基于大數(shù)據(jù)的電力變壓器智能在線監(jiān)測方法研究

李偉 郁章偉 李娜 林江 蔡會會

摘 要：文章通過闡述電力變壓器智能在線監(jiān)測技術(shù)的現(xiàn)狀以及變壓器局部放電、油色譜分析、鐵芯接地等多種在線監(jiān)測技術(shù)原理，提出一種基于大數(shù)據(jù)的電力變壓器智能在線監(jiān)測方法，該方法融合了變壓器在線監(jiān)測的多種原理，通過模塊化設(shè)計，智能采集電力變壓器的多種狀態(tài)信息，通過對數(shù)據(jù)的比對、分析，實現(xiàn)對變壓器的故障診斷和狀態(tài)評估。

關(guān)鍵詞：電力變壓器 智能監(jiān)測 局部放電 油色譜分析 鐵芯接地

中圖分類號：TM41 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2018）01（a）-0024-02

變壓器在電力系統(tǒng)中主要實現(xiàn)電能的分配、電壓的轉(zhuǎn)化以及轉(zhuǎn)移的作用。因為變壓器長期處于運行狀態(tài)，所以無法避免故障的出現(xiàn)，導(dǎo)致變壓器出現(xiàn)故障的原因很多，如變壓器在安裝、檢修、維護過程中，未嚴(yán)格按照規(guī)范要求操作，自然災(zāi)害，變壓器長期運行使材質(zhì)逐漸劣化等均會導(dǎo)致變壓器出現(xiàn)故障。因為故障無法避免，所以對變壓器故障實現(xiàn)早期監(jiān)測及準(zhǔn)確診斷非常重要。

1 變壓器監(jiān)測發(fā)展概況

早期主要通過現(xiàn)場巡視油溫、油位及運行聲響，并結(jié)合定期檢修等對電力變壓器進行監(jiān)測。定期檢修有自身的科學(xué)依據(jù)和合理性，但這種檢修模式存在以下弊端：工作量大，檢修成本高；缺陷檢出率不高；存在過度檢修，檢修中增加了產(chǎn)生新隱患的幾率；檢修需停電，增加了誤操作幾率；新技術(shù)發(fā)展導(dǎo)致原有檢修管理、規(guī)程及工藝與實際不符；計劃檢修周期與設(shè)備壽命及故障規(guī)律不符等。

基于變壓器等早期檢修模式存在的問題，國家電網(wǎng)公司于2006年初開始推行狀態(tài)檢修，2009年5月，又推出智能電網(wǎng)發(fā)展計劃。隨著智能電網(wǎng)建設(shè)的推進，變壓器智能在線監(jiān)測技術(shù)成為智能電網(wǎng)的研究熱點之一。

目前，國內(nèi)外對變壓器在線監(jiān)測原理研究有多種方法，如變壓器局部放電、油色譜分析、鐵芯多點接地等在線監(jiān)測系統(tǒng)，但大多依據(jù)單項原理進行產(chǎn)品開發(fā)或研究，若想獲得變壓器各種故障信息，現(xiàn)場需安裝多套設(shè)備及后臺裝置，存在占用空間過大及后臺裝置重復(fù)設(shè)置問題。

2 變壓器智能監(jiān)測原理

2.1 變壓器局部放電的在線監(jiān)測。

局部放電是指由于電場分布不均勻，局部電場過高，導(dǎo)致絕緣介質(zhì)中局部范圍內(nèi)的電氣放電或擊穿現(xiàn)象。局部放電逐漸發(fā)展會導(dǎo)致絕緣系統(tǒng)失效。對局部放電進行有效的在線監(jiān)測，對于保障電力變壓器的安全穩(wěn)定運行具有重要的意義。

變壓器在運行條件下發(fā)生局部放電時，會產(chǎn)生電脈沖、電磁輻射、超聲波、光、局部過熱，油中放電還將分解出氣體，產(chǎn)生能量損耗等。因此相應(yīng)的監(jiān)測方法有：脈沖電流法、超聲波法、超高頻法、氣相色譜法、光測量法、紅外監(jiān)測法等[1]。通過傳感器采集局部放電時產(chǎn)生的特征量，送至數(shù)據(jù)處理裝置，可對變壓器局部放電實時在線監(jiān)測。

（1）脈沖電流法。

脈沖電流監(jiān)測法是通過監(jiān)測阻抗來監(jiān)測變壓器套管末屏接地線、外殼接地線、鐵芯接地線及繞組中由于局部放電引起的脈沖電流而獲得視在放電量等局放特征量。

（2）超聲波法。

超聲傳感器固定在變壓器外殼上，利用壓電晶體作為聲電換能器，將變壓器內(nèi)部局部放電產(chǎn)生的超聲脈沖信號轉(zhuǎn)換成電信號，放大后傳送至監(jiān)測系統(tǒng)。

