變壓器智能監測探析

摘要：變壓器是變電站的重要設備之一，其安全運行對保障供電可靠性至關重要。介紹了建立在線監測基礎上的變壓器狀態檢修的優越性，闡述了智能化在線監測系統的組成、方法和發展趨勢。

關鍵詞：變壓器；在線監測；監測方法

作者簡介：劉寶忠（1962-），男，遼寧丹東人，國網遼寧省電力有限公司大連培訓中心，高級講師；王永清（1963-），男，遼寧朝陽人，國網遼寧省電力有限公司大連培訓中心，高級講師。（遼寧 大連 116023）

中圖分類號：TM407 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）36-0213-02

變壓器在線監測，就是依據變壓器的各種機械和電氣特性，通過對油中溶解氣體分析、局部放電、鐵心接地電流、繞組變形在線分析和振動分析，監測變壓器的運行狀態。現代傳感技術、微電子技術和計算機技術的發展，為變壓器等高電壓設備的狀態監測奠定了堅實的基礎。智能變壓器作為變電站的重要設備，與傳統變壓器的核心區別，就在于它具有智能化的在線監測功能。

一、變壓器在線監測的優越性

變壓器在電網中長期運行，不可避免地會累積各種缺陷。這些缺陷發展為故障的進程，可分為漸發性故障和突發性故障兩大類。漸發性故障主要表現為變壓器在正常運行過程中，由于絕緣老化、受潮等，使絕緣性能逐漸下降，最終導致故障的發生。盡管此類故障的發生幾率很高，但卻具有一定的規律性，是完全可以通過在線監測及時發現并加以避免的。對變壓器可能發生的故障及時準確做出預測，不僅是電網運維人員關注的熱點，也是保障電網安全穩定運行的關鍵。

作為變壓器檢修的常用方式，預防性試驗和定期檢修具有較大的盲目性和強制性。建立一種預知性的檢修方式，“當修則修”，而非“到期就修”，已成為狀態檢修的必然趨勢。它以設備當前的現實狀況為依據，通過智能化的監測手段，對設備進行縱向、橫向比較分析，識別故障的早期征兆，并對故障部位與程度以及發展做出趨勢性判斷，作為變壓器檢修的基礎依據。

變壓器狀態檢修與傳統定期檢修相比，主要具有以下幾個方面的優勢：增強了輸變電設備的供電可靠性；對故障實施早期檢測，幫助制定更可靠的維修計劃；降低了檢修成本和檢修難度，減少了設備檢修風險；節省了大量人力物力；延長了變壓器的全壽命周期。

二、變壓器在線監測系統的組成

變壓器電網狀態檢修主要由狀態監測和狀態診斷兩部分構成。監測方式一般為常規監測、在線監測、特殊監測等。變壓器在線監測是基于各傳感器獲取的變壓器的狀態信息，再通過計算機監測系統對所監測的數據進行分析計算，對變壓的運行狀態做出科學的評估和預測，最終經監測診斷系統進行綜合智能診斷，給出決策方案，以確定其最佳檢修時間。在線監測的技術優勢，就在于其監測功能和診斷功能有機結合后具有綜合判斷決策能力。[1]典型的變壓器監測診斷系統如圖1所示。

變壓器在線監測系統可分為集中式與分散式兩種。其中，集中式是對所有被測設備進行定時或巡回監測；分散式是采用專門的測試儀器所測取的信號進行就地測量。

變壓器在線監測是以微處理技術為核心，它集傳感器、數據收集、通信系統和數據分析功能于一體，通過連續監測在一段時間內狀態參數，及時捕捉變壓器早期故障的先兆信息，根據變壓器參數的變化趨勢來判定變壓器運行狀態。不僅能夠有效防范變壓器各種故障的發生和發展，還降低了意外停電所帶來的經濟損失。對運行中的變壓器進行實時監測，彌補了常規試驗與檢測手段的不足。盡管依據捕捉到的變壓器動態信息對其進行內部突發性故障預測還存在一定的局限性，但它仍是目前制訂變壓器檢修計劃最有效的技術依據，具有十分重要的指導意義。

在線監測對所采用的傳感器與監測儀，具有高度可靠性、免維護性和自檢功能。一旦監測儀自身存在問題，可自動發出聲光呼叫報警信號。因此，它消除了常規檢測方法中檢測裝置異常所導致的誤判問題。

