變壓器在線監(jiān)測(cè)與故障診斷新技術(shù)

丁詩洋+丁玲莉+李瑞民

摘 要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，我國電力事業(yè)發(fā)展迅速，無論是電網(wǎng)規(guī)模還是電網(wǎng)運(yùn)行性能，均得到了長足的發(fā)展和提高，相應(yīng)提高了對(duì)于電網(wǎng)運(yùn)行安全性和穩(wěn)定性的實(shí)際要求。變壓器作為電網(wǎng)系統(tǒng)重要的基礎(chǔ)組成，其設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)直接影響著系統(tǒng)整體運(yùn)行的安全和穩(wěn)定。但由于變壓器應(yīng)用廣泛、運(yùn)行條件復(fù)雜等因素影響，在設(shè)備運(yùn)行過程中，不可避免地出現(xiàn)各類故障問題，影響設(shè)備的正常使用，如不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)此類故障，就可能導(dǎo)致故障的進(jìn)一步惡化，從而造成嚴(yán)重的損失和破壞影響。筆者即從變壓器故障基本表現(xiàn)入手，就現(xiàn)代在線監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)，發(fā)表幾點(diǎn)看法，以供相關(guān)單位參考。

關(guān)鍵詞：變壓器；在線監(jiān)測(cè)；故障診斷；新技術(shù)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.22.159

近幾年，我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，人們對(duì)于電力能源的供應(yīng)需求越來越大，對(duì)于電力系統(tǒng)供電穩(wěn)定性和運(yùn)行安全，也提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)要求。變壓器是一種改變交流電壓的設(shè)備，在電網(wǎng)系統(tǒng)中有著廣泛且深入的應(yīng)用，是現(xiàn)代電網(wǎng)重要的基礎(chǔ)設(shè)備。變壓器在工作運(yùn)行過程中受多方面的因素影響，不可避免地會(huì)發(fā)生各類故障問題，但如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)變壓器設(shè)備異常故障，并采取相應(yīng)的措施加以處理，就會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行造成惡劣的影響。信息時(shí)代背景下，智能化、自動(dòng)化、數(shù)字化是電網(wǎng)系統(tǒng)的主要發(fā)展方向，只有加強(qiáng)在線監(jiān)測(cè)新技術(shù)的研究和應(yīng)用，才能促進(jìn)我國智能電網(wǎng)的進(jìn)一步發(fā)展。本文即圍繞變壓器故障監(jiān)測(cè)，就其在線監(jiān)測(cè)和故障診斷新技術(shù)，進(jìn)行了分析和探討，具體內(nèi)容如下：

1 變壓器常見故障及成因分析

（1）鐵芯故障分析。鐵芯是變壓器重要的基礎(chǔ)元件之一，也是變壓器設(shè)備中最容易發(fā)生故障的部件。通常情況下，變壓器鐵芯故障是由于鐵芯元件發(fā)生松動(dòng)，脫離原有位置與接地鐵芯發(fā)生直接接觸，進(jìn)而發(fā)熱、產(chǎn)生外放電現(xiàn)象，破壞變壓器自身絕緣性能導(dǎo)致的。

（2）繞組故障分析。繞組纏繞在鐵芯上，與鐵芯一同完成交流電壓的改變，同樣也是變壓器設(shè)備重要的基礎(chǔ)元件。繞組故障主要變現(xiàn)為繞組變形故障，這種故障主要是由于繞組絕緣層發(fā)生老化或繞組中存在過多的水分，致使繞組短路導(dǎo)致的。

（3）分接開關(guān)故障分析。一般來說，分解開關(guān)故障分為有載故障和無載故障兩種。其中無載分接開關(guān)對(duì)應(yīng)的作用時(shí)間以變壓器停止作業(yè)的時(shí)間為主，此時(shí)變壓器不動(dòng)作，即不存在激磁，如分接開關(guān)發(fā)生故障，就容易改變繞組的實(shí)際匝數(shù)，進(jìn)而導(dǎo)致變壓器輸出電壓改變等一系列問題。

（4）油絕緣故障分析。油絕緣是變壓器正常運(yùn)行和運(yùn)行安全的重要保障，但在變壓器運(yùn)行過程中，會(huì)導(dǎo)致絕緣油發(fā)生緩慢的氧化反應(yīng)產(chǎn)生雜質(zhì)，隨著時(shí)間的推移，絕緣油中的雜質(zhì)不斷增多，就會(huì)對(duì)絕緣油造成污染，進(jìn)而降低絕緣油的散熱性能和絕緣性能。如放任絕緣油長時(shí)間的污染和老化，就會(huì)導(dǎo)致油絕緣故障。

