電力變壓器智能在線監(jiān)測(cè)關(guān)鍵技術(shù)

吳選洪 田宇

摘要：建設(shè)智能變電站，對(duì)建立更加可靠、安全、高效的電網(wǎng)系統(tǒng)具有重要意義，而實(shí)現(xiàn)變電設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)測(cè)是建設(shè)智能變電站的關(guān)鍵，也是建設(shè)智能變電站的核心內(nèi)容之一。長(zhǎng)期以來(lái)，預(yù)防性試驗(yàn)對(duì)保障電力變壓器安全運(yùn)行起到了很大的作用。然而傳統(tǒng)預(yù)防性試驗(yàn)的局限性也越來(lái)越明顯，主要體現(xiàn)在：需停電、按固定周期進(jìn)行，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)電力變壓器絕緣缺陷和反映電力變壓器即時(shí)狀況;停電試驗(yàn)與設(shè)備實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)在環(huán)境、狀態(tài)參數(shù)（如工作電壓、溫度）等方面存在很大差異，試驗(yàn)結(jié)果影響電力變壓器狀態(tài)評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性。本文就對(duì)電力變壓器智能在線監(jiān)測(cè)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析和探討。

關(guān)鍵詞：電力變壓器;智能在線監(jiān)測(cè);關(guān)鍵技術(shù)

中圖分類號(hào)：TM711.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1變壓器組成原理及分類

1.1 變壓器的組成

變壓器是電力系統(tǒng)中用來(lái)進(jìn)行電壓和電流轉(zhuǎn)換、電能傳輸?shù)囊环N設(shè)備。其最基本結(jié)構(gòu)部件包括鐵芯、繞組、絕緣以及引線等部分。此外，為了運(yùn)行的安全經(jīng)濟(jì)與可靠，還裝設(shè)有散熱冷卻裝置和保護(hù)裝置。其中，鐵芯是變壓器中磁力線的通路，由表面涂有絕緣漆的硅鋼片組成，一方面集中并加強(qiáng)磁通作用，另一方面來(lái)支持繞組。繞組是變壓器中電流的通路，通過(guò)繞組形成電流通路，再由電磁感應(yīng)作用產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，繞組通常為兩個(gè)或兩個(gè)以上。變壓器套管是一種絕緣裝置，它將高壓繞組和低壓繞組的引線接到油箱外部，并承擔(dān)著引線對(duì)地的絕緣。此外，還可以固定引線。冷卻裝置：冷卻裝置是對(duì)運(yùn)行中的變壓器進(jìn)行了冷卻的設(shè)備，是用來(lái)散發(fā)運(yùn)行中繞組等產(chǎn)生的熱量的。

1.2 變壓器的原理

變壓器是變換交流電壓、電流以及阻抗的設(shè)備，其繞組是由線圈和鐵芯組成，其中接電源的繞組叫一次繞組，其余的繞組叫二次繞組。當(dāng)一次繞組中通入交流電流時(shí)，鐵芯中便產(chǎn)生交流磁通，交變磁通的頻率和外加電壓頻率一致，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，當(dāng)交變磁通通過(guò)二次繞組時(shí)，使二次繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，從而向負(fù)載供電，實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換，改變一、二次繞組線圈匝數(shù)，即可實(shí)現(xiàn)電壓變化，這就是變壓器的基本工作原理。簡(jiǎn)單說(shuō)變壓器就是一種利用電磁互感應(yīng)作用達(dá)到電壓，電流和阻抗變換的設(shè)備。

