變壓器故障判斷技術的應用研究

孫啟鵬

（山西潞安太行潤滑油有限公司，山西 長治 046199）

引言

變壓器主要是用于變換電壓、接收同時分配電能的設備，一方面將電壓升高，用于遠距離供電傳輸，減少電能在傳遞過程中的損失，另一方面則是將高電壓降低，供不同的用戶進行使用，確保用電安全。因此變壓器在整個供電體系中占據著十分重要的位置，直接關系到供電系統的穩定性和安全性。由于變壓器結構組成多，因此在工作過程中容易出現故障，目前對變壓器故障監控方案缺失，無法提前進行預警，只有當故障發生后才能由工作人員進行排查處理，效率低、安全性差，無法滿足供電安全性和穩定性的需求。

本文在對變壓常見故障異常進行分析的基礎上發現，變壓器在正常工況下的溫度場分布較為均勻，而當出現接觸不良、短路等異常時，會導致故障區域的溫度快速升高，因此提出了采用紅外線溫度監控的方案，及時發現溫度異常的區域并進行報警，便于監控人員能夠第一時間了解到故障情況并進行處理，從而實現了故障的快速定位和報警，根據實際分析結果，當出現故障時故障區域的溫度會迅速升高，形成一個顯著的溫度差，采用紅外熱成像監測的方案能夠快速、精確地實現變壓器的故障預警。

1 紅外熱成像原理

變壓器設備在工作過程中自身會產生紅外輻射，紅外熱成像監測系統利用紅外探測器接收變壓器設備發出的紅外線能量，經過光敏探測器的處理，形成紅外線熱成像圖，實現對變壓器工作狀態的直觀監測，該紅外線成像系統結構如圖1 所示，主要包括紅外線熱成像模塊以及上位機數據分析處理系統，具有結構簡單、穩定性高的優點[1]。

圖1 紅外線成像系統結構示意圖

由圖1 可知，該系統上設置有統一的通信接口，用于實現紅外線監控系統和上位機數據分析處理系統之間的數據通信和信號傳輸，紅外熱成像儀接收到變壓器的熱輻射信號后，經過光的折射放大處理，將其傳輸到探測器內部進行初步的處理，然后將處理過的信號通過數據傳輸系統傳輸給上位機分析模塊，按照設定的邏輯對信號進行分析處理，使其形成能夠直觀顯示的紅外線圖譜，將變壓器上的溫度分布情況直觀地顯示到監測中心內，便于監測人員的快速監測。

2 紅外監測特征分析

以6 kV 變壓器為監測對象，對其柱上隔離開關線夾處在正常運行和故障情況下的紅外成像效果進行分析，結果如圖2 所示[2]。

圖2 不同狀態下紅外成像結果示意圖

由圖2 可知，在正常狀態下，變壓器柱上隔離開關線夾處的最高溫度為13.8 ℃，最低溫度為9.4 ℃，分布較為均勻且波動不大，而當該處出現故障后，其最高溫度達到了61.6 ℃，其最低溫度僅為10.8 ℃，因此可知當在故障狀態下，變壓器故障區域會呈現明顯的溫度分化情況，利用紅外監測系統能夠及時捕捉到異常溫度的變化[3]。

在監測過程中系統將監測到的變壓器溫度變化情況不間斷地傳輸到系統控制中心，系統對數據進行分析后輸出監測區域的溫度監測曲線[4]，結果如圖3 所示。

圖3 監測區域溫度變化曲線

經過分析可知，在故障區域的穩定升高并不是一瞬間造成的，而是連續不良接觸導致的區域接觸情況逐漸惡化，進而導致了監測區域溫度的不斷波動上升，在前一周的時間內系統溫升均未超過設定的安全溫度，隨著接觸區域接觸不良情況的逐漸惡化，進而導致了后續故障區域溫度的居高不下，最高溫度最后達到了78 ℃。

通過對變壓器運行狀態的分析，可知在多數情況下故障區域的溫度都是隨著故障的加劇而緩慢上升，結合變壓器在正常運行情況下四周的溫度場分布，設定其警戒溫度為40 ℃，在警戒值以下表明系統的溫升不影響系統正常運行，當溫度超過40 ℃時，表明故障范圍有進一步擴大的趨勢，會影響到變壓器的正常運轉。在系統內設置了聲光報警系統，溫度超過警戒溫度后系統將發出報警，提示維護人員對該故障點進行維護，確保變壓器的正常運行。

3 結論

針對目前變壓器運行監測穩定性差、無法及時進行故障報警的現狀，提出了一種新的變壓器故障判斷技術，以紅外熱成像監測為基礎，實現了對變壓器溫度場分布的實時監測，根據實際應用表明：

1）紅外熱成像監測系利用紅外探測器接收變壓器設備發出的紅外線能量，經過光敏探測器的處理，形成紅外線熱成像圖，實現對變壓器工作狀態的直觀監測；

2）該監測系統主要包括紅外線熱成像模塊以及上位機數據分析處理系統，具有結構簡單、穩定性高的優點；

3）變壓器故障區域的溫度是緩慢上升的，當超過溫度警戒值時系統會自動發出報警，提示維護人員對該故障點進行維護，確保變壓器的正常運行。