變壓器狀態檢測與故障診斷技術探討

楊壽春 何先華 張遠鵬 王亞軍 李富保

摘? 要：在電網的供配電系統中，變壓器是對電壓等級進行調節與對電能進行分配的核心設施，是否可靠且穩定運行能夠直觀的決定電力輸出質量，為了增強變壓器運行的穩定與高效，對電力部門的變壓器運行狀態監測與故障的診斷排除能力提出更高要求，在此基礎上應運而生的變壓器狀態監測與故障診斷技術得到了普遍的應用。本文首先介紹了狀態監測與故障診斷系統的構成，闡述了變壓器的常見故障與狀態檢測，分析了其工作的原理、發展趨勢以及在當前階段變壓器狀態檢測與故障診斷中存在的系列問題，并針對變壓器狀態檢測與故障診斷技術進行了相關探討。

關鍵詞：變壓器? 狀態檢測? 故障診斷? 技術探討

中圖分類號：TM76? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：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

變壓器狀態檢測與故障診斷技術是針對變壓器當前的運行狀態以及相關信息進行準確的記錄與分類，并作出評估工作，能夠為變壓器的檢修工作提供可靠的信息依據，變壓器狀態評估是進行狀態檢修前的基礎工作。此項工作能夠做到直觀有效的了解變壓器設備的實時運行情況，能夠提供故障預警，防患于未然，對變壓器的安全運行提供切實的保障。想要有效的改善當前在變壓器的狀態檢測與故障診斷中由于技術的相對落后而造成的大量浪費人力物力的狀態，就要實現現代科技成果的高效轉化，堅守經濟化原則，在此基礎上實現完善電網供配電系統，促進其運維全面化發展。

1? 狀態檢測與故障診斷系統的構成

變壓器狀態檢測與故障診斷系統是由信息檢測、數據采集、數據傳輸、數據處理與診斷五個單元部分組成。檢測單元以傳感器為核心，負責采集變壓器的物理、化學量并將其進行轉化;數據采集單元將傳感器采集轉化的電信號預處理;數據傳輸單元主要是對信息進行傳輸，固定裝置的數據處理與監控室之間的距離遠，要配置特殊的遠程傳輸，對于便攜裝置，能夠變換和隔離信號即可;數據處理單元將接收到的傳輸數據做分析與鑒定處理;診斷單元為最后的數據以及歷史留存數據進行對比和分析，判斷設備的實際運行情況，根據設備運行情況給出建議和相應措施。

2? 變壓器狀態檢測的技術分類

2.1 變壓器局部放電的檢測

變壓器中所用到的絕緣材料由于在其制造過程中，電介質在絕緣體內分布不均，存在氣泡和雜質。而在氣泡中的電場強度比其他介質電場強度高時，就會開始放電。以油質絕緣部件其局部放電量的數量級作監測參數能有效判別有破壞性或危險性的局部放電[1]。

2.2 紅外線測溫及熱成像儀檢測

在變壓器的正常運行狀態下，依據其基礎熱像與其結構和傳熱途徑結合，對出現故障的變壓器熱像與溫度變化進行分析，并與其他檢測所得數據相結合，以此來判斷出變壓器所出現故障以及類型。

2.3 變壓器油中氣體檢測

變壓器內絕緣材料經過升溫、通電以及磁場作用，經過進一步老化產生氣體，根據油中氣體含量及其組成差異進行檢測。這種檢測方法是與變壓器同步運行的，對初始故障的識別靈敏度較高，在檢測中普遍應用。

3? 變壓器狀態檢測與故障診斷工作的原理及發展趨勢分析

對變壓器檢測是針對變壓器信號的收集與分析，以確定變壓器的運行狀態，以此為依據對變壓器的隱形故障進行總結，并針對設計相關的維修維護方案。跟隨現代化的技術腳步，在變壓器的檢修方面，已經能夠做到從之前的固定時期檢測發展到無人操控進行檢測，對故障進行預防和診斷。對變壓器的運行情況利用通信電纜等相關設備集中檢測，能夠有效的減少人工以及相關資源的投入，還能減輕以往檢測的工作量，并對檢測結果實現共享。加強遠程監控檢測的系統構建，實現檢測與診斷結合，更加方便對變壓器運行數據的收集。

