亚洲国产一区二区三区区别-内射极品美女在线观看-岛国av一区二区在线在线观看-开心五月六月婷婷深深的爱

公司新聞

大電流耐壓機(jī)中氣體在線監(jiān)測技術(shù)



大電流耐壓機(jī)中氣體在線監(jiān)測技術(shù)在線監(jiān)測技術(shù)
摘要
本文首先探討了變壓器油中氣體在線監(jiān)測的定位問題,介紹了燃料電池型油中氣體在線監(jiān)測系統(tǒng)的工作原理和流程,然后通過分析燃料電池氣體傳感技術(shù)的特點,重點講述該類技術(shù)應(yīng)用在變壓器油中氣體在線監(jiān)測系統(tǒng)的特殊優(yōu)勢。
關(guān)鍵詞:在線監(jiān)測, 氣體傳感器,油氣分離膜

1. 引言
通過定期分析變壓器絕緣油中的溶解氣體來檢測設(shè)備內(nèi)部的故障,是當(dāng)前變壓器等充油電氣設(shè)備預(yù)防性試驗的一項重要手段。但從筆者收集的幾例大型變壓器的事故情況來看,問題均發(fā)生在正常的試驗周期之內(nèi),這說明目前常規(guī)的試驗項目和試驗周期仍存在一定的局限性,因此,對大型變壓器采取及時有效的在線監(jiān)測手段就顯得尤為重要。
變壓器早期故障在線監(jiān)測裝置的出現(xiàn),克服了原有油氣分析必須在實驗室進(jìn)行、分析過程相對比較復(fù)雜、分析周期較長的缺點,能連續(xù)觀察變壓器油中的氣體的動態(tài)變化過程,對于改善電網(wǎng)的可靠性和**性,以及提高效率具有十分重要的意義,也越來越受到各級部門的重視。

2. 變壓器油中氣體在線監(jiān)測的定位
2.1. 看門狗/哨兵作用
變壓器油中氣體在線監(jiān)測是作為狀態(tài)檢修的有效手段,大電流耐壓機(jī)中氣體在線監(jiān)測技術(shù),其目的是為了能夠盡早地檢出變壓器內(nèi)部的潛伏性故障,彌補(bǔ)原有離線定期檢修不能實時監(jiān)測變壓器健康狀況的缺點,提高設(shè)備運(yùn)行**可靠性,降低檢修成本,減少檢修風(fēng)險。
因此,該裝置的顯著特點就是對變壓器的早期故障報警,起到“看門狗”、“哨兵”的作用,其定位可歸納為“準(zhǔn)、快、簡”三個方面[1]。
所謂準(zhǔn),就是所選擇的監(jiān)測對象應(yīng)該是故障初期的特征氣體。
油浸式高壓電氣設(shè)備內(nèi)部的故障直接導(dǎo)致局部過熱和放電現(xiàn)象,其特點是能量以高溫釋放的方式分裂故障點周圍的絕緣介質(zhì)如變壓器油和絕緣紙,裂解后,化學(xué)基團(tuán)迅速重新組合形成氣體或其它分子。研究表明,產(chǎn)生氣體的種類及濃度與故障釋放的能量有直接的聯(lián)系,氫氣和一氧化碳從250oC 開始就有明顯的增加,乙烯從300oC開始產(chǎn)生,而乙炔則在1000oC左右開始產(chǎn)生。氫氣和一氧化碳幾乎伴隨著所有的故障機(jī)理[2],因此,特征氣體(氫氣,一氧化碳,乙炔,乙烯)的監(jiān)測可以幫助及時發(fā)現(xiàn)潛伏性/早期故障隱患。值得說明的是,目前的離線色譜檢測,在取樣,貯運(yùn),脫氣,進(jìn)樣等操作環(huán)節(jié)中,氫氣極易損失,使分析結(jié)果往往出現(xiàn)較大的分散性,因而引起一些人懷疑氫氣監(jiān)測的有效性。
所謂快,就是對故障氣體的反應(yīng)速度要盡量快!要求在線監(jiān)測裝置*好能在故障氣體產(chǎn)生幾十分鐘后,發(fā)出報警[1]。運(yùn)行人員就可立即向有關(guān)部門匯報,進(jìn)行綜合分析后,采取有效的措施,以便防止惡性事故的發(fā)生。
所謂簡,就是要求裝置系統(tǒng)簡單、安裝方便、大電流耐壓機(jī)中氣體在線監(jiān)測技術(shù),運(yùn)行維護(hù)少乃至免維護(hù)。若安裝一套原理復(fù)雜的氣相色譜技術(shù)在線監(jiān)測,則運(yùn)行維護(hù)人員的工作量將大大提高,定期更換標(biāo)氣、載氣等易耗件,維護(hù)空調(diào)、各種電磁閥、泵類等易損件的工作量是不能忽視的。表1是按某電力局假設(shè)安裝50臺氣相色譜類在線監(jiān)測裝置與50臺燃料電池類產(chǎn)品的維護(hù)工作量對照表。
表1 氣相色譜技術(shù)和燃料電池技術(shù)產(chǎn)品維護(hù)工作量的對照表

