浅谈核电主变压器油位在线检测

浅谈核电主变压器油位在线检测

张筱琦

福建福清核电有限公司  福建 福清  350318

摘要：变压器是核电站最关键的设备，它的工作状态对核电站的安全和使用有很大的影响。为了能及时、有效地监控核电厂主变压器的运行状况，油中的溶气分析是一种非常有用的方法。该系统可以及时地检测出变压器的潜在故障，使其由常规的维修模式向状态维修模式的过渡，因而被越来越多地采用。变压器油中的溶气在线监测和诊断是变压器的外围设备，因此，针对核电站的实际操作要求，对核电机组主变油液监控进行研究。

关键词：核电变压器；油位；在线监测

引言

通过对系统的综合分析，结合操作人员的经验，对可能发生的故障部位及类型进行了分析。由于这一过程难以用传统的数学手段来描述，因此，人工智能技术在人类的工作中具有良好的建模能力，易于基于人类经验，具有一定的学习能力。通过对缺陷评估的认知过程的分析，运用人工智能技术构建出一套能够分析缺陷的逻辑分析评估系统，为维护工作者提供更全面、更有效、更相关的知识。

一、核电站用主变油中溶解气体在线监测技术要求

为了实现对变压器油中溶解气的定量、自动、快速的控制，对其进行快速、定量、自动、快速的控制，并对其进行故障预报。采用智能化的故障诊断系统，可以提前预警设备的潜在风险，避免发生故障，降低重大损失，提高设备的运行可靠性。另外，考虑到国内类似的核电厂正在计划建造六百万千瓦的压水堆，其主变压器采用三个单相变压器。在全部工程完工后，总共有18个监测设备，有可能进一步扩大。整个机组的开发采用一次性规划、连续建设的方式，所以核电厂主变油的消耗量控制系统必须具备较好的扩展性。

二、核电站用主变油中溶解气体在线监测系统的组成

（一）MGA2000-6H变压器色谱在线监测工作原理

MGA2000-6H型变压器色谱联机监控系统，采用真空压力差法将变压器油抽入油样收集装置，并经油泵进行循环；该装置将油中的可溶性气体迅速分离到气室，内部气体取样微型泵将分离后的气体送入六通阀门计量管，并进行取样。在载气的驱使下，通过色谱柱对样品进行分离，然后按顺序送入气体分析仪；数据采集部负责 AD数据的转化和数据的收集，内部的数据存储、计算、分析，并将数据通过RS485/CAN传输到数据处理服务器（主控制室）/100 M以太网接口；

（二）MGA2000-6H变压器色谱在线监测系统技术特征

本系统采用模块化设计，采用高性能的嵌入式微处理器，保证了色谱在线监控的稳定性和可靠性[1]。

第一，快速检测，检测时间短，检测时间短，可根据客户要求设定。

第二，快速分离原油，只需要15分钟，对样品进行二次脱气及过滤，排除回注。

第三，在变压器主体油样品中存在着气泡。采用了一种独特的环境适应性技术，消除了温度和湿度变化对气流分布的影响。

第四，C2H_2的最低检出限为0.1 uL/L。

第五，双回路多模态温度调节，温度控制精度可达到±0.1℃。

第六，采用了光耦隔离的功能接口电路，以改善系统的抗干扰性。

第七，采用 CAN2.0 B技术，实现了全数字、远程数据传输、控制及参数设定；通过改进的三比值法、大卫三角法、立方体图法等方法对故障进行了诊断。

第八，强化系统的自我检查，并添加远程维修，并对设备的不正常情况进行预警。

第九，可扩充性好，可以方便地与其他监控设备整合。

第十，该系统具有结构简单、易于安装和维修、人性化的特点。

三、核电站用主变油中溶解气体在线监测终端的安装

（一）安装位置的确定

MGA2000-6系统采用了主变压器 C相底的放油阀门和集热管上的阀门，实现了对主变 C相下侧的放油阀门。

MGA2000-6系统采用了1/4英寸的不锈钢管道和50号镀锌钢管。用夹具将镀锌钢管固定于变压器底座及变压器后端。

（二）安装工作内容

第一，油路的设置。为了使MGA2000-6系统中的煤气能准确地反映出变压器的实际状况，MGA2000-6系统在运行过程中采取了循环化的方法。系统工作时，由MGA2000-6系统内的油泵驱动，将变压器油从储油器送入气相色谱信息采集器（MGA2000-6-01）。在分离变压器油中，经分离后的变压器油经回油孔流入变压器油箱，能迅速反应出变压器油中的气体含量，不会产生任何损耗和污染。