變壓器在線監測系統的投資費用，主要包括傳感器和智能監測軟件兩部分。據國內外有關部門統計，一套完整的變壓器在線監測系統的成本一般約為變壓器價格的1%。但由于能夠及時準確發現變壓器的早期故障，使其運行維護成本降低75%，每年所節約的費用相當于變壓器價格的2%，而且可以延長使用壽命10年左右，其經濟效益相當可觀。

三、變壓器在線監測方法

變壓器在線監測系統對變壓器的故障判定，一般不是根據所測參數絕對值進行，而是根據其參數的變化趨勢判定。監測系統在相應數據傳感采集的基礎上，進行復雜的數據分析處理，最終得出變壓器的趨勢性故障預測。[2]其基本監測程序是：傳感器—數據收集—數據存儲—狀態分析—故障分類—判定故障—提出方案。

實時監測數據取自于變壓器的本體和附屬組件，數據庫存儲變壓器的全面信息，包括原始參數、歷史數據、運行狀況、監測數據、知識經驗和診斷結果等。

狀態分析以人工神經網絡分析為基礎。數據處理和故障分類一般采用快速傅里葉變換或先進的小波變換法。對于鐵芯、繞組、油溫、負荷等眾多繁雜的數據，經過人工神經網絡處理單元的特征分析，將預分析結果變換成人工神經網絡適宜處理的形式，提高了其運算推理速度。

故障分類主要是區分變壓器的故障性質，如繞組過熱、鐵芯過熱、油中氣體、絕緣缺陷、鐵芯接地電流、局部放電故障等。

監測診斷系統最終將分析結果與數據庫存儲的知識和經驗作為判據，做出故障判定并提出變壓器的維護解決方案。監測診斷系統的所有信息均可通過網絡進行上傳與查詢，給電網運行與維護帶來極大方便，滿足智能電網的要求。

變壓器在線監測的范圍極其廣泛，它幾乎囊括了可能出現故障的所有問題。如熱點監測、油中氣體總量、局部放電、套管的介質損耗和電容、冷卻裝置功能、油中濕度酸度、負載電流、紙絕緣的濕度和遷移情況、繞組頂部和底部油溫、電介質和動力系統的缺陷、構件的夾緊力、有載調壓系統的性能和缺陷、鐵芯接地故障和繞組缺陷、儲油柜的油位等。[3]在線監測裝置傳感器布置如圖2所示。

四、變壓器在線監測的發展趨勢

從變壓器在線監測技術的應用情況看，雖然還存在著抗電磁干擾能力不強、使用壽命偏短、價格偏高等缺陷，但由于其具有常規檢測手段所無可比擬的優越性，所有問題都將在發展中逐步得以解決。

在技術層面，硬件設備將向更加智能化方向發展，免維護性將更高。智能型傳感器的采用，使電磁干擾將得到有效抑制；隨著新型材料的廣泛采用，色譜分析的透氣膜等設備的使用壽命也將延長。故障分析軟件系統也將與離線試驗、設備狀態、運行數據等信息有機融合，開展綜合化的在線診斷，不同系統的在線監測數據將通過網絡共享。

在政策層面，由于智能電網建設的需求推動，以及各科研院所、在線監測公司研發力度的不斷加大，在線監測技術的應用工作正在穩步推進，不僅促使變壓器檢修規程、管理方法要隨之變革，而且必將導致規范的狀態檢修管理體系的確立，以及技術標準的最終統一。

在經濟層面，隨著國內在線監測設備生產與軟件開發廠商研發力度的加強和國外同類產品的競爭，以及電網需求旺盛等因素的影響，不僅其軟硬件產品的價格將大幅下降，而且性價比也將大幅提高。

五、結束語

綜上所述，只有建立在變壓器智能化在線監測基礎上的狀態檢修，才具有真正的現實意義。它不僅避免了預防性試驗和定期檢修所帶來的盲目性和強制性，節省了大量的人力、物力和財力，而且增強了輸變電設備的供電可靠性，延長了變壓器的使用壽命，具有廣闊的發展前景。

參考文獻：

[1]王曉鶯.變壓器故障診斷與監測[M].北京：機械工業出版社，

2004.

[2]蘇鵬生，王歡.電力系統設備監測與故障診斷技術分析[J].電力系統自動化，2003，27（1）.

[3]操敦奎.變壓器油中氣體分析診斷與故障檢查[M].北京：中國電力出版社，2005.