變壓器狀態(tài)檢測(cè)與故障診斷技術(shù)探討

楊壽春 何先華 張遠(yuǎn)鵬 王亞軍 李富保

摘? 要：在電網(wǎng)的供配電系統(tǒng)中，變壓器是對(duì)電壓等級(jí)進(jìn)行調(diào)節(jié)與對(duì)電能進(jìn)行分配的核心設(shè)施，是否可靠且穩(wěn)定運(yùn)行能夠直觀的決定電力輸出質(zhì)量，為了增強(qiáng)變壓器運(yùn)行的穩(wěn)定與高效，對(duì)電力部門的變壓器運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障的診斷排除能力提出更高要求，在此基礎(chǔ)上應(yīng)運(yùn)而生的變壓器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)得到了普遍的應(yīng)用。本文首先介紹了狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)的構(gòu)成，闡述了變壓器的常見故障與狀態(tài)檢測(cè)，分析了其工作的原理、發(fā)展趨勢(shì)以及在當(dāng)前階段變壓器狀態(tài)檢測(cè)與故障診斷中存在的系列問題，并針對(duì)變壓器狀態(tài)檢測(cè)與故障診斷技術(shù)進(jìn)行了相關(guān)探討。

關(guān)鍵詞：變壓器? 狀態(tài)檢測(cè)? 故障診斷? 技術(shù)探討

中圖分類號(hào)：TM76? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2020）08（c）-0003-03

Abstract： In the power supply and distribution system of power grid， the transformer is the core facility to adjust the voltage level and distribute the electric energy. Whether it is reliable and stable can directly determine the power output quality. In order to enhance the stability and efficiency of transformer operation， higher requirements are put forward for the power sector's transformer operation condition monitoring and fault diagnosis ability. On this basis， the transformer condition monitoring and fault diagnosis technology has been widely used. Firstly， this paper introduces the constitution of condition monitoring and fault diagnosis system， expounds the common faults and condition detection of transformers， analyzes its working principle， development trend and a series of problems existing in the current stage of transformer condition detection and fault diagnosis， and discusses the related technologies of transformer condition detection and fault diagnosis.

Key Words： Transformer; Condition monitoring; Fault diagnosis; Technical discussion

變壓器狀態(tài)檢測(cè)與故障診斷技術(shù)是針對(duì)變壓器當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)以及相關(guān)信息進(jìn)行準(zhǔn)確的記錄與分類，并作出評(píng)估工作，能夠?yàn)樽儔浩鞯臋z修工作提供可靠的信息依據(jù)，變壓器狀態(tài)評(píng)估是進(jìn)行狀態(tài)檢修前的基礎(chǔ)工作。此項(xiàng)工作能夠做到直觀有效的了解變壓器設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行情況，能夠提供故障預(yù)警，防患于未然，對(duì)變壓器的安全運(yùn)行提供切實(shí)的保障。想要有效的改善當(dāng)前在變壓器的狀態(tài)檢測(cè)與故障診斷中由于技術(shù)的相對(duì)落后而造成的大量浪費(fèi)人力物力的狀態(tài)，就要實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代科技成果的高效轉(zhuǎn)化，堅(jiān)守經(jīng)濟(jì)化原則，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)完善電網(wǎng)供配電系統(tǒng)，促進(jìn)其運(yùn)維全面化發(fā)展。

1? 狀態(tài)檢測(cè)與故障診斷系統(tǒng)的構(gòu)成

變壓器狀態(tài)檢測(cè)與故障診斷系統(tǒng)是由信息檢測(cè)、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理與診斷五個(gè)單元部分組成。檢測(cè)單元以傳感器為核心，負(fù)責(zé)采集變壓器的物理、化學(xué)量并將其進(jìn)行轉(zhuǎn)化;數(shù)據(jù)采集單元將傳感器采集轉(zhuǎn)化的電信號(hào)預(yù)處理;數(shù)據(jù)傳輸單元主要是對(duì)信息進(jìn)行傳輸，固定裝置的數(shù)據(jù)處理與監(jiān)控室之間的距離遠(yuǎn)，要配置特殊的遠(yuǎn)程傳輸，對(duì)于便攜裝置，能夠變換和隔離信號(hào)即可;數(shù)據(jù)處理單元將接收到的傳輸數(shù)據(jù)做分析與鑒定處理;診斷單元為最后的數(shù)據(jù)以及歷史留存數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比和分析，判斷設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行情況，根據(jù)設(shè)備運(yùn)行情況給出建議和相應(yīng)措施。