1.3 變壓器的分類

變壓器按相數(shù)可分為單相變壓器和三相變壓器。單相變壓器主要用于單相負(fù)荷和三相變壓器組，而三相變壓器主要用于三相系統(tǒng)的升、降電壓。按照變壓器繞組形式可歸為雙繞組變壓器（用于連接電力系統(tǒng)中的兩個(gè)電壓等級(jí)）、三繞組變壓器（用于電力系統(tǒng)區(qū)域變電站中）和自耦變電器（用于連接不同電壓的電力系統(tǒng)）三類。根據(jù)變壓器的按冷卻方式的不同，主要有干式變壓器和油浸式變壓器：干式變壓器以空氣冷卻和絕緣，通過(guò)空氣自然對(duì)流或者裝有風(fēng)機(jī)冷卻系統(tǒng)，一般為容量較小，體積較大，噪聲嚴(yán)重。二油浸式變壓器主要用絕緣油作為冷卻何絕緣介質(zhì)，包括自然油循環(huán)冷卻和強(qiáng)迫油循環(huán)冷卻方式等。具有散熱好、容量大、損耗低、價(jià)格低等特點(diǎn)，并能很好地解決“油流帶電”及“噪音”等問(wèn)題，多用于變電站主變。

2智能變壓器運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)分析

常見變壓器故障具有多種測(cè)試判斷技術(shù)。這些手段如：直流電阻測(cè)量，色譜分析，絕緣性能測(cè)試，局部放電測(cè)試，邊緣電阻和吸收率測(cè)量，介質(zhì)損耗角正切測(cè)量，直流漏電流測(cè)量，繞組變形測(cè)試，低壓短路阻抗測(cè)試等。變壓器故障診斷主要經(jīng)歷三個(gè)階段：感官診斷，實(shí)驗(yàn)測(cè)試和智能檢測(cè)。早期由于缺乏對(duì)變電站故障檢測(cè)方法的理論研究，其故障的測(cè)試判斷方法主要基于日常工作經(jīng)驗(yàn)。如同中醫(yī)診療一樣，采用觀察，嗅覺(jué)，詢問(wèn)和切脈的方法來(lái)判斷變壓器的主要問(wèn)題。而這難免會(huì)有很大的失誤和紕漏。由于電力變壓器具有構(gòu)成復(fù)雜，而變電站的故障常常是由不同因素導(dǎo)致的，同類問(wèn)題所體現(xiàn)的癥狀有時(shí)具有類似性和隨機(jī)性。另外，人為干擾和診斷設(shè)備和方法的錯(cuò)誤，使得電力變壓器的常見故障診斷方法遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足故障診斷的要求。變壓器的智能一體化在線監(jiān)測(cè)裝置包括變壓器輔助設(shè)備和本體設(shè)施：輔助設(shè)備監(jiān)測(cè)對(duì)象包括冷卻器，有載分接開關(guān)和保護(hù)功能裝置;變壓器本體監(jiān)測(cè)項(xiàng)目主要包括溫度和負(fù)荷監(jiān)測(cè)，油中溶解氣體監(jiān)測(cè)，核心接地電流檢測(cè)，局部放電監(jiān)測(cè)和套管絕緣監(jiān)測(cè)。

3變壓器在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展過(guò)程

變壓器在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了以下三個(gè)階段：①帶電測(cè)量階段。這個(gè)階段開始于20 世紀(jì)70 年代，那時(shí)人們直接測(cè)量了裝置的一些絕緣參數(shù)，如其漏電流，絕緣損耗等。所使用的儀器大多是機(jī)械和模擬設(shè)備。該階段的特點(diǎn)是測(cè)量項(xiàng)目少，靈敏度不高，應(yīng)用范圍不廣，尚未得到推廣應(yīng)用。②從20 世紀(jì)80 年代到90 年代早期，不同的專用檢測(cè)設(shè)備陸續(xù)出現(xiàn)，使在線監(jiān)測(cè)技術(shù)開始從一般的模擬信號(hào)檢測(cè)設(shè)施向微機(jī)型數(shù)字檢測(cè)設(shè)備轉(zhuǎn)變。自動(dòng)化程度有所提高。③90 年代以來(lái)，隨著檢測(cè)技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)，數(shù)字信號(hào)處理和光纖技術(shù)的進(jìn)展，在線檢測(cè)和故障診斷技術(shù)也得到了迅速的提高。如采用高級(jí)的傳感器和計(jì)算機(jī)檢測(cè)技術(shù)，在線監(jiān)測(cè)變壓器油中溶解氣體，介質(zhì)損耗，電容，漏電流數(shù)據(jù)等絕緣參數(shù)。其目的是實(shí)時(shí)或定期監(jiān)測(cè)變壓器的運(yùn)行狀態(tài)，判斷變壓器運(yùn)行是否正常，并診斷變壓器內(nèi)部是否有故障。預(yù)測(cè)故障發(fā)展趨勢(shì)，指導(dǎo)電力運(yùn)行部門的設(shè)備管理和維護(hù)工作，實(shí)現(xiàn)變壓器從預(yù)防性維護(hù)向預(yù)防性維護(hù)的轉(zhuǎn)變。