    維護(hù)內(nèi)容    說明    氣相色譜技術(shù)    燃料電池技術(shù)
            單臺.次    50臺.次    單臺.次    100臺.次
1    換載氣/標(biāo)氣    6個月一次    2次/年    100       
2    空調(diào)(恒溫)過濾
網(wǎng)清洗    2個月一次    6次/年    300       
3    色譜柱老化再生    1年一次    1次/年    50       
4    更換檢測器    5年一次    0.2次/年    10       
5    更換油泵、氣泵    5年一次    0.2次/年    10       
6    更換電磁閥、
流量開關(guān)等    5年一次    0.2次/年    10       
    合計         480次/年         0次/年

簡的另一個含義是費用的問題,包括初期監(jiān)測設(shè)備的硬件費用和安裝后維護(hù)方面的軟費用問題。都是用戶在選型時必須要認(rèn)真考慮的問題。
因此,在線監(jiān)測裝置只有具備了“準(zhǔn)、快、簡”,才能對內(nèi)部故障起到"哨兵"的作用;在“準(zhǔn)、快”基礎(chǔ)上,只有做到"簡",才能給用戶帶來了方便、經(jīng)濟(jì),才能得到推廣。
有人提出在線監(jiān)測就是要取代定期取樣分析,因此必須要用全組分在線監(jiān)測儀,這種愿望是可以理解的,但結(jié)果往往差強(qiáng)人意。筆者認(rèn)為要達(dá)到這個目標(biāo)需要一個過程,目前還沒有一個廠家敢說它的監(jiān)測儀在長期戶外運(yùn)行過程中可以完全取代定期取樣,也正因為如此,在國家標(biāo)準(zhǔn) DL/T722-2000 第 8.7.2節(jié) 在線式監(jiān)測儀中,明確提出了在在線監(jiān)測儀報警后要用實驗室分析進(jìn)行確認(rèn)。
所示的實際上把在線監(jiān)測儀看作是"哨兵"或“看門狗”的概念。與本文探討的基本一致。

2.2.點多面廣,集中管理
在線監(jiān)測是否成功,關(guān)鍵在于能否捕捉到故障,而這里有個概率問題。據(jù)國家電網(wǎng)公司對至2004年底在運(yùn)的13187臺110kV及以上電壓等級變壓器(總?cè)萘?07108.3MVA)所作的調(diào)查[3], 變壓器年臺次平均損壞(報廢)事故率為0.4%,發(fā)現(xiàn)的有各類障礙和缺陷的變壓器占總臺數(shù)的4.2%。這些障礙,缺陷和損壞事故雖然比例不高,但經(jīng)濟(jì)和社會損失巨大,換句話說,只有在有一定的使用量的時候,在線監(jiān)測的價值才有可能充分體現(xiàn)出來,而這個量又與前面提到的簡單實用,經(jīng)濟(jì)有效有著直接的聯(lián)系。
       在線監(jiān)測是否成功還有一個重要的因數(shù)是集中管理,集中管理不僅僅是把所有變壓器在線監(jiān)測儀集中到一個平臺,還應(yīng)包括針對不同的變壓器的運(yùn)行狀況,如變壓器家族,故障歷史,負(fù)載等設(shè)置不同的報警注意值, 而不是千篇一律使用同一個值。在這方面,香港的中華電力公司在油中氣體在線監(jiān)測方面的經(jīng)驗值得我們參考[4]。他們不僅建立了完善的網(wǎng)絡(luò)通訊平臺對所有變壓器在線監(jiān)測儀進(jìn)行集中監(jiān)控,還對近400臺變壓器的油中氣體注意值分別進(jìn)行了有針對性的設(shè)置,并有專人負(fù)責(zé)管理。近幾年來,及時發(fā)現(xiàn)了幾起重大缺陷,提高了設(shè)備運(yùn)行可靠性,經(jīng)濟(jì)效益十分顯著?!?br />3. 燃料電池型變壓器油中氣體在線監(jiān)測系統(tǒng)工作原理和流程
       
