變壓器在線監(jiān)測與故障診斷技術分析

石佩

摘要：變壓器是電力網(wǎng)中最重要的設備之一，其常見的故障有局部放電、局部過熱、絕緣老化、鐵心多點接地、調(diào)壓開關失靈和套管故障、冷卻裝置故障等，盡管電網(wǎng)對主變壓器配置了許多繼電保護裝置，但保護動作在變壓器故障后用于切除故障，是避免事故擴大的有效措施，不足以可靠地監(jiān)視變壓器運行。因此，對運行變壓器存在隱患和故障的預知、預測則顯得尤為重要。下面筆者闡述了變壓器常見故障及原因，探討了變壓器的在線監(jiān)測。

關鍵詞： 電力系統(tǒng); 電力變壓器狀態(tài); 線監(jiān)測 ;故障診斷

引言：

變壓器作為電網(wǎng)中的重要設備之一，雖然配有避雷、接地等多重保護，但是由于變壓器內(nèi)部結(jié)構相當復雜、電場、熱場均不均勻，產(chǎn)生故障率仍然是不可避免的，甚至可以說故障率依然很高。但是我們通過對變壓器常見故障進行在線監(jiān)測技術的分析，也能有利控制變壓器在正常維護過程中及時、準確地判斷故障因素，適時采取有效的防護措施，確保設備的安全運行。隨著技術的不斷進步，可以應用自動化技術和信息技術進行現(xiàn)場故障狀態(tài)分析，并發(fā)出故障類型信號，使維護人員快速反應并排除故障。

1 在線狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術的重要性 變壓器是連接發(fā)、輸、配電環(huán)節(jié)的重要電力設備。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，電力負荷和電壓等級的增大，變壓器的運行可靠與否對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定影響更加明顯。變壓器在運行時，受到電、熱、機械、環(huán)境等各種因素的影響，其性能會逐漸劣化，運行狀態(tài)變差，可能導致發(fā)生各類故障。為了盡量減少和避免故障的發(fā)生，長期以來電力系統(tǒng)的傳統(tǒng)做法是不斷地研究、總結(jié)，實施各種有效的定期預防性試驗、檢修等方式。與遇到事故維修相比，這種預防性試驗、檢修方式有著本質(zhì)的進步。但是，定期計劃檢修存在著盲目性，且預防性試驗大多是離線進行的，試驗時需停機、停電，造成經(jīng)濟損失。對于一些重要的設備，不能輕易停運，使得定期試驗難以完成。即使能夠停運待檢設備，也往往因運行中與停運后變壓器狀態(tài)差異，試驗結(jié)果會有偏差。另一方面，檢查維修可能會造成維修過度，對變壓器性能有所損傷。

2變電器在線監(jiān)測技術 變壓器在線監(jiān)測的目的是：通過采集和分析變壓器特征信號，判斷變壓器的工作狀態(tài)和檢測變壓器的初期故障，同時對故障狀態(tài)的發(fā)展趨勢進行監(jiān)測。電力變壓器的在線監(jiān)測是目前國際上研究較多的對象之一，并提出了許多不同的檢測方法。 ? 2.1 油中溶解性氣體分析技術：變壓器內(nèi)部的不同故障會產(chǎn)生不一樣的氣體，通過分析油中所溶解的氣體的成分、含量和相對百分比，對變壓器進行絕緣診斷。檢測出各種氣體的成分和含量之后，用特征氣體法或比值法對變壓器的內(nèi)部故障進行判斷。常被用作分析的幾種特征氣體是氫氣、一氧化碳、甲烷、乙烷、乙烯和乙炔。2.2 變壓器局部放電在線監(jiān)測變壓器局部放電是反映高壓電氣設備狀態(tài)的一個重要標志。因為很多故障均產(chǎn)生局部放電。一般情況下，如果變壓器油中發(fā)現(xiàn)了特征氣體則表明其內(nèi)部己經(jīng)存在比較嚴重的局部放電。局部放電能有效反映變壓器內(nèi)部的絕緣狀況。

2.3 振動分析法：通過監(jiān)測和分析變壓器振動信號，達到監(jiān)測變壓器狀態(tài)的目的。

2.4 紅外測溫技術：紅外熱像技術是使用紅外探測器接受被測目標的紅外輻射信號，通過放大處理將其轉(zhuǎn)換為標準視頻信號，再依靠監(jiān)視器或電視屏來顯示紅外熱像圖。當變壓器過負荷運行或者引線接觸不良時，會導致導電回路局部過熱，而鐵芯多點接地也會導致鐵芯過熱。

