電力變壓器狀態監測及其故障診斷

王小峰

摘 要：電力變壓器是輸電與配電網絡中最重要的設備之一，原來的定期檢修和離線試驗的方式很難滿足現代化狀態維護的要求，為了使變壓器能夠高效、安全的運行，要求電力部門擁有準確把握變壓器的運行狀況以及及時的發現和有效處理潛在故障隱患的能力，基于此出現了變壓器的狀態檢測和故障診斷技術，并能夠在實踐應用中得到推廣。本文以狀態檢測與故障診斷系統構成為基礎，詳細分析了變壓器中溶解氣的狀態監測與故障診斷技術以及變壓器的局部放電狀態監測與故障診斷技術。

關鍵詞：變壓器；狀態檢測；故障診斷

1 狀態檢測與故障診斷系統構成

變壓器的狀態檢測與故障診斷系統主要由5部分組成：第一，信息的檢測單元。此單元的核心是各種類型的傳感器，主要負責采集變壓器的化學量、物理量等并將其轉化為合適的電信號；第二，數據的采集單元。其作用是預處理由傳感器采集到的電信號，主要是A/D轉換、抑制干擾以及采集數據記錄等過程；第三，信息的傳輸單元。此單元的作用是將所采集的信息傳送到后面的單元。對于固定式的裝置，由于數據處理單元在距離現場很遠的監控室，所以需要配置比較特殊的信息遠程傳輸單元，而對于便攜式的裝置，僅僅需要對信號進行恰當的變換和隔離就可以；第四，數據的處理單元。此單元的作用使分析和鑒定采集所獲得的數據；第五，診斷單元。此單元的作用是對照規程和運行經驗等，分析和對比處理后的數據、歷史數據等，以這個為判斷設備運行狀況的依據，并給出恰當的措施和建議等。

2 變壓器中溶解氣的狀態監測和故障診斷技術

2.1 變壓器中溶解氣的狀態檢測原理

目前，充油式變壓器是在電力系統中使用最多的變壓器，在絕緣的手段上，充油式的變壓器選擇的是油浸紙的方法，一旦變壓器出現超溫故障或者異常放電時，變壓器內的絕緣紙和礦物油會出現裂解，形成C2H4、H2、C2H6、C2H2、C02、CO等氣體，所以依靠油氣分離的裝置將以上氣體從礦物油中分離出來，然后用氣敏傳感器等檢測手段和溶解氣在線色譜分析（DGA）技術分析氣體的成分和含量，將分析的數據輸到“診斷系統”，利用診斷系統的判斷和分析功能對該數據和變壓器正常運行時候的各項數據進行對比，就能夠得出變壓器現在有的潛在故障以及發生的部位、故障的類型。變壓器油中溶解氣狀態檢測技術的原理如圖1所示。

圖1 變壓器中溶解氣在線監測流程框圖

從其中利用的設備和監測方法，變壓器油中溶解氣的在線監測技術可以分為氣敏傳感器的檢測、色譜檢測和紅外光譜的檢測等3種方式。在這以應用比較多的色譜檢測為例來分析，色譜在線監測有3個環節：第一，脫氣環節。也就是利用空氣循環取氣的方法、抽真空取氣的方法、或薄膜滲透取氣的方法等方式，把油中的氣體分離出來；第二，氣體的分離。一般情況僅僅檢測H2，因此可以用薄膜滲透取氣法來收集油中所溶解的H2；第三，氣體的鑒定。半導體的氣敏傳感器和需要檢測的氣體接觸之后，電氣的性能就會發生相應的改變，判斷氣體的組成時可以以此為依據。

2.2 故障診斷技術

綜上分析，因為存在的故障類型或性質的不同，其在變壓器的運行中所產生溶解氣的組成成分會因此不同，因此，將鑒定氣體成分得到的結果錄入到診斷系統中，在評估時根據專家知識庫對變壓器的運行狀況，根據評估結果來制定有效的措施或者建議，然后按照檢修策略以及建議由運維人員及時對變壓器實施檢修或者維修，進而保證變壓器能夠正常的運行。

3 變壓器的局部放電狀態監測和故障診斷技術

3.1 變壓器局部放電的狀態檢測

變壓器局部放電是變壓器中的一部分因為電場強度超出了其附近絕緣介質承受強度的最大值，造成在該部位出現部分放電的事件。變壓器局部放電會給變壓器帶來嚴重的事故。但是從部分放電所形成的化學和物理效應來看，在局部放電的時候，變壓器的相關回路中會出現脈沖的電信號，并伴有電磁、聲輻射，與此同時出現放電部位的材料會發生化學變化，這是監測局部放電故障依據。

3.2 變壓器局部放電的診斷技術

變壓器局部放電的診斷有3個環節：第一，放電性能以視在放電量為根據來鑒別，現在，在變壓器的局部放電實驗中，對放電性能評定的指標一般是視在放電量，并且評定依據是以電力設備預防性試驗規程DL/T596-1996。第二，判定局部放電的嚴重程度和故障類型以分布圖譜為根據。也就是通過在允許的測量間隔之內采集各次放電重復的次數n、外加電壓的相位Φ、和放電的放電量q等數據，接著用統計和制表的方法來構造各個參數的圖譜，并對其進行分析，來得到嚴重程度和放電模式（故障類型）等數據。第三，在判斷放電部位的時候，測量電信號和聲波信號等，其原理是檢測電信號和聲波信號在介質中傳播的時差，在建立模型時以電信號和聲波信號傳播速度的特點為依據，進行詳細的分析和計算，進而確定放電的位置。

4 結語

綜上所述，變壓器的狀態監測和故障診斷技術，能夠在線監測處在運行狀態的變壓器，利用專家知識庫等技術分析和鑒定變壓器狀態監測的數據，進而能夠及時的發現變壓器潛在的故障，此外，根據對數據的分析以及鑒定結構，找出檢修、處理變壓器的措施，能夠使變壓器運行的穩定性和可靠性得到保障，改善了變壓器的運行質量以及延長了使用壽命，減少了維修或者過維修的現象，進而使電力部門的運維成本大大降低，給電力系統管理實現智能化和自動化打下堅實的基礎，有效保障了電網的安全可靠運行。

參考文獻

[1]汲勝昌，程錦，李彥明.油浸式電力變壓器繞組與鐵心振動特性研究[J].西安交通大學學報，2015，39（6）：616-619.

（作者單位：國網北京市電力公司）