燃料電池型油中氣體在線監(jiān)測系統(tǒng)工作原理,當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生局部過熱,放電時產(chǎn)生特征氣體,并溶于油中,隨著油的對流逐漸擴(kuò)散到變壓器本體,在線監(jiān)測裝置本身的強(qiáng)制熱對流(強(qiáng)制溫差)使得絕緣油在閥門的內(nèi)外側(cè)產(chǎn)生對流,到達(dá)傳感器(油氣分離膜),為了保證絕緣油在變壓器主油箱與傳感器之間有足夠的對流,一般要求從傳感器到變壓器主油箱的距離不超過閥門直經(jīng)的6倍, 這種做法的好處是只需要一個閥門,不需要容易磨損的油泵及復(fù)雜的管路進(jìn)行油循環(huán),同時不污染、消耗變壓器油。 油中溶解氣體在油氣分離膜兩側(cè)分壓差的驅(qū)動下,自動進(jìn)行滲透,從高分壓側(cè)(絕緣油側(cè))滲透到低分壓側(cè)(電極側(cè)),而絕緣油不能透過。滲透后的氣體分子如氫氣在電催化劑的作用下,自發(fā)地在燃料電池的電極上發(fā)生氧化反應(yīng). 燃料電池型油中氣體在線監(jiān)測工作原理(裝置安裝于變壓器的散熱器回路上,反應(yīng)[1]中生成的質(zhì)子(H+)穿過電解質(zhì)與空氣中氧氣生成水(在圖2中的陰極上),而產(chǎn)生的電子(電信號)則通過外部電路測得。電信號強(qiáng)度與氫氣濃度成正比(服從法拉第定律)。
        由于電化學(xué)反應(yīng)及氣體在油氣分離膜上的滲透速度受溫度影響, 因此一般在傳感器內(nèi)部集成一個溫度傳感器,對燃料電池產(chǎn)生的電信號進(jìn)行實時補(bǔ)償/校正。
        補(bǔ)償后的電信號通過信號變送器(與傳感器直接相聯(lián))上的單片機(jī)實時轉(zhuǎn)化成有用的氣體濃度以及氣體濃度隨時間的變化趨勢,得到的氣體濃度以及變化趨勢再與單片機(jī)上預(yù)先設(shè)定的報警值比較,如果超出了設(shè)定的報警閥值和報警延時,在線監(jiān)測裝置會發(fā)出告警信息并進(jìn)行各種規(guī)定的告警動作如聲和光,*后氣體濃度、變化趨勢、告警信息及其它有關(guān)信息通過變送器上的通訊模塊實時傳輸給指定的終端或服務(wù)器。
從以上工作原理及流程中可以看出,整個過程簡單(油氣分離和氣體監(jiān)測集成在一個傳感器里,而傳感器又直接安裝于一個變壓器閥門上),不需要任何外界的干預(yù)(氣體傳感器屬于無源器件),沒有任何易損件和消耗品(不需要載氣、標(biāo)氣、分離柱、 油泵、氣泵、電磁閥等),響應(yīng)速度快(采樣周期15秒),有效降低了人力成本、管理成本、維護(hù)成本,因此在設(shè)備可靠性和免維護(hù)性方面其優(yōu)勢是顯而易見的,實現(xiàn)了真正意義上的在線監(jiān)測,適合普遍推廣使用。
燃料電池氣體傳感器的不足之處在于不容易實現(xiàn)全組份監(jiān)測,因為常溫下飽和烴類氣體缺乏電化學(xué)活性。但是這個不足并不削弱其作為“哨兵”的作用。

