變電設備狀態監測與診斷技術現狀

楊少龍++姜兵

摘 要：變電設備作為電力系統的重要組成部分，直接影響著電力的傳輸和電網的運行，同時，其工況也直接影響著電力電網的可靠性和安全性。隨著電力系統的自動化發展和供電可靠性要求的提高，對變電設備運行的可靠性、安全性及其產生的經濟效應也提出了越來越高的要求。簡要介紹了變電設備狀態檢修中的狀態監測和故障診斷這兩個最重要的環節的技術情況，以期為日后的相關工作提供參考。

關鍵詞：變電設備；狀態檢修；狀態監測；故障診斷

中圖分類號：TM63 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.14.160

長期以來，我國對變電設備的檢修以事后維修、定期檢修為主。盡管這種制度在一定程度上保障了供電的基本穩定性和資源的合理安排，但是，也逐漸顯現出了維修不足、維修過剩和盲目維修等問題。狀態檢修（Condition-based Maintenance，CBM）則能夠及時對變電設備進行狀態評估和故障診斷。本文將基于變電設備狀態監測和診斷技術這兩點進行論述，以期為變電設備的狀態檢測和診斷提供一定的依據，讓電力設備能夠更好地為人們服務。

1 變電設備狀態監測技術

自變電設備狀態監測出現以來，相關的監測技術也有很多。下面將選擇其中比較具有代表性的監測技術進行分析。目前，常用的監測技術有油中溶解氣體在線色譜分析、鐵芯多點接地在線監測、變壓器熱點溫度在線監測、變壓器繞組變形在線監測4種。

1.1 油中溶解氣體在線色譜分析

正常情況下，變壓器的絕緣油中只含有少量的N2、O2、CO、CO2這四種氣體。但是，當變壓器本身發生故障時，絕緣油中會出現較多種類的氣體和氫氣。利用色譜分析這些氣體的存在情況，可以判斷出變壓器中的故障類型。

色譜分析技術是將收集到的溶解于油中氣體的各組分逐一分離，再用鑒定器測定各組分的濃度。由于常規色譜分析無法做到實時在線監測，所以，目前，國內外采用的方法主要有鼓泡脫氣法、滲透膜脫氣法和油樣直接注入法。

1.2 鐵芯多點接地在線監測

變壓器的鐵心正常運行時是一點接地，地線電流很小。當鐵芯出現多點接地的情況時，則會形成環流。環流值是由被包圍的磁通或非正常接地點的性質決定的。

鐵芯在線監測裝置分為接地電流模塊、通信接口和無線收發模塊。電流傳感器將接地電流轉換為電壓信號，經過放大、濾波、A/D轉換后輸入數字信號處理單元DSP；通信接口則將數據傳至無線傳輸模塊，經無線傳輸至監測上位機。

1.3 變壓器熱點溫度在線監測

在變壓器運行過程中，其內部溫度分布不均勻，可能整體溫度不高，但是，局部溫度很高。發熱源，比如繞組、鐵芯等金屬件的溫度過高會導致絕緣局部老化、擊穿或被損壞。

變壓器熱點溫度在線監測主要是應用紫外和紅外成像技術。遠紅外成像技術能夠在不接觸、不停運設備的情況下及時發現其中存在的問題——電流致熱性、電壓致熱性缺陷。同時，將這種技術與氣象色譜試驗相結合，能夠準確找出設備內部的缺陷。

1.4 變壓器繞組變形在線監測

繞組變形在線監測采用的是振動信號分析法。將振動傳感器安裝在變壓器箱體上，用來測量繞組和鐵芯運行時產生的振動信號。同時，根據振動信號的變化監測繞組變形和鐵芯等構件的松動故障。測量系統與變壓器之間要實現無電氣連接。

2 變電設備故障診斷技術

設備故障與其征兆的關系十分復雜，具有非線性和不確定性，需要總結各方面的經驗，綜合模糊數學、人工神經網絡等技術來判斷，建立一個以神經網絡為基礎的智能診斷系統進行推理，以此確定設備的狀態。油氣檢測、繞組熱點溫度測量、介質損耗檢測、繞組變比測量是故障診斷技術中比較傳統的方法，也有局部放電、恢復電壓、繞組變形測量、傅里葉變換紅外和近紅外光譜法等非傳統方法。

變電設備的故障診斷為電力系統維護人員提供了決策參考。但是，在工程實際應用中，由于存在編碼不全、編碼邊界太絕對等不足，在沒有專家經驗保駕護航時，常常會出現失誤。目前，出現了多種以人工智能技術為基礎的變電設備故障診斷方法，比如專家系統、神經網絡、模糊數學、決策樹、范例推理、聚類分析、粗糙集理論、支持向量機、灰色系統理論和克隆選擇算法等，以彌補傳統診斷方法的不足。其中，專家系統可以充分利用專家學者的經驗進行邏輯推理。這些技術的出現較好地彌補了傳統診斷方法的不足，提高了診斷結果的準確性。

變電設備狀態監測與診斷技術的前提就是在線監測技術。變電設備狀態檢修在我國的提出時間比較晚，相關研究應用也沒有歐美國家成熟，但越來越多的學者、專家開始關注和研究此類課題。一些國內大型發電廠也已經比較全面地安裝了成套先進的傳感器裝置，并結合計算機網絡組成了一定規模的狀態監測系統。目前，該設備已經達到了先進水平。近幾年，智能變電站的出現也為將來變電設備狀態監測與診斷提供了一些新的視角和思路。這表明了狀態檢修的發展方向。本文對此課題的探討也是基于目前現狀的分析，在今后的工作中，勢必還要對相關內容進行創新，進而不斷提高其服務水平。

參考文獻

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〔編輯：白潔〕