第二，色谱数据采集器安装。MGA2000-6-01的色谱数据采集装置的主要作用是对油气进行快速分离，色谱分离，准确检测，并将检测结果通过通信电缆传输到数据处理服务器（MGA2000-6-02）。MG2000-6-01）和装有气体的钢瓶放在了一个试验室里[2]。局部控制柜设在主变 C相后墙后面，其基座必须是混凝土或水泥，并在安装之前，使用者应做好准备。现场柜供电采用220 V AC供电的变压器控制器，现场装置的功率消耗在1 kVA以下。

四、核电站用主变油中溶解气体在线监测后台软件开发

采用光纤、 GPRS等技术实现了对油品色谱数据的实时采集，并与后台软件进行通信。但是，如果核电厂采用一次性规划、连续建设模式，则需要大量的主变压器，而当地的油层析在线监控终端则会从不同的设备厂商中选择。不同的生产厂商有各自的规范，在进行实时的数据分析和诊断时，期望能够把各个主变的监测数据整合到一起，以便进行集中的分析和统一的诊断。为此，开发了一套独立的后台数据库，实现对主变油中溶解气的实时监控，并将各生产厂商的监控终端数据进行解译，转化成单一结构的可溶性油气数据。还应该具备先进的功能，这些功能可以增加终端通讯协议

[3]。

（一）后台监测数据库的设计

在此基础上，对系统的数据库进行了结构设计，并对其进行了建模。以变压器编号为主要关联词语，按监测需求，设置了变压器特性E-R图、监测阈值E-R图、监测数据E-R图。

变压器对象具有许多特性，如固有特性、监测阈值、监测数据等，而“变压器号”则是区别变压器的关键字。传感器门限与传感器物体之间有一种“匹配”的关系，每一种传感器都具有相应的传感器门限。在变压器和石油中的可溶性气体数据之间建立了一对多的关系，也就是说，每一台变压器可以在不同的时间段内采集到的多组油层进行分析。

（二）后台监测系统开发

根据整个系统的整体设计，采用了 C/S （Client/Server）模式.

本系统是在. net框架平台上开发的微软 Visual Studio。网络架构平台是一种标准化、技术成熟、与 Windows操作系统无缝集成、通用性强的现代化解决方案。该系统使用了微软 SQL Server 2008数据库，具有较高的网络性和较成熟的技术。SQL Server数据库与 Windows系统的完美结合，具有稳定性、可靠性、安全性、开放性、扩展性、容量和性能。另外， SQL服务器数据库的使用与维护简单，特别适用于不太专业的用户。

服务器软体及终端机软体采用.网路远程通讯技术。网络远程通讯技术是一种从 DCOM发展起来的过程级通讯技术。这种技术是非常成熟的，能够在跨平台和跨语言之间透过企业防火墙。它既能传送 Xml的 SOAP数据，又能传送传统的二进制数据流。

每个模块和插件的功能都是相对独立的，可以很容易地进行调试，而且不会互相影响。具有高的规范化、统一的界面定义、可维护和可扩充性，易于二次开发。开发的软件具有良好的人机交互性能和良好的界面。

结语

变压器是核电站最关键的设备，它的工作状态对核电站的安全和使用有很大的影响。核电厂的主变压器是整个核电安全体系的核心。因此，针对核电厂的实际情况和使用特点，对核电厂主变压器油溶气进行在线监测的设备与方法进行了研究，取得了较好的社会效益和经济效益。油中溶解气体的分析，可以将其分为离线和联机两种。传统的离线分析方法主要有油样取样、油气分离、色谱分析、资料处理等。由于分析周期较长，难以对突发设备的早期故障进行预警。因此，近年来，为了对变压器油中的溶解气体进行实时监测，对其进行实时检测，提高其可靠性，已成为国际上研究的热点。

参考文献：

[1]张百舸,欧小高,向超,等. 核电主变压器局放在线监测及诊断技术的研究与应用[J]. 电气应用,2014,33(18):22-25.

[2]苏小军. 核电站主变运行中出现乙炔问题的分析及处理[J]. 电工技术,2015(2):29-31.

[3]仲维灿,裴煜,穆宝,等. 某核电厂油浸式变压器储油柜油位监测装置改造及分析[J]. 仪器仪表用户,2022,29(5):52-56.