3. 燃料電池型變壓器油中氣體在線監(jiān)測系統(tǒng)的特點
3.1燃料電池傳感器的壽命是設(shè)備穩(wěn)定可靠運(yùn)行的首要條件
        傳感器壽命始終是人們*關(guān)心的問題,要了解傳感器壽命,首先要了解其原理以及構(gòu)件,
        燃料電池的壽命取決于:1).電極材料(材料配方)的穩(wěn)定性; 2). 電解質(zhì)的穩(wěn)定性; 及3). 工藝設(shè)計(Know-How), 這同時也是區(qū)分不同生產(chǎn)廠家產(chǎn)品性能質(zhì)量的關(guān)鍵。由于涉及到知識產(chǎn)權(quán)問題,本文不可能對這三條進(jìn)行詳細(xì)的描述。但一個穩(wěn)定的長壽命的傳感器必須要考慮這三條中的每一條,以第三條為例,工藝設(shè)計要結(jié)合使用對象和環(huán)境,傳感器對象是變壓器油中的可能存在的大量故障氣體(H2、CO、C2H2、 C2H4等)。大電流耐壓機(jī)中氣體在線監(jiān)測技術(shù)(相對濕度一般低于20%RH)。如果使用的燃料電池傳感器是民用市場上見到的簡易傳感器,那么使用壽命短也就不足為奇了。
以奧特迅KG系列傳感器為例,傳感器的設(shè)計壽命為10年,通過近三年來對廣東電網(wǎng)公司某變電站現(xiàn)場跟蹤,從傳感器自測數(shù)據(jù)來分析,實際壽命可超過10年, 需要指出的是,更換傳感器指數(shù)是指當(dāng)傳感器自測值超過該數(shù)值時,傳感器的性能如靈敏度會有明顯的變化。傳感器自我測試的目的在于確保連續(xù)監(jiān)測過程中傳感器始終處于正常工作狀態(tài)。

3.2燃料電池傳感器響應(yīng)速度優(yōu)勢明顯
在線監(jiān)測領(lǐng)域有一個誤區(qū)就是由于使用平板油氣分離膜的燃料電池傳感器響應(yīng)速度(油氣平衡時間)慢。 事實并非如此,燃料電池一體化傳感器(油氣分離膜和氣體傳感器集成一體)響應(yīng)時間
可以看出,H2和C2H2要達(dá)到80%油中氣體濃度所需要的時間只要6.5 min和22 min,為什么與在線色譜中使用的平板油氣分離膜的平衡時間(幾小時甚至幾十小時)有如此大的區(qū)別原因是:燃料電池一體化傳感器是一個動態(tài)平衡體系,可以用氣體膜滲透公式來解釋,在氣體膜滲透公式中,單位時間內(nèi)透過膜的氣體量與膜兩側(cè)的氣體分壓差( C2 – C1)成正比,分壓差越大,單位時間內(nèi)透過膜的氣體量越多,在非燃料電池體系中,隨著時間的增加,透過膜后的氣體濃度C1逐漸接近C2,分壓差越來越小,因此油氣平衡時間(響應(yīng)時間)需要數(shù)小時至數(shù)十小時。而在燃料電池體系中, 
KG2100A型燃料電池氣體傳感器對變壓器油中H2響應(yīng)曲線
.KG2000A型燃料電池氣體傳感器對變壓器油中C2H2響應(yīng)曲線
透過膜后的氣體濃度C1由于燃料電池消耗的原因始終保持較低的水平,因此分壓差保持較大的水平,單位時間內(nèi)透過膜的氣體量始終保持較高的水平,另外同樣由于消耗的原因,根本無需熱力學(xué)平衡,動態(tài)油氣平衡時間(響應(yīng)時間)只需要數(shù)分鐘至數(shù)十分鐘。
3.3復(fù)合式油氣分離膜的**技術(shù)
據(jù)統(tǒng)計,現(xiàn)場使用過程中燃料電池傳感器失靈80%是由于油氣分離膜的損壞而造成的。由于在線監(jiān)測離不開油氣分離,實際上膜變形或破損存在于所有使用膜分離技術(shù)的在線監(jiān)測裝置。
油氣分離膜的厚度與其機(jī)械強(qiáng)度是一個矛盾體:一方面,薄膜有助于透氣,增加傳感器的靈敏度,但薄膜很容易受壓變形甚至破損。常見的油氣分離膜正壓試驗一般都能滿足要求(因為膜背后有支撐),但在受負(fù)壓(真空)時易變形,導(dǎo)致傳感器校準(zhǔn)失準(zhǔn),嚴(yán)重的甚至破損導(dǎo)致傳感器失靈。油氣分離膜上的負(fù)壓可能由傳感器外部引起,如儀器安裝過程或變壓器真空脫氣過程,也可以由傳感器本身內(nèi)部如溫升導(dǎo)致內(nèi)部壓力增加引起。這個問題隨著奧特迅復(fù)合式油氣分離膜的**發(fā)明而得到圓滿的解決。
復(fù)合式油氣分離膜既具備了本體高分子膜的透氣性能,又具備了金屬材料的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,揚(yáng)長避短,制成的油氣分離膜可以耐從0.7MPa正壓到6x10-2 Pa真空的各種壓力,結(jié)果如圖7所示:
 厚度25 ?m本體PTFE膜耐真空試驗:
a).
常用油氣分離膜受真空變形破損; b). 大電流耐壓機(jī)中氣體在線監(jiān)測技術(shù),復(fù)合式油氣分離膜在真空下絲毫未損

