電力變壓器狀態(tài)監(jiān)測及其故障診斷

王小峰

摘 要：電力變壓器是輸電與配電網(wǎng)絡(luò)中最重要的設(shè)備之一，原來的定期檢修和離線試驗(yàn)的方式很難滿足現(xiàn)代化狀態(tài)維護(hù)的要求，為了使變壓器能夠高效、安全的運(yùn)行，要求電力部門擁有準(zhǔn)確把握變壓器的運(yùn)行狀況以及及時(shí)的發(fā)現(xiàn)和有效處理潛在故障隱患的能力，基于此出現(xiàn)了變壓器的狀態(tài)檢測和故障診斷技術(shù)，并能夠在實(shí)踐應(yīng)用中得到推廣。本文以狀態(tài)檢測與故障診斷系統(tǒng)構(gòu)成為基礎(chǔ)，詳細(xì)分析了變壓器中溶解氣的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)以及變壓器的局部放電狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)。

關(guān)鍵詞：變壓器；狀態(tài)檢測；故障診斷

1 狀態(tài)檢測與故障診斷系統(tǒng)構(gòu)成

變壓器的狀態(tài)檢測與故障診斷系統(tǒng)主要由5部分組成：第一，信息的檢測單元。此單元的核心是各種類型的傳感器，主要負(fù)責(zé)采集變壓器的化學(xué)量、物理量等并將其轉(zhuǎn)化為合適的電信號(hào)；第二，數(shù)據(jù)的采集單元。其作用是預(yù)處理由傳感器采集到的電信號(hào)，主要是A/D轉(zhuǎn)換、抑制干擾以及采集數(shù)據(jù)記錄等過程；第三，信息的傳輸單元。此單元的作用是將所采集的信息傳送到后面的單元。對(duì)于固定式的裝置，由于數(shù)據(jù)處理單元在距離現(xiàn)場很遠(yuǎn)的監(jiān)控室，所以需要配置比較特殊的信息遠(yuǎn)程傳輸單元，而對(duì)于便攜式的裝置，僅僅需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行恰當(dāng)?shù)淖儞Q和隔離就可以；第四，數(shù)據(jù)的處理單元。此單元的作用使分析和鑒定采集所獲得的數(shù)據(jù)；第五，診斷單元。此單元的作用是對(duì)照規(guī)程和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)等，分析和對(duì)比處理后的數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)等，以這個(gè)為判斷設(shè)備運(yùn)行狀況的依據(jù)，并給出恰當(dāng)?shù)拇胧┖徒ㄗh等。

2 變壓器中溶解氣的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)

2.1 變壓器中溶解氣的狀態(tài)檢測原理

目前，充油式變壓器是在電力系統(tǒng)中使用最多的變壓器，在絕緣的手段上，充油式的變壓器選擇的是油浸紙的方法，一旦變壓器出現(xiàn)超溫故障或者異常放電時(shí)，變壓器內(nèi)的絕緣紙和礦物油會(huì)出現(xiàn)裂解，形成C2H4、H2、C2H6、C2H2、C02、CO等氣體，所以依靠油氣分離的裝置將以上氣體從礦物油中分離出來，然后用氣敏傳感器等檢測手段和溶解氣在線色譜分析（DGA）技術(shù)分析氣體的成分和含量，將分析的數(shù)據(jù)輸?shù)健霸\斷系統(tǒng)”，利用診斷系統(tǒng)的判斷和分析功能對(duì)該數(shù)據(jù)和變壓器正常運(yùn)行時(shí)候的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，就能夠得出變壓器現(xiàn)在有的潛在故障以及發(fā)生的部位、故障的類型。變壓器油中溶解氣狀態(tài)檢測技術(shù)的原理如圖1所示。

圖1 變壓器中溶解氣在線監(jiān)測流程框圖

從其中利用的設(shè)備和監(jiān)測方法，變壓器油中溶解氣的在線監(jiān)測技術(shù)可以分為氣敏傳感器的檢測、色譜檢測和紅外光譜的檢測等3種方式。在這以應(yīng)用比較多的色譜檢測為例來分析，色譜在線監(jiān)測有3個(gè)環(huán)節(jié)：第一，脫氣環(huán)節(jié)。也就是利用空氣循環(huán)取氣的方法、抽真空取氣的方法、或薄膜滲透取氣的方法等方式，把油中的氣體分離出來；第二，氣體的分離。一般情況僅僅檢測H2，因此可以用薄膜滲透取氣法來收集油中所溶解的H2；第三，氣體的鑒定。半導(dǎo)體的氣敏傳感器和需要檢測的氣體接觸之后，電氣的性能就會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改變，判斷氣體的組成時(shí)可以以此為依據(jù)。