2 變壓器在線監(jiān)測(cè)新技術(shù)分析

（1）設(shè)備放電在線監(jiān)測(cè)技術(shù)概述。針對(duì)變壓器放電現(xiàn)象進(jìn)行監(jiān)測(cè)，是檢查和判斷變壓器運(yùn)行故障的主要手段之一。目前，超聲檢測(cè)技術(shù)、紅外熱像檢測(cè)技術(shù)、脈沖電流檢測(cè)技術(shù)以及光檢測(cè)技術(shù)等多種技術(shù)，都可以實(shí)現(xiàn)變壓器放電現(xiàn)象的在線監(jiān)測(cè)，其在線監(jiān)測(cè)流程如圖1所示。其中，超聲檢測(cè)技術(shù)需要在變壓器外壁安設(shè)相應(yīng)的超聲波傳感器，通過實(shí)時(shí)接受、監(jiān)測(cè)變壓器局部放電產(chǎn)生的超聲波，完成對(duì)設(shè)備放電程度和位置的在線監(jiān)測(cè)；紅外熱像檢測(cè)技術(shù)主要利用紅外線熱成像原理，通過監(jiān)測(cè)變壓器局部溫度變化的方式，完成對(duì)放電現(xiàn)象的在線監(jiān)測(cè)。

（2）繞組變形在線監(jiān)測(cè)技術(shù)概述。就變壓器繞組故障而言，目前常見的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)包括頻響分析技術(shù)、短路電抗技術(shù)、以及低壓脈沖技術(shù)等，但以上監(jiān)測(cè)技術(shù)無法與變壓器同時(shí)應(yīng)用。另外，存在一種新型的檢測(cè)技術(shù)，通過對(duì)變壓器三相電壓和電流的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，完成對(duì)繞組運(yùn)行狀態(tài)的判斷，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的在線監(jiān)測(cè)功能。

（3）鐵芯接地在線監(jiān)測(cè)技術(shù)概述。如變壓器內(nèi)部發(fā)生鐵芯接地的現(xiàn)象，則變壓器內(nèi)部將形成閉合回路，進(jìn)而產(chǎn)生感應(yīng)電流，威脅設(shè)備以及相關(guān)操作人員的安全。鐵芯接地在線監(jiān)測(cè)技術(shù)主要通過監(jiān)測(cè)變壓器感應(yīng)電流的發(fā)生情況，對(duì)鐵芯是否發(fā)生接地進(jìn)行判斷，并在線監(jiān)測(cè)回路電流的實(shí)際數(shù)據(jù)，以供設(shè)備運(yùn)維參考。

（4）振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)分析。通過在變壓器設(shè)備外部加裝振動(dòng)傳感器的方式，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器振動(dòng)情況的在線監(jiān)測(cè)，對(duì)比分析不同時(shí)段變壓器的振動(dòng)加速度，就可以及時(shí)發(fā)展變壓器的異常振動(dòng)故障，進(jìn)而對(duì)變壓器繞組的運(yùn)行狀態(tài)，做出相應(yīng)的判斷。

（5）絕緣性能在線監(jiān)測(cè)技術(shù)概述。對(duì)于變壓器絕緣性能的監(jiān)測(cè)，主要依靠外加電壓的方式實(shí)現(xiàn)，如變壓器的絕緣電阻發(fā)生變化，則其電壓輸出值也會(huì)隨之改變，根據(jù)這一指標(biāo)就可以實(shí)現(xiàn)變壓器絕緣性能的在線監(jiān)測(cè)要求。

3 變壓器故障診斷新技術(shù)分析

雖然變壓器的工作原理較為簡單，但變壓器的制造工藝和運(yùn)行條件較為復(fù)雜，設(shè)備運(yùn)行過程中客觀存在著眾多的干擾因素，不同的故障類型也有著不同的故障表現(xiàn)，且相應(yīng)的故障表現(xiàn)可能對(duì)應(yīng)不同的故障問題，從而給變壓器故障診斷帶來了一定的困難和阻礙。目前，變壓器故障診斷方面的新技術(shù)主要是指信息融合技術(shù)，即通過多角度的信息分析，實(shí)現(xiàn)故障特征與多維度信息的融合，進(jìn)而做出精準(zhǔn)、可靠的故障判斷，具體包括融合數(shù)據(jù)層數(shù)據(jù)、融合決策層數(shù)據(jù)以及融合特征層數(shù)據(jù)等應(yīng)用。

4 結(jié)語

綜上所述，變壓器作為電力系統(tǒng)重要的基礎(chǔ)設(shè)備，在電力系統(tǒng)運(yùn)行中發(fā)揮著重要電壓改變作用。因此，相關(guān)電力運(yùn)維人員需全面提高對(duì)變壓器故障檢測(cè)工作的重視，加強(qiáng)現(xiàn)代在線監(jiān)測(cè)技術(shù)和故障診斷技術(shù)的應(yīng)用，綜合提高變壓器的故障檢測(cè)和維修效率，進(jìn)而促進(jìn)我國電力事業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

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