基于DGA的變壓器在線監測與故障診斷方法研究

劉振宇

（國網鞍山供電公司，遼寧 鞍山 114000）

0 引 言

隨著我國智能電網的應用和發展，電力系統中的變壓器也逐漸向智能化和大容量方向發展。油中溶解氣體分析方法在變壓器在線監測和故障診斷中的應用，不僅提高了變壓器故障維護的效率，而且保證了變壓器在電力系統中安全運行。油中溶解氣體分析方法在變壓器的實際故障診斷中，可以很方便地讀取在線監測數據，有效診斷變壓器故障。

1 基于DGA的變壓器故障診斷原理分析

變壓器中的絕緣油是從石油中提煉出來的一種礦物油，變壓器中的油是由很多碳氫化合物組成的混合物。變壓器在運行過程中，絕緣油中的氣體化學反應不同，產生的故障氣體成分也不同，通過在變壓器中采用溶解氣體分析方法可以掌握變壓器故障的不同類型[1]。變壓器內部故障分類圖如圖1所示。

圖1 變壓器故障分類

變壓器故障與故障氣體有關[2]，變壓器熱故障是變壓器在運行過程中，由于局部溫度過高使得絕緣裝置損壞進而發生熱故障。在變壓器故障診斷中，熱故障是變壓器故障常見的一種故障類型。變壓器發生熱故障，絕緣油分解而產生大量的低分子烴類氣體，通過對氣體含量的監測分析，可以判斷變壓器是否發生熱故障。熱故障一般對設備的危害較小，但是也要及時處理避免造成嚴重的危害。變壓器電故障和熱故障不同，主要是由于高壓電的效應而造成絕緣老化，導致絕緣材料分解。通過對分解氣體組成進行分析，可以對電故障進行判斷。電故障中電弧放電故障產生的氣體以氫含量為高，由于故障氣體易溶于油中，因此給監測帶來了不便。電故障中根據油中溶解氣體分析方法進行故障診斷時，采用閥值診斷方法是非常有效的，把檢測到的氣體與國際規定的注意值進行比較即可判斷出故障原因。

2 基于DGA的變壓器在線監測和故障診斷系統設計

2.1 系統需求分析

變壓器油中溶解氣體檢測的傳統方法需要采集現場油樣[3]，然后把采集的油樣送到實驗室進行氣體分析。傳統的檢測方法在對氣體進行運輸和采樣的過程中很容易改變氣體的成分結構，使得變壓器的運行狀態和故障預警不夠準確。在線油中溶解氣體檢測方法可以對變壓器油進行連續的氣體檢測，氣體的成分結構不會發生變化，變壓器的運行狀態檢測和分析更加準確?；贒GA的變壓器在線監測對氣體含量采用多通道的采集方法，可以對油中溶解的氣體含量進行準確的檢測，并且可以對氣體數據信息進行有效的分析和處理，為變壓器的故障診斷提供更加準確的數據信息。在線監測系統可以對氣體含量的數據進行提取，并采用科學的方法進行分析，可以提高數據信息的真實性。在線監測需要通過網絡把數據實時傳輸到管理中心，并進行變壓器的故障診斷，可以保證數據的實時性。

2.2 系統硬件結構及功能設計

設計基于DGA的變壓器在線監測系統時[4]，采用STM32單片機對監測系統進行設計，在系統的終端采用功耗低的NB-LoT網絡，系統的處理器采用了S TM32F 103 T8U7芯片，硬件結構設計圖如圖2所示。

圖2 硬件結構

在線監測系統主要是采集數據信息，實現網絡數據的通信并提供遠程監控等功能。系統中各個模塊的功能分析，在線監測系統通過數據采集模塊對數據信息進行采集，然后把采集到的數據信息進行預處理，并把數據轉換成數字信號，然后發送給處理器STM32，處理器再把檢測的數據通過終端網絡通信發送到遠程監測系統，進行變壓器故障診斷和數據分析。

2.3 系統軟件及功能設計

在線監測系統軟件設計中，主要是對數據采集模塊、數據通信模塊和遠程監測模塊進行設計，在線監測系統的軟件結構設計圖如圖3所示。

在線監測系統中數據采集模塊主要是進行寫命令[5]，對現場的數據進行采集寫入操作，然后對采集的數據進行預處理。數據通信模塊主要進行對命令的讀取，發送采集數據，把現場采集的數據通過網絡傳輸到系統的遠程終端管理中心。遠程終端模塊可以實時顯示數據，并對變壓器氣體數據進行分析，對變壓器故障進行診斷。在線監測系統軟件開始運行后，先對系統模塊進行初始化處理，同時對檢測的參數進行初始化處理，以便更好的分析氣體數據參數信息，并確定I/O基本端口的方向。然后對變壓器油中溶解氣體進行實時檢測，如果發現氣體濃度值大于設定值，會啟動報警電路，并對變壓器的運行狀態和數據變化進行檢查。最后把數據傳輸到遠程終端，通過遠程終端故障診斷系統對發生的故障進行診斷。

圖3 在線監測系統軟件結構

3 結 論

變壓器作為電力系統中的核心設備，對變壓器在線監測和故障診斷有非常重要的影響?；贒GA的變壓器在線監測系統的設計，可以有效分析和診斷變壓器故障，及時排除變壓器的故障，保證變壓器安全穩定的運行，提高了電力系統的運行效率。