2.2 故障診斷技術(shù)

綜上分析，因?yàn)榇嬖诘墓收项愋突蛐再|(zhì)的不同，其在變壓器的運(yùn)行中所產(chǎn)生溶解氣的組成成分會(huì)因此不同，因此，將鑒定氣體成分得到的結(jié)果錄入到診斷系統(tǒng)中，在評(píng)估時(shí)根據(jù)專家知識(shí)庫對(duì)變壓器的運(yùn)行狀況，根據(jù)評(píng)估結(jié)果來制定有效的措施或者建議，然后按照檢修策略以及建議由運(yùn)維人員及時(shí)對(duì)變壓器實(shí)施檢修或者維修，進(jìn)而保證變壓器能夠正常的運(yùn)行。

3 變壓器的局部放電狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)

3.1 變壓器局部放電的狀態(tài)檢測

變壓器局部放電是變壓器中的一部分因?yàn)殡妶鰪?qiáng)度超出了其附近絕緣介質(zhì)承受強(qiáng)度的最大值，造成在該部位出現(xiàn)部分放電的事件。變壓器局部放電會(huì)給變壓器帶來嚴(yán)重的事故。但是從部分放電所形成的化學(xué)和物理效應(yīng)來看，在局部放電的時(shí)候，變壓器的相關(guān)回路中會(huì)出現(xiàn)脈沖的電信號(hào)，并伴有電磁、聲輻射，與此同時(shí)出現(xiàn)放電部位的材料會(huì)發(fā)生化學(xué)變化，這是監(jiān)測局部放電故障依據(jù)。

3.2 變壓器局部放電的診斷技術(shù)

變壓器局部放電的診斷有3個(gè)環(huán)節(jié)：第一，放電性能以視在放電量為根據(jù)來鑒別，現(xiàn)在，在變壓器的局部放電實(shí)驗(yàn)中，對(duì)放電性能評(píng)定的指標(biāo)一般是視在放電量，并且評(píng)定依據(jù)是以電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程DL/T596-1996。第二，判定局部放電的嚴(yán)重程度和故障類型以分布圖譜為根據(jù)。也就是通過在允許的測量間隔之內(nèi)采集各次放電重復(fù)的次數(shù)n、外加電壓的相位Φ、和放電的放電量q等數(shù)據(jù)，接著用統(tǒng)計(jì)和制表的方法來構(gòu)造各個(gè)參數(shù)的圖譜，并對(duì)其進(jìn)行分析，來得到嚴(yán)重程度和放電模式（故障類型）等數(shù)據(jù)。第三，在判斷放電部位的時(shí)候，測量電信號(hào)和聲波信號(hào)等，其原理是檢測電信號(hào)和聲波信號(hào)在介質(zhì)中傳播的時(shí)差，在建立模型時(shí)以電信號(hào)和聲波信號(hào)傳播速度的特點(diǎn)為依據(jù)，進(jìn)行詳細(xì)的分析和計(jì)算，進(jìn)而確定放電的位置。

4 結(jié)語

綜上所述，變壓器的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)，能夠在線監(jiān)測處在運(yùn)行狀態(tài)的變壓器，利用專家知識(shí)庫等技術(shù)分析和鑒定變壓器狀態(tài)監(jiān)測的數(shù)據(jù)，進(jìn)而能夠及時(shí)的發(fā)現(xiàn)變壓器潛在的故障，此外，根據(jù)對(duì)數(shù)據(jù)的分析以及鑒定結(jié)構(gòu)，找出檢修、處理變壓器的措施，能夠使變壓器運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性得到保障，改善了變壓器的運(yùn)行質(zhì)量以及延長了使用壽命，減少了維修或者過維修的現(xiàn)象，進(jìn)而使電力部門的運(yùn)維成本大大降低，給電力系統(tǒng)管理實(shí)現(xiàn)智能化和自動(dòng)化打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，有效保障了電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]汲勝昌，程錦，李彥明.油浸式電力變壓器繞組與鐵心振動(dòng)特性研究[J].西安交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2015，39（6）：616-619.

（作者單位：國網(wǎng)北京市電力公司）