从特高压失败的案例中吸取的教训

资料来源

本文来自美国电力服务公司(AEP)

作者: C. SCHNEIDER*, K. PHILLIPS, M. SPURLOCK

 

摘要

美国电力服务公司(以下简称AEP)已将资产监控设备获取的数据以及资产健康状态评估系统纳入日常工作之中,以标准化其变压器管理工作流程。

 

AEP公司设备标准开发团队与“资产健康评估中心”团队合作,开发出了一套超高压设备监控标准流程,以便获取变压器健康数据。在AEP历史上,曾出现过一次变压器故障,根据该故障变压器的状态监控数据,我们通过状态评估及诊断程序,分析了此次故障的产生原因。

 

关键字

资产健康,变压器监控,资产管理,状态评估,自动化

 

一.介绍

长期以来,输配电设施一直面临着升级改造、更换和维护设备的任务,以便保证变压器、断路器、开关、电抗器、电容器等众多资产的可靠安全运行,维修或更换费用的投入产出比一直是我们需要平衡的问题。

 

在过去,当电力事业快速扩张的时候,大部分的资产都在较短的使用周期之内,资产状态健康。然而现在,许多电力设施面临着设备老化和质量下降的问题,维修费用的压力逐年加大。例如,在美国电力公司(American Electric power),33%变压器的使用时间为50年以上,近18%的变压器使用年限为60年或60年以上。这意味着,电力单位必须要有一套行之有效的资产管理流程,尤其是针对服务期限过长的设备。

 

在过去,运维人员只能够从本地层面上进行管理。当对单个变电站有了在多年运行经验和深入了解之后,资产管理者能够比较有效地管理这些资产,决定维护和更换的频率。

随着电网系统的发展,资产总量增加了,运营方式也更加集中,资产的管理已经从运维人员的手中向管理中心转移。这种情况决定了我们需要创造一种集中管理的模式和流程,其中包括资产健康状况分析、状态监控、动态的运营与维护计划以及合理的资本投入。

资产健康状态分析的概念并不新鲜。电网公司多年来一直在记录资产健康指标的数据。针对断路器状态评估,接触电阻和时间等测量值一直都被用于决定维修更换的优先顺序。这些实践大多依赖于经验老道的工程师,通过人工检查和分析提供的数据。

 

AEP的资产健康中心 (AHC) 使用经过计算健康指数进行管理的概念,旨在减少对数据的人为估算,通过系统预测设备故障,提供必要的维护计划,为电网的更新换代提供可视化的证据。

 

二. AEP资产健康中心

 

AHC资产健康评估软件解决方案是AEP和ABB-Ventyx的合作成果。该工具是一个基于Web网络的接口,允许任何通过AEP企业网络连接的笔记本电脑、移动设备或PC进行访问。软件项目开发分四个阶段,分三年实施,以便不断增加功能,允许用户对操作进行反馈。该软件利用全部可用的数据源,包括设备铭牌信息、人工检查和测试结果、SCADA数据、故障文件和实时健康状况监控设备,从而实现了故障风险评估、资产临界状态评估、维保计划自动排产的各种算法。

 

此算法由AEP、ABB的变电站设备资产管理专家进行开发。资产性能模型(APM)计算变压器的健康状况,并包括断路器状态和电池状态。总的来说,这些模型可以计算出设备的潜在故障。同时,这些算法还可以通过生成消息,通知用户当前的异常情况,以及解决这些问题的时限。对于断路器评估,算法利用参数化模型,将制造商的设计差异也包含在考虑范围内,并对这些参数作为阈值进行评估测量和检验数据对照。

 

三.AEP的变压器监控方案

 

在AEP的输电部门中,电站设备标准组负责变电站设备标准的制定和电站设备采购。电站设备标准团队与输电技术现场服务(TFS)、资产健康中心团队、工程标准团队一起建立了一个标准的变压器监控工具包。

 

对于765KV单相变压器,标准监控工具包包括::套管监测,局部放电监测,温度监测,风扇监测,油泵监测,常规开关量报警监测以及8故障气体监测。

 

标准监控包数据在DR-E3处收集并通过非关键局域网发送到C30中继。传统的监控数据通过关键局域网走RTU协议到SCADA系统中,然后通过PI到PI连接到AHC数据库。

 

美国电力公司已经在2015年为138千伏输电变压器建立了一套标准监测工具包。

 

  1. . 变压器故障

 

2014年第一季度,AEP发生单相765KV xx MVA变压器的灾难性故障。这个变压器只使用了几个月。这是一个典型的变压器“浴缸”故障曲线初期发生故障的例子。

 

该单项变压器完全处于标准监测工具包的监测之下。这是AEP历史上第一次已经被完全监控的变压器发生故障。不幸的是,我们在当时没有充分识别局部放电的特征,从而没有向决策部门发送警报。

 

套管状态监测、多故障气体在线监测、温度、其他电量和非电量警报从未发出任何预先通知或故障指示,唯一预先给出故障指示的装置是局部放电监测。下一节详细介绍了针对这种故障的局部放电的结果,以及为这种故障类型创建的特征分析。

 

  1. . 故障现象

 

变压器故障迅速而剧烈,没有任何其他警报和信息的预先警告。这台变压器用了不到三个月。除了局部放电监测系统外,没有任何其他监测警报显示。

 

对于单相765千伏变压器,我们的标准监测包的一部分是 Qualitrol特高频局部放电系统。该系统有6个内置式超高频传感器,用于测量变压器主油箱内的“局放信号(见图7)。局部放电系统在故障前和故障中表现出以下行为(见下面的数据)。

 

从图中可以看出,部分放电活动是在故障前8小时就开始显示的,因此,我们现在使用局部放电故障信号作为变压器操作行为的一部分。

 

  1. . 实践上的改变

 

在这次故障之后,通过总结有效信息和评估,我们已经为我们的电力设备实施了新的监控流程。更新后的监控流程与局部放电事件和振幅有关。

 

如果变压器有局部放电警报,警报就会被触发到我们的运维团队。然后,通信操作小组确保电站内的每个人都获得警报信息,在警报未确认关闭之前,任何人都不允许进入距变压器组23米的安全距离内,人身安全是第一位的。

 

在所有人都清楚之后,通信操作小组通知资产健康中心团队对局部放电进行评估。资产健康中心团队与变压器专家和变电站运维人员决定下一步行动。然后根据调查结果确认警报。

 

AEP仍在与供应商和局放系统厂家合作,以确定最佳设置,从而防止误报警。基于我们对安全和故障预防的关注,AEP采取了一种保守的策略去制定一系列评估系统。