位位置信息的模拟信号放大后经过A/D转换和光电隔离后输出。 

在C₂H₂含量的估算公式中，所述校正系数A在校准时的获取方式为：通过记录换流变压器调试期间其转换选择器动作次数，并通过油色谱检测获得相对应的乙炔含量，由C₂H₂含量的估算公式倒推算出。 

本发明能够在现有的利用换流变压器绝缘油中特征气体判断换流变压器状态方式中，排除换流变压器转换选择器正常动作带来的油中特征气体的影响，在线准确实时监测换流变压器的真实工作状态，对保证换流变压器的正常工作、提高工作效率、降低对换流变压器状态监测误判、节省资金投入都有着重要意义。 

附图说明

图1a是有载调压开关的基本类型之一：线性调压示意图， 

图1b是有载调压开关的基本类型之二：正反调压单极性选择器示意图， 

图1c是有载调压开关的基本类型之三：正反调压双极性选择器示意图， 

图1d是有载调压开关的基本类型之四：粗-细调压粗级选择器示意图， 

图1e是有载调压开关的基本类型之五：粗-细调压多粗级选择器示意图， 

图2是换流变压器档位指示机构安装和结构示意图。 

图中：1—档位指示盘，2—档位指示盘的固定轴，3—传感头，4—档位信息盘，5—信息格。 

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步说明：所述换流变压器转换选择器动作产生的特征气体含量估算方法，按照如下步骤实现： 

步骤一、在换流变压器有载调压开关的档位指示盘1上安装识别有载调压开关作用档位的档位传感器，确定有载调压开关的中间档位。作为一种实施例，如图2中所示，在所述档位指示盘的固定轴2上固定嵌套一个档位信息盘4，在所述档位指示盘1的一侧安装一个同步转动的传感头3，在所述档位信息盘4对应有载调压开关的每一个档位设置一个信息格5，所述信息格5上记录有每一个对应档位的档位信息，所述档位信息盘4输出当前有载调压开关档位位置信息。 

作为上述方案的实施例，所述信息格5上以磁记录方式记录每一个对应档位的档位信息，在档位指示盘一侧固定安装传感头，所述信息格输出端将当前有载调压开关档位位置信息的模拟信号放大后经过A/D转换和光电隔离后输出。 

作为另一种实施例，所述有载调压开关的动作判断采用如下方式：所述信息格5上以条码记录方式记录每一个对应档位的档位信息，在档位指示盘1一侧固定安装扫描头，所述信息格与扫描头配合，所述信息格输出端将当前有载调压开关档位位置信息的信号放大后经过光电隔离后输出。 

作为又一种实施例，所述有载调压开关的动作判断采用如下方式：所述信息格上以碳膜电阻方式记录每一个对应档位的档位信息，在所述信息格一侧固定安装滑动头，所述滑动头输出端将当前有载调压开关档位位置信息的信号放大并经过A/D转换和光电隔离后输出。 

由于换流变压器设计高压，作为防护措施，需要使用变送器进行光电隔离。 

对于某换流变压器的有载调压开关分接范围

则该变压器有31个档位，中间档位为16档，当有载调压开关从16档升 到17档，或从16档降到15档时，转换选择器将动作。 

步骤二、当有载调压开关从中间档位调换到其它档位时，记录转换选择器动作次数累加一次，并记录转换选择器动作时间。 

传感器输出信息接入可编程逻辑控制器或计算机，记录记录转换选择器动作累加次数，并记录转换选择器动作时间。 

步骤三、根据转换选择器动作次数和动作时间，估算因有载调压开关转换选择器相关因素使换流变压器绝缘油中存在的C₂H₂含量。 

C₂H₂含量估算：根据转换选择器动作次数和动作时间等参数，估算因有载调压开关转换选择器动作及逸散等因素而使换流变压器油中存在的C₂H₂含量C_C2H2。乙炔含量计算模块所完成的估算公式如下： 

$C_{C2H2}=A\×\frac{100}{G}\×0.02\×\underset{n=1}{\overset{n=y}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{e^{0.0061\mathrm{Xn}}};$