2? 變壓器狀態(tài)檢測(cè)的技術(shù)分類

2.1 變壓器局部放電的檢測(cè)

變壓器中所用到的絕緣材料由于在其制造過程中，電介質(zhì)在絕緣體內(nèi)分布不均，存在氣泡和雜質(zhì)。而在氣泡中的電場(chǎng)強(qiáng)度比其他介質(zhì)電場(chǎng)強(qiáng)度高時(shí)，就會(huì)開始放電。以油質(zhì)絕緣部件其局部放電量的數(shù)量級(jí)作監(jiān)測(cè)參數(shù)能有效判別有破壞性或危險(xiǎn)性的局部放電[1]。

2.2 紅外線測(cè)溫及熱成像儀檢測(cè)

在變壓器的正常運(yùn)行狀態(tài)下，依據(jù)其基礎(chǔ)熱像與其結(jié)構(gòu)和傳熱途徑結(jié)合，對(duì)出現(xiàn)故障的變壓器熱像與溫度變化進(jìn)行分析，并與其他檢測(cè)所得數(shù)據(jù)相結(jié)合，以此來判斷出變壓器所出現(xiàn)故障以及類型。

2.3 變壓器油中氣體檢測(cè)

變壓器內(nèi)絕緣材料經(jīng)過升溫、通電以及磁場(chǎng)作用，經(jīng)過進(jìn)一步老化產(chǎn)生氣體，根據(jù)油中氣體含量及其組成差異進(jìn)行檢測(cè)。這種檢測(cè)方法是與變壓器同步運(yùn)行的，對(duì)初始故障的識(shí)別靈敏度較高，在檢測(cè)中普遍應(yīng)用。

3? 變壓器狀態(tài)檢測(cè)與故障診斷工作的原理及發(fā)展趨勢(shì)分析

對(duì)變壓器檢測(cè)是針對(duì)變壓器信號(hào)的收集與分析，以確定變壓器的運(yùn)行狀態(tài)，以此為依據(jù)對(duì)變壓器的隱形故障進(jìn)行總結(jié)，并針對(duì)設(shè)計(jì)相關(guān)的維修維護(hù)方案。跟隨現(xiàn)代化的技術(shù)腳步，在變壓器的檢修方面，已經(jīng)能夠做到從之前的固定時(shí)期檢測(cè)發(fā)展到無人操控進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)故障進(jìn)行預(yù)防和診斷。對(duì)變壓器的運(yùn)行情況利用通信電纜等相關(guān)設(shè)備集中檢測(cè)，能夠有效的減少人工以及相關(guān)資源的投入，還能減輕以往檢測(cè)的工作量，并對(duì)檢測(cè)結(jié)果實(shí)現(xiàn)共享。加強(qiáng)遠(yuǎn)程監(jiān)控檢測(cè)的系統(tǒng)構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)與診斷結(jié)合，更加方便對(duì)變壓器運(yùn)行數(shù)據(jù)的收集。

4? 變壓器狀態(tài)檢測(cè)與故障診斷工作中所存在的問題

從變壓器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)來看，其復(fù)雜程度注定了障礙產(chǎn)生的多種表現(xiàn)，引起故障的原因也難以掌控，所出現(xiàn)的多個(gè)故障間也會(huì)存在著一定的聯(lián)系，需要有系統(tǒng)的方法來進(jìn)行監(jiān)管。

（1）變壓器檢修工作受技術(shù)及各種條件的限制，在線色譜儀設(shè)備較為集中，對(duì)其他設(shè)備的監(jiān)督與管控比重較低，所以，進(jìn)行常規(guī)的監(jiān)測(cè)時(shí)，更多的是采用離線檢測(cè)方式對(duì)信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行收集。

（2）目前的故障檢測(cè)設(shè)備，在信號(hào)方面的功能性不高，磁場(chǎng)及電子設(shè)備對(duì)其的干擾較大，提升了檢測(cè)中的難度，也在另一方面對(duì)檢測(cè)與診斷的能效有所限制。

（3）目前所使用的相關(guān)系統(tǒng)以及故障檢測(cè)與診斷的相關(guān)設(shè)備能夠?qū)ψ儔浩魉宫F(xiàn)的故障及可能的發(fā)展方向做出反映，但不能夠分析和準(zhǔn)確處理故障類型、發(fā)生原因以及潛在威脅。