4智能變壓器在線監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用

4.1鐵芯接地電流實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

我國(guó)當(dāng)前技術(shù)應(yīng)用中主要采用鐵芯接地電流在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，這一系統(tǒng)的工作流程主要包括以下幾個(gè)方面。首先，將泄漏電流傳感器安裝在電抗器鐵芯、變壓器鐵芯以及夾件的接地排上，監(jiān)測(cè)夾件和鐵芯的泄露電流，利用RS485 電纜連接數(shù)據(jù)采集柜和聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器，并由服務(wù)器監(jiān)測(cè)終端與路由器連接串口聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器。其次，數(shù)據(jù)采集柜主要作用是將漏電流傳感器所采集的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，并通過(guò)數(shù)字顯示儀表進(jìn)行顯示，同時(shí)利用RS485 電纜將數(shù)字信號(hào)傳送到串口聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器。最后，后臺(tái)管理軟件接收、記錄所有數(shù)據(jù)，并保證其具有報(bào)警、分析、查詢以及打印等一系列功能。通過(guò)分析其一段時(shí)間的運(yùn)行趨勢(shì)，掌握變壓器鐵芯的接地情況和故障問(wèn)題，從而為檢修人員的工作提供方便。

4.2油色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

近幾年的發(fā)展過(guò)程中，部分地區(qū)在實(shí)際工作中應(yīng)用了變壓器油色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，有效實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控的實(shí)時(shí)化，縮短了監(jiān)測(cè)時(shí)間。當(dāng)前，普遍應(yīng)用定期檢測(cè)方式分析變壓器油色譜，但只能通過(guò)定量的方式獲取一些故障氣體，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)一些潛在故障。此外，這種監(jiān)測(cè)方式花費(fèi)的時(shí)間較長(zhǎng)，過(guò)程繁瑣，如果是郊外地區(qū)，工作難度會(huì)更大，對(duì)變壓器的搶修工作而言非常不便。通過(guò)應(yīng)用變壓器油色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠大大提升工作效率，一般情況下適合應(yīng)用于110 kV 及以上電壓等級(jí)的電力高壓設(shè)備，如電抗器、變壓器等。通過(guò)應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)，促使智能化技術(shù)水平不斷提升;通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變壓器，大大減少變壓器檢修過(guò)程所花費(fèi)的時(shí)間，有效保證變壓器出現(xiàn)故障時(shí)可以及時(shí)傳達(dá)給相關(guān)熱源，從而快速、有效地開展搶修工作，為變壓器的可靠運(yùn)行提供保證，提升變壓器的安全性。

結(jié)語(yǔ)

加強(qiáng)變壓器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可靠性和變壓器故障檢測(cè)判斷的精確性是一個(gè)長(zhǎng)期的研究過(guò)程。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和電力系統(tǒng)自動(dòng)化水平的發(fā)展以及新的智能化理論和技術(shù)的出現(xiàn)，變壓器的監(jiān)測(cè)設(shè)備一定會(huì)越來(lái)越好。由于變壓器結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性以及故障機(jī)制和癥狀之間的多樣性，隨機(jī)性和模糊性，絕緣故障診斷存在諸多困難，需要在后續(xù)研究中予以解決。

參考文獻(xiàn)

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