C_C2H2：因换流变有载调压开关转换选择器动作原因而使设备油中存在的C₂H₂含气量，单位μL/L； 

A：校正系数，因设备线圈布置不同等结构原因而使转换选择器每次动作的产气量有所不同，使用该校正系数进行校正，每种类型的换流变压器可根据实际数据获得该校正系数； 

G：换流变的绝缘油重量，单位吨； 

0.02：以100吨油的换流变为例，有载调压开关转换选择器动作一次产生C₂H₂在0.02μL/L左右； 

e^0.0061Xn：考虑气体逸散系数，Xn为第n次有载调压开关转换选择器动作后时间，单位天； 

y：有载调压开关转换选择器动作次数。 

由此，得到由于有载调压开关转换选择器相关因素而使换流变压器绝缘油中存在的C₂H₂含量。 

根据上述结论，将换流变压器本体绝缘油中C₂H₂含量分析结果减去因有载调压开关转换选择器动作因素而存在的C₂H₂含气量，得到消除有载调压开关转换选择器动作因素后的C₂H₂含量。 

由上述消除有载调压开关转换选择器动作因素后的C₂H₂含量结果 判断换流变压器设备状态。这才是由本发明所达到效果。 

C₂H₂含量结果判断换流变压器设备状态仍然使用现有技术的评判方法，只是排除了由于有载调压开关转换选择器相关因素所带来的误差，使换流变压器的状态判断消除了不确定因素，判断更加准确。计算机按照新的数据判断换流变压器状态之后，通过显示器将换流变压器状态、转换选择器动作次数、动作时间显示出来。 

Claims (5)

1.一种换流变压器转换选择器动作产生的特征气体含量估算方法，其特征是：所述方法按照如下步骤实现：

步骤一、在换流变压器有载调压开关的档位指示盘上安装识别有载调压开关作用档位的档位传感器，并确定有载调压开关的中间档位；

步骤二、当有载调压开关从中间档位调换到其它档位时，记录转换选择器动作次数累加一次，并记录转换选择器动作时间；

步骤三、根据转换选择器动作次数和动作时间，估算因有载调压开关转换选择器相关因素使换流变压器绝缘油中存在的C₂H₂含量，按照下式估算：

$C_{C2H2}=A\×\frac{100}{G}\×M\×\underset{n=1}{\overset{n=y}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{e^{0.0061\mathrm{Xn}}}$

式中：C_C2H2：因换流变有载调压开关转换选择器动作原因而使设备油中存在的C₂H₂含气量，单位μL/L；

A：校正系数，因设备线圈布置不同等结构原因而使转换选择器每次动作的产气量有所不同，使用该校正系数进行校正，每种类型的换流变压器可根据实际情况校正；

G：换流变的油重，单位吨；

M：以100吨油的换流变为基础，有载调压开关转换选择器动作一次产生C₂H₂的平均值常数；

e^0.0061Xn：考虑气体逸散系数，Xn为第n次有载调压开关转换选择器动作后时间，单位天；

y：有载调压开关转换选择器动作次数。

2.根据权利要求1所述的换流变压器转换选择器的特征气体含量判断方法，其特征是：在C₂H₂含量的估算公式中，所述以100吨油的换流变为基础，有载调压开关转换选择器动作一次产生C₂H₂的平均值常数M值为0.02μL/L。

3.根据权利要求1所述的换流变压器转换选择器的特征气体含量判断方法，其特征是：在所述步骤一中，在所述档位指示盘的固定轴上嵌套一个档位信息盘，使所述档位信息盘位置固定且不随档位指示盘转动，在所述档位指示盘的一侧安装一个随档位指示盘同步转动的传感头，在所述档位信息盘对应有载调压开关的每一个档位设置一个信息格，所述信息格上设置每一个对应档位的档位信息，当换流变压器档位变动时，所述档位指示盘和传感头做相应转动，所述传感头与档位对应信息格感应装置中心相对时，所述信息格输出当前有载调压开关的档位变动信息。

4.根据权利要求2所述的换流变压器转换选择器的特征气体含量判断方法，其特征是：所述信息格上以磁记录方式记录每一个对应档位的档位信息，所述信息格输出端将当前有载调压开关档位位置信息的模拟信号放大后经过A/D转换和光电隔离后输出。

5.根据权利要求1所述的换流变压器转换选择器的特征气体含量判断方法，其特征是：在C₂H₂含量的估算公式中，所述校正系数A在校准时的获取方式为：通过记录换流变压器调试期间其转换选择器动作次数，并通过油色谱检测获得相对应的乙炔含量，由C₂H₂含量的估算公式倒推算出。

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