3.4
燃料電池傳感器的選擇性已得到較大提高
       
與光學(xué)檢測器比較,化學(xué)傳感器通常缺乏高選擇性,但高選擇性可以通過1. 選擇性油氣分離膜, 2. 選擇性電極,和3.選擇性過濾層三方面的仔細(xì)組合來達(dá)到。奧特迅公司開發(fā)的基于燃料電池的選擇性氫氣傳感器和乙炔傳感器已經(jīng)應(yīng)用于變壓器在線監(jiān)測。
.
是奧特迅的KG2100B選擇性氫氣傳感器以及KG2100A復(fù)合氣體傳感器對氫氣和一氧化碳的響應(yīng)曲線。可以看出選擇性氫氣傳感器對一氧化碳的交叉靈敏度基本上可以忽略不計(圖8中表示的是變壓器油中溶解氣體濃度, 1 ppm = 1 ?L/L)。
此外,實驗證明,選擇性氫氣傳感器對絕緣油中常見的其它故障氣體如CH4、C2H6、C2H2、C2H4CO2沒有響應(yīng)。
使用選擇性氫氣傳感器可以避免有些情況下報警閥值設(shè)置不當(dāng)而引起的誤報警現(xiàn)象,例如用戶在設(shè)置H2報警閥值的時候,往往采用預(yù)防性規(guī)程中對H2的注意值,即150 ?L/L, 如果用戶把一臺復(fù)合氣體
 KG2100
燃料電池傳感器對氫氣和一氧化碳的響應(yīng)曲線
傳感器,如CO靈敏度為14%KG2100A[7] 安裝到一臺H2濃度為零而CO濃度為1000??L/L的變壓器上,則理論上監(jiān)測儀的讀數(shù)可達(dá)140??L/L,這時如果不調(diào)整報警閥值就有可能發(fā)生誤報警現(xiàn)象。

3.5
燃料電池型變壓器在線監(jiān)測系統(tǒng)的顯著優(yōu)勢
基于燃料電池技術(shù)的該類裝置應(yīng)用于變壓器在線監(jiān)測系統(tǒng)具有顯著優(yōu)勢:
?   
監(jiān)測13種特征氣體(氫氣、一氧化碳、乙炔),可滿足變壓器早期故障報警需要;
?   
無消耗件和易損件,無運(yùn)行費用(不需要定期更換載氣、標(biāo)氣及分離柱、泵類、空調(diào)維護(hù)等),極大減輕運(yùn)行和維護(hù)人員的工作量,適合批量使用;
?   
技術(shù)成熟, 系統(tǒng)構(gòu)件簡單可靠.

    4.
結(jié)語
在線監(jiān)測裝置用戶*關(guān)心的是長期可靠性(魯棒性)和免(少)維護(hù)性,在滿足這些條件的前提下,才有可能普及。擁有近170年發(fā)展歷史的燃料電池從20多年前開始應(yīng)用于變壓器在線監(jiān)測到今天,在技術(shù)上不斷改進(jìn)(從單一的復(fù)合氣體監(jiān)測到選擇性單組份,到選擇性三組份等),可靠性不斷提高(從普通的油氣分離膜到復(fù)合式油氣分離膜等),已經(jīng)滿足了這些前提。隨著用戶對變壓器在線監(jiān)測各種技術(shù)和產(chǎn)品的深入了解,燃料電池型油中氣體在線監(jiān)測系統(tǒng)必將被更多的人所接受
主營產(chǎn)品:

無局放試驗變壓器廠家,超低頻直流高壓發(fā)生器,變壓器油介質(zhì)損耗測試儀,感應(yīng)式軸承加熱器,直流泄漏測試儀,變壓器空負(fù)載測試儀,雷電計數(shù)器校驗儀,萬寶電力設(shè)備


Copyright? 2003-2025  揚(yáng)州萬寶電力設(shè)備有限公司版權(quán)所有
    電話:0514-88771393 0514-88778599     傳真:0514-88771019    地址:江蘇省揚(yáng)州市寶應(yīng)縣柳堡工業(yè)園萬寶路1號    郵編:225828
蘇ICP備13035579號-2

蘇公網(wǎng)安備 32102302010200號

| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |