主變壓器在線監(jiān)測裝置配置分析

摘要：分析主變壓器的油色譜、溫度（光纖測溫）、鐵芯接地、局部放電、套管介損等五種在線監(jiān)測，得出配置主變壓器在線監(jiān)測是安全，可靠、經(jīng)濟(jì)的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：主變壓器 在線監(jiān)測

1.前言

大型電力變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行日益受到各界的關(guān)注，尤其越來越多的大容量變壓器進(jìn)網(wǎng)運(yùn)行，一旦造成變壓器故障，將影響正常生產(chǎn)和人民的正常生活，而且大型變壓器的停運(yùn)和修復(fù)將帶來很大的經(jīng)濟(jì)損失，在這種情況下實(shí)時(shí)監(jiān)測變壓器的絕緣數(shù)據(jù)，使變壓器長期在受控狀態(tài)下運(yùn)行，避免造成變壓器損壞，對變壓器安全可靠運(yùn)行具有一定現(xiàn)實(shí)意義。

主變壓器在線監(jiān)測主要包括：油色譜、溫度（光纖測溫）、鐵芯接地、局部放電、套管介損監(jiān)測。

2.變壓器油色譜在線監(jiān)測

變壓器油中溶解氣體分析是診斷充油電氣設(shè)備最有效的方法之一，能夠及早發(fā)現(xiàn)潛在性故障。由于試驗(yàn)室分析的取樣周期較長，且脫氣誤差較大及耗時(shí)較多等問題，因此不能做到實(shí)時(shí)監(jiān)測、及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛伏性故障，很難滿足安全生產(chǎn)和狀態(tài)檢修的要求。油色譜在線監(jiān)測采用與實(shí)驗(yàn)室相同的氣相色譜法。能夠?qū)ψ儔浩饔椭腥芙夤收蠚怏w進(jìn)行實(shí)時(shí)持續(xù)色譜分析，可以監(jiān)測預(yù)報(bào)變壓器油中七種故障氣體，包括氫氣（H2），二氧化碳（CO2），一氧化碳（CO），甲烷（CH4），乙烯（C2H4），乙烷（C2H6）和乙炔（C2H2）。

該系統(tǒng)目前已廣泛應(yīng)用于變壓器的在線故障診斷中，并且建立起模式識別系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)故障的自動識別，是當(dāng)前在變壓器局部放電檢測領(lǐng)域非常有效的方法。

3.變壓器光纖測溫在線監(jiān)測

變壓器壽命的終結(jié)能力最主要因素是變壓器運(yùn)行時(shí)的繞組溫度。傳統(tǒng)的繞組溫度指示儀（WTI）是利用\"熱像\"原理間接測量繞組溫度的儀表，安裝在變壓器油箱頂部感測頂層油溫，WTI指示的溫度是基于整個(gè)變壓器的油箱內(nèi)平均油溫的變化，很難反映出繞組溫度的快速變化。

光纖測溫系統(tǒng)能實(shí)時(shí)直接地測量繞組熱點(diǎn)溫度，分布型光纖傳感系統(tǒng)測溫精度可達(dá)1度，非常適合于大型變壓器繞組在線測量。其基本原理是將具有一定能量和寬度的激光脈沖耦合到光纖，它在光纖中傳輸，同時(shí)不斷產(chǎn)生背向信號。因背向散射光狀態(tài)受到各點(diǎn)物理、化學(xué)效應(yīng)調(diào)制，將散射回來的光波經(jīng)檢測器解調(diào)后，送入信號處理系統(tǒng)，便可獲得各點(diǎn)溫度信息，并且由光纖中光波的傳輸速度和背向光回波的時(shí)間對這些信息定位。這根光纖可數(shù)公里長，光纖可進(jìn)入變壓器繞組內(nèi)。

4.變壓器鐵芯接地在線監(jiān)測

變壓器鐵芯是電—磁—電轉(zhuǎn)換的重要環(huán)節(jié)，是變壓器最重要的部件之一。變壓器在運(yùn)行中，因鐵芯疊裝工藝欠佳、振動摩擦、導(dǎo)電雜質(zhì)等原因，造成鐵芯片間短路，而導(dǎo)致放電過熱和多點(diǎn)接地故障。如果鐵芯或夾件有兩點(diǎn)以上接地時(shí)，則接地點(diǎn)間會形成閉合回路，鏈接部分磁通，形成環(huán)流，產(chǎn)生局部過熱，甚至燒壞鐵芯。在極端的情況下，會破壞繞組絕緣，造成變壓器損壞。

