變壓器在線監測與故障診斷新技術的研究

龐靖宇

摘 要：本文主要研究的是變壓器的在線監測和故障診斷技術，進行研究時，首先簡單介紹了變壓器常出現故障的四個部位及其故障類型，然后對變壓器的在線監測系統進行了技術方面的研究與分析，最后詳細探究了變壓器的故障診斷技術。

關鍵詞：變壓器；在線監測；故障診斷

中圖分類號：TM407 文獻標識碼：A

隨著社會和科學技術的發展，人們對于電力的需求量越來越大，這就對電力系統提出了更高的要求，而電力變壓器在整個電力系統中發揮了至關重要的地位。因此，只有保證電力變壓器的正常運行，才能保證電力系統有著穩定的供電基礎，進而為社會的發展提供有力的幫助。因此，本文對變壓器故障的在線監測和診斷技術進行了研究。

一、變壓器的故障部位及類型

（一）鐵芯。使變壓器能夠順利轉變電壓的主要部件即鐵芯，而鐵芯也是變壓器中最易出現故障的部件。由于鐵芯發生松動，從而與接地鐵芯相接觸并發熱，進而出現放電現象，破壞變壓器的絕緣性能。

（二）繞組。繞組變形通常是因為變壓器繞組的絕緣發生老化或者繞組受潮，從而使繞組短路。而繞組變形故障的最初體現通常均為繞組匝間發生故障，因此，一旦出現繞組匝間故障，就必須要引起注意。

（三）分接開關。分接開關的故障主要分為有載和無載兩種，無載分接開關的作用時間為變壓器停止作業時，由于變壓器停止作業，因此不存在激磁，這時分接開關故障即可改變繞組匝數，進而影響變壓器的輸出電壓。

（四）油絕緣。由于變壓器的運行會使絕緣油發生氧化反應，而油中的雜質會加速氧化，進而污染油質，使絕緣油轉化為油泥，妨礙了變壓器的有效散熱，進而降低了變壓器的絕緣性能，使其老化速度加快。

二、變壓器在線監測系統的技術研究

（一）變壓器放電在線監測技術。在對變壓器內部進行局部放電的在線監測時，有很多種方法，常見的有超聲檢測法、脈沖電流法、光測法以及紅外熱像法。超聲檢測法即在變壓器外壁安裝超聲波傳感器，接受由局部放電產生的超聲波，并將其轉化為電信號，以此測量放電位置和程度；光測法，檢測放電時釋放的光輻射，以此確定放電位置；紅外熱像法，由于局部放電造成該部位溫度升高，發射出紅外輻射信號，直觀方便的顯示出放電區域。

（二）繞組變形在線監測技術。在對繞組變形故障進行監測時，主要采取的方法有短路電抗法、頻響分析法以及低壓脈沖法等，但是在使用這些方法時，不得使用變壓器。另外，目前有一種新型的繞組變形在線監測技術，即監測變壓器的電流和三相電壓，并對其進行辨識，以此對繞組變形進行監測。

（三）接地鐵芯在線監測技術。當出現鐵芯接地的情況時，會在變壓器中形成閉合回路，形成感應電流，進而威脅到變壓器和技術人員的安全，該技術的使用可以及時監測出鐵芯是否發生接地，并測量出回路電流的大小，方便了變壓器的維修。

（四）變壓器振動在線監測技術。在變壓器的外壁上安裝傳感器，測量其振動加速度，并以此獲取變壓器正常運行時的振動幅度，一旦振動信號發生改變，即可確定變壓器的振動加速度發生了改變，以此獲得變壓器的繞組狀態。

（五）絕緣電阻在線監測技術。該方法的科技含量和成本極其低廉，但是該方法能夠方便快捷的識別絕緣表面的破損與污染。在對絕緣電阻進行在線監測時，可對變壓器施加適當的電壓，由于電阻發生變化，從而影響了電壓的輸出。

（六）絕緣功率在線監測技術。將功率損耗與輸入功率作比，其比值即為絕緣功率，絕緣功率可以有效的象征電損耗。因此，能夠通過絕緣功率獲得準確且有價值的相關數據。絕緣材料老化或受到污染，均會增加變壓器的損耗比。

三、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，該技術能夠將所有的信息進行綜合分析處理，將變壓器的故障特征數據與其多維信息進行融合，使診斷結果更為準確，信息融合主要有以下幾方面：

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

（二）融合特征層數據。信息融合的第二階段即為融合特征層數據，首先在信息源中提取出特征數據，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計意義，可以在一定程度上表示出整體，然后根據特征信息所反映出的信息，對原始數據進行分析處理。在融合特征層數據時，所用方法為模式識別技術，與第一階段的區別在于，融合前對信息進行交換，將信息轉化為統一的表現形式，然后將特征數據進行關聯。該方法的優勢在于，有效的壓縮了信息，實現數據的實時處理，提高了信息分析和決策效率。

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

結語

綜上所述，對變壓器進行在線監測并及時診斷其故障是保證電力正常輸出的重要任務。在對變壓器進行在線監測時，可以運用局部放電、繞組變形、鐵芯接地、變壓器振動、絕緣電阻以及絕緣功率在線監測技術，而對變壓器故障進行診斷時，可以采用融合數據層、融合特征層數據、融合決策層數據三階段式的信息融合法進行診斷。只有做好了變壓器故障的監測和診斷工作，才能為電力系統穩定供電。

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