4? 變壓器狀態檢測與故障診斷工作中所存在的問題

從變壓器的內部結構來看，其復雜程度注定了障礙產生的多種表現，引起故障的原因也難以掌控，所出現的多個故障間也會存在著一定的聯系，需要有系統的方法來進行監管。

（1）變壓器檢修工作受技術及各種條件的限制，在線色譜儀設備較為集中，對其他設備的監督與管控比重較低，所以，進行常規的監測時，更多的是采用離線檢測方式對信息和數據進行收集。

（2）目前的故障檢測設備，在信號方面的功能性不高，磁場及電子設備對其的干擾較大，提升了檢測中的難度，也在另一方面對檢測與診斷的能效有所限制。

（3）目前所使用的相關系統以及故障檢測與診斷的相關設備能夠對變壓器所展現的故障及可能的發展方向做出反映，但不能夠分析和準確處理故障類型、發生原因以及潛在威脅。

（4）目前所應用的監測系統中，在硬件方面還有不少的缺點，例如可能會出現在工作性能上的穩定性不足，并且所用系統與相關技術并不是最先進的，也容易產生錯誤的判斷。

（5）目前所應用的檢測設備不能實現全面的實時監測，在有突發情況時不能及時進行原因分析與針對性應急處理。

5? 變壓器狀態檢測與故障診斷相關技術探討

5.1 局部放電狀態檢測與故障診斷

5.1.1 變壓器局部放電的狀態檢測

在變壓器中如果其中的某部分電場強度使周圍的絕緣介質的承受壓力過大，就會使此部分出現局部放電，通過對局部放電產生的物理、化學效應觀察，在放電瞬間，變壓器中會產生伴有電磁和聲輻射的脈沖電信號，與此同時，在放電部位，所用材料會出現化學反應，而這些化學變化恰恰能夠提供相關依據給局部放電的檢測。

5.1.2 變壓器局部放電的診斷技術

第一，放電性能的鑒別依據是放電的量，在局部放電實驗中的性能評定指標為視在放電量，其判定依據為電力設備預防性實驗規程DL/T596-1996[4]。

第二，故障的類型與故障程度依照分布圖譜進行判定。工作原理為對在固定時間間隔下對每次放電的量 、重復次數與相位的數據進行采集，并采用相關方法制成相應的圖譜，經過分析圖譜，找出故障類型與故障程度。

第三，測量聲波與電信號找出放電位置，通過對聲波與電信號傳播的時差進行檢測，根據檢測得到的二者速度建立相關的數學模型，并通過計算分析，最終找出放電部位。

5.2 溶解氣的狀態檢測與故障診斷

5.2.1 變壓器中溶解氣的狀態檢測原理

電力系統中充油變壓器應用普遍，采用油浸紙方式進行絕緣，而出現異常時，內部礦物油與油浸紙會發生裂解反應，并能夠產生氫氣、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，并采用相關的技術進行氣體成分的判斷與含量的分析，將分析所得數據進行對比，便能夠得到變壓器的隱形故障及類型與發生位置。

5.2.2 故障診斷技術

在變壓器運行過程中，所產生故障類型不同而產生的氣體成分不同，所以，在鑒定結果進入診斷系統后，需在專家知識庫的幫助下來評估運行狀況，最后根據評估所得結果提出檢修方法，再由相關專業的工作人員執行，對變壓器正常運行提供保障。

6? 結語

綜上所述，變壓器的狀態檢測與故障診斷技術能夠對運行中的設備進行在線的監控和檢測，且能夠對所收集的數據進行相關的分析與鑒定，及時找出隱性故障，并可以依照對數據的分析給出針對性的檢修措施，對變壓器在運行中的穩定性提供保障，改善設備運行質量、延長設備使用周期，有效降低電網運維投入，能夠更好地推進智能化與自動化的電力系統管理。

參考文獻

[1] 楊志越，牛華寧.基于DGA的變壓器狀態監測與故障診斷技術研究[J].河北電力技術，2018，37（3）：11-14.

[2] 高翔.大型變壓器狀態監測與故障診斷技術的研究[J].西部皮革，2016，38（14）：12.

[3] 王建濤.電力系統設備狀態監測與故障診斷技術分析[J].電子世界，2019（14）：204.

[4] 趙俊偉，謝秋明.變壓器狀態監測與故障診斷技術探討[J].南方農機，2015（1）：82-83.

[5] 萬亮.變壓器運行異常現象檢修及維護技術分析[J].科技資訊，2018，16（24）：22-23.

[6] 李國東.大西高鐵電力專業常見故障及預防措施[J].科技資訊，2019，17（23）：29-30.