由于變壓器鐵芯接地電流的大小隨鐵芯接地點(diǎn)多少和故障嚴(yán)重的程度而變化，因此，預(yù)防性維修中，國內(nèi)外都把鐵芯接地電流作為診斷大型變壓器鐵芯短路故障的特征量。對于鐵芯和上夾件分別引出油箱外接地的變壓器，可分別用測出鐵芯和夾件對地的電流，如果二者相等，且數(shù)值在數(shù)安以上時(shí)，鐵芯與夾件有連接點(diǎn)；如果前者遠(yuǎn)大于后者，且數(shù)值在數(shù)安以上時(shí)，鐵芯有多點(diǎn)接地；如果后者遠(yuǎn)大于前者，且數(shù)值在數(shù)安以上時(shí)，夾件有多點(diǎn)接地。

鐵芯或夾件接地電流數(shù)量級在幾十毫安到幾安培甚至更大，檢測量程比較寬，主要是電阻性電流，因此測量技術(shù)的實(shí)現(xiàn)相對比較容易，一般都作為變壓器狀態(tài)監(jiān)測的常選項(xiàng)。對鐵芯接地電流的測量，被測的電流信號在變壓器鐵芯接地引線利用穿芯電流傳感器取樣測量。

5.變壓器局部放電在線監(jiān)測

局部放電既是設(shè)備絕緣老化的先兆，也是造成絕緣老化并最終發(fā)生絕緣擊穿的一個(gè)重要原因。很多故障都可以從局部放電量和放電模式的變化中反映出來。變壓器局部放電過程中伴隨著電脈沖、電磁輻射、超聲波等現(xiàn)象，可能引起變壓器局部過熱及產(chǎn)生特征油氣。局部放電水平及其增長速率的明顯增加，能夠指示變壓器內(nèi)部正在發(fā)生的變化。由于局部放電能夠?qū)е陆^緣惡化乃至擊穿，故需要進(jìn)行局部放電參數(shù)的在線監(jiān)測。

目前對變壓器局部放電進(jìn)行檢測的方法主要是超高頻（UHF）檢測法。超高頻法是近10年才發(fā)展起來的一種新的局部放電檢測技術(shù)。相對于以往的GIS局部放電檢測技術(shù)，它具有抗干擾能力強(qiáng)，可以對局部放電源進(jìn)行定位，可以識別不同的絕緣缺陷，靈敏度高，并能對變壓器和GIS局部放電進(jìn)行長期的在線監(jiān)測，因此它的發(fā)展得到了各國電力部門的重視。變壓器油及油/絕緣紙中發(fā)生的局部放電，其信號的頻譜很寬，放電過程可以激發(fā)出數(shù)百甚至數(shù)千兆赫茲的超高頻電磁波信號，此電磁波由安裝在變壓器箱體開窗處的傳感器獲取，用于實(shí)現(xiàn)局部放電檢測。超高頻法是目前相對比較成熟的測量局部放電的方法。

6.變壓器套管介損在線監(jiān)測

電力變壓器的高壓容性套管，按照其結(jié)構(gòu)和使用壽命，是變壓器所有部件中最危險(xiǎn)的部件之一。

一般情況下，電壓110kV以上的套管結(jié)構(gòu)共同點(diǎn)是：它們運(yùn)行過程中易受到非常高的機(jī)械、電氣應(yīng)力以及熱應(yīng)力的影響，隨著水分的滲入和油的品質(zhì)降低，絕緣紙的老化以及過熱都會導(dǎo)致高壓套管絕緣品質(zhì)的下降。這些套管的絕緣品質(zhì)的改變通常都會引起套管介質(zhì)損耗的改變。這樣會造成部分絕緣系統(tǒng)的損壞，影響運(yùn)行安全，并且會無法保證進(jìn)一步的運(yùn)行安全。

通過測量介質(zhì)損耗tgδ，可較為靈敏地發(fā)現(xiàn)電容型設(shè)備的絕緣缺陷，利用在線監(jiān)測手段，在設(shè)備的運(yùn)行過程中實(shí)時(shí)監(jiān)測這個(gè)參數(shù)，不但可及時(shí)發(fā)現(xiàn)運(yùn)行設(shè)備的絕緣缺陷，還可達(dá)到延長甚至替代常規(guī)預(yù)防性試驗(yàn)的目的。

7.結(jié)論

大容量變壓器增加在線監(jiān)測裝置創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于該在線監(jiān)測設(shè)備一次性投資，而且在線監(jiān)測技術(shù)較為成熟，大容量主變壓器配置油色譜、繞組溫升（光纖測溫）、鐵芯接地、局部放電、套管介質(zhì)損耗在線監(jiān)測是安全，可靠、經(jīng)濟(jì)的。