（4）目前所應(yīng)用的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，在硬件方面還有不少的缺點(diǎn)，例如可能會(huì)出現(xiàn)在工作性能上的穩(wěn)定性不足，并且所用系統(tǒng)與相關(guān)技術(shù)并不是最先進(jìn)的，也容易產(chǎn)生錯(cuò)誤的判斷。

（5）目前所應(yīng)用的檢測(cè)設(shè)備不能實(shí)現(xiàn)全面的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，在有突發(fā)情況時(shí)不能及時(shí)進(jìn)行原因分析與針對(duì)性應(yīng)急處理。

5? 變壓器狀態(tài)檢測(cè)與故障診斷相關(guān)技術(shù)探討

5.1 局部放電狀態(tài)檢測(cè)與故障診斷

5.1.1 變壓器局部放電的狀態(tài)檢測(cè)

在變壓器中如果其中的某部分電場(chǎng)強(qiáng)度使周圍的絕緣介質(zhì)的承受壓力過大，就會(huì)使此部分出現(xiàn)局部放電，通過對(duì)局部放電產(chǎn)生的物理、化學(xué)效應(yīng)觀察，在放電瞬間，變壓器中會(huì)產(chǎn)生伴有電磁和聲輻射的脈沖電信號(hào)，與此同時(shí)，在放電部位，所用材料會(huì)出現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)，而這些化學(xué)變化恰恰能夠提供相關(guān)依據(jù)給局部放電的檢測(cè)。

5.1.2 變壓器局部放電的診斷技術(shù)

第一，放電性能的鑒別依據(jù)是放電的量，在局部放電實(shí)驗(yàn)中的性能評(píng)定指標(biāo)為視在放電量，其判定依據(jù)為電力設(shè)備預(yù)防性實(shí)驗(yàn)規(guī)程DL/T596-1996[4]。

第二，故障的類型與故障程度依照分布圖譜進(jìn)行判定。工作原理為對(duì)在固定時(shí)間間隔下對(duì)每次放電的量 、重復(fù)次數(shù)與相位的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并采用相關(guān)方法制成相應(yīng)的圖譜，經(jīng)過分析圖譜，找出故障類型與故障程度。

第三，測(cè)量聲波與電信號(hào)找出放電位置，通過對(duì)聲波與電信號(hào)傳播的時(shí)差進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)得到的二者速度建立相關(guān)的數(shù)學(xué)模型，并通過計(jì)算分析，最終找出放電部位。

5.2 溶解氣的狀態(tài)檢測(cè)與故障診斷

5.2.1 變壓器中溶解氣的狀態(tài)檢測(cè)原理

電力系統(tǒng)中充油變壓器應(yīng)用普遍，采用油浸紙方式進(jìn)行絕緣，而出現(xiàn)異常時(shí)，內(nèi)部礦物油與油浸紙會(huì)發(fā)生裂解反應(yīng)，并能夠產(chǎn)生氫氣、乙烯、乙烷、一氧化碳、二氧化碳等氣體，所以，利用油氣分離裝置將其分離，并采用相關(guān)的技術(shù)進(jìn)行氣體成分的判斷與含量的分析，將分析所得數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，便能夠得到變壓器的隱形故障及類型與發(fā)生位置。

5.2.2 故障診斷技術(shù)

在變壓器運(yùn)行過程中，所產(chǎn)生故障類型不同而產(chǎn)生的氣體成分不同，所以，在鑒定結(jié)果進(jìn)入診斷系統(tǒng)后，需在專家知識(shí)庫的幫助下來評(píng)估運(yùn)行狀況，最后根據(jù)評(píng)估所得結(jié)果提出檢修方法，再由相關(guān)專業(yè)的工作人員執(zhí)行，對(duì)變壓器正常運(yùn)行提供保障。

6? 結(jié)語

綜上所述，變壓器的狀態(tài)檢測(cè)與故障診斷技術(shù)能夠?qū)\(yùn)行中的設(shè)備進(jìn)行在線的監(jiān)控和檢測(cè)，且能夠?qū)λ占臄?shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)的分析與鑒定，及時(shí)找出隱性故障，并可以依照對(duì)數(shù)據(jù)的分析給出針對(duì)性的檢修措施，對(duì)變壓器在運(yùn)行中的穩(wěn)定性提供保障，改善設(shè)備運(yùn)行質(zhì)量、延長設(shè)備使用周期，有效降低電網(wǎng)運(yùn)維投入，能夠更好地推進(jìn)智能化與自動(dòng)化的電力系統(tǒng)管理。

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