2.5 頻率響應分析法：由于繞組機械位移會細微的改變電感或電容，頻率響應法便是通過對這種細微的改變進行測量來達到監(jiān)測變壓器繞組狀態(tài)的目的。因此，此方法能夠有效地判斷變壓器的引線或繞組結(jié)構是否偏移。

2.6 變壓器繞組在線監(jiān)測變壓器繞組在線監(jiān)測的基本原理是根據(jù)變壓器繞組的短路電抗值的變化進行變形與否的監(jiān)測和判斷。因為繞組的短路電抗值與繞組的變形程度、幾何尺寸以及位置變化密切相關，即短路電抗直接取決于繞組的幾何結(jié)構。在工頻電壓不變的情況下，短路阻抗及阻抗中的電感分量與變壓器繞組的幾何形狀及位移相關。通過理論研究和實際測試，實時監(jiān)測繞組短路電抗的變化對在線監(jiān)測變壓器繞組變形具有很好的實效性。

3 變壓器故障診斷的技術研究 由于變壓器具有復雜的制造工藝和運行環(huán)境，因此，變壓器的故障往往也較為復雜，即使故障模式相同，也通常具有不同的故障特征，一種故障特征可能對應多種故障模式，即故障特征與故障模式不是一一對應的，二者間的關系極其復雜。因此，明確故障特征與故障模式之間的關系十分重要。在變壓器故障診斷過程中最常用的技術即信息融合技術，該技術能夠?qū)⑺械男畔⑦M行綜合分析處理，將變壓器的故障特征數(shù)據(jù)與其多維信息進行融合，使診斷結(jié)果更為準確，信息融合主要有以下幾方面：

3.1 融合特征層數(shù)據(jù)

信息融合的第二階段即為融合特征層數(shù)據(jù)，首先在信息源中提取出特征數(shù)據(jù)，然后對其進行分析處理，提取出的特征信息應具備一定的統(tǒng)計意義，可以在一定程度上表示出整體，然后根據(jù)特征信息所反映出的信息，對原始數(shù)據(jù)進行分析處理。在融合特征層數(shù)據(jù)時，所用方法為模式識別技術，與第一階段的區(qū)別在于，融合前對信息進行交換，將信息轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一的表現(xiàn)形式，然后將特征數(shù)據(jù)進行關聯(lián)。該方法的優(yōu)勢在于，有效的壓縮了信息，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時處理，提高了信息分析和決策效率。 ? 3.2 融合數(shù)據(jù)層

對數(shù)據(jù)層進行融合，即利用傳感器對原始數(shù)據(jù)分析處理，傳感器無需進行任何處理，以此使其與數(shù)據(jù)實現(xiàn)更加貼切的融合，從而使得傳感器與原始數(shù)據(jù)關聯(lián)更加密切，在此基礎上保證目標數(shù)據(jù)的順利融合。融合數(shù)據(jù)層的方法有很多，加權平均法以及算術平均法等算法都可用于數(shù)據(jù)層的融合。 ? 3.3 融合決策層數(shù)據(jù)

信息融合的第三階段即融合決策層數(shù)據(jù)，這也是信息融合的最后階段。通過傳感器對監(jiān)測目標的原始數(shù)據(jù)進行初步處理并提取出特征數(shù)據(jù)，加以識別，之后對其進行關聯(lián)，并根據(jù)相關標準作出決策，在此基礎上還會指出故障部位和故障類型。

4 結(jié)語

電力變壓器是指電力系統(tǒng)一次回路中供輸、配、供電用的變壓器，在供電系統(tǒng)中變壓器是非常重要的電氣設備。在電能的傳輸和配送過程中，電力變壓器是能量轉(zhuǎn)換、傳輸?shù)暮诵模菄窠?jīng)濟各行各業(yè)和千家萬戶能量來源的必經(jīng)之路，是電網(wǎng)中最重要的設備。電力設備的安全運行是避免電網(wǎng)重大事故的第一道防御系統(tǒng)，而電力變壓器是這道防御系統(tǒng)中最關鍵的設備。變壓器的嚴重事故不但會導致自身的損壞，還會中斷電力供應，給社會造成巨大的經(jīng)濟損失。而在實際運行中對于電力變壓器的運行狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷具有非同一般的實際意義。

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