（3）超高頻法。

超高頻法的基本原理就是使用UHF天線來檢測局部放電產(chǎn)生的超高頻電磁波。具有靈敏度高，抗干擾能力強的優(yōu)點，并能夠?qū)Ψ烹娫催M行定位。

（4）氣相色譜法。

氣相色譜法是利用變壓器發(fā)生局部放電時內(nèi)部固、液體絕緣材料因老化或缺陷而產(chǎn)生的如C2H2、C2H4、CH4、C2H6、H2、CO等各種特征氣體溶解在油中的含量進行測量分析來判斷其故障。

（5）紅外檢測法。

紅外檢測是基于局部放電引起的局部溫度升高，通過紅外探測器和熱成像來實現(xiàn)檢測。

（6）光測量法。

光檢測法是檢測局部放電產(chǎn)生的光輻射。

2.2 變壓器油色譜分析的在線監(jiān)測。

變壓器油中溶解氣體色譜分析的在線監(jiān)測方法是基于油中溶解氣體理論，它直接在現(xiàn)場實現(xiàn)油色譜的定時在線智能化監(jiān)測與故障診斷。

在正常運行溫度下，油和固體絕緣材料老化過程主要產(chǎn)生CO和CO2；在油紙絕緣材料中存在局部放電時，油裂解主要產(chǎn)生H2和CH4；在故障溫度高于正常運行溫度不多時，油裂解的產(chǎn)物主要是CH4；隨著故障溫度的升高，主要產(chǎn)生C2H4和C2H6；在溫度高于1000℃時，油分解產(chǎn)生較多的C2H2；當(dāng)故障涉及到固體絕緣材料時，會產(chǎn)生較多的CO和CO2。

2.3 變壓器鐵芯多點接地的在線監(jiān)測

變壓器正常運行中，帶電繞組通過寄生電容的耦合作用，使鐵芯對地產(chǎn)生懸浮電位，存在著電位差，當(dāng)兩點之間的電位差達(dá)到能夠擊穿其間的絕緣時，便產(chǎn)生放電。為了消除這種現(xiàn)象，把鐵芯與外殼可靠地連接起來，使它與外殼等電位，但當(dāng)鐵芯或其他金屬構(gòu)件有兩點或多點接地時，接地點就會形成閉合回路，造成的環(huán)流有時可達(dá)數(shù)十甚至上百安培，引起局部過熱，導(dǎo)致油分解，絕緣性能下降，甚至使鐵芯燒壞，造成變壓器重大事故。

因此在變壓器運行過程中，能實時監(jiān)測變壓器鐵芯及夾件接地電流變化至關(guān)重要。變壓器鐵芯接地電流監(jiān)測裝置通過檢測安裝在變壓器鐵芯接地線上的電流互感器信號，可實時監(jiān)測變壓器鐵芯接地電流，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶笈_，結(jié)合分析軟件實現(xiàn)在線監(jiān)測及故障診斷。

3 基于大數(shù)據(jù)、多種原理的變壓器智能在線監(jiān)測方法

近年來，基于變壓器故障類型采用局部放電、油色譜分析、鐵芯接地檢測等原理研制了各種在線監(jiān)測系統(tǒng)，部分監(jiān)測系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場，取得了良好的效果和經(jīng)濟效益。但采用多種監(jiān)測裝置對于同一臺變壓器進行在線監(jiān)測存在現(xiàn)場空間占用過大、部分設(shè)備重復(fù)設(shè)置問題。本文提出的基于大數(shù)據(jù)的電力變壓器智能在線監(jiān)測方法，通過對各監(jiān)測裝置進行模塊化設(shè)計，并依托現(xiàn)有的EMS系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、繼電保護及故障信息子站系統(tǒng)采集的變壓器運行負(fù)載趨勢及其他電氣數(shù)據(jù)，智能采集變壓器的多種狀態(tài)信息，依據(jù)大數(shù)據(jù)及專家系統(tǒng)，對獲取的海量和井噴式數(shù)據(jù)，進行抽取、集成、比對、分析，實現(xiàn)對變壓器的故障診斷和狀態(tài)評估。

4 結(jié)語

本文通過闡述變壓器局部放電、油中溶解氣體、鐵芯接地等在線監(jiān)測的方法，提出融合多種原理的變壓器智能在線監(jiān)測方法，通過使用大數(shù)據(jù)、專家系統(tǒng)分析，判斷變壓器運行狀態(tài)，為變壓器安全、可靠、經(jīng)濟運行提供技術(shù)支撐。

參考文獻

[1] 楊永明.電力變壓器局部放電在線監(jiān)測中干擾的識別和抑制方法的研究[D].重慶大學(xué)，1999.