電力變壓器智能在線監測關鍵技術

吳選洪 田宇

摘要：建設智能變電站，對建立更加可靠、安全、高效的電網系統具有重要意義，而實現變電設備狀態的監測是建設智能變電站的關鍵，也是建設智能變電站的核心內容之一。長期以來，預防性試驗對保障電力變壓器安全運行起到了很大的作用。然而傳統預防性試驗的局限性也越來越明顯，主要體現在：需停電、按固定周期進行，不能及時發現電力變壓器絕緣缺陷和反映電力變壓器即時狀況;停電試驗與設備實際運行狀態在環境、狀態參數（如工作電壓、溫度）等方面存在很大差異，試驗結果影響電力變壓器狀態評價的準確性。本文就對電力變壓器智能在線監測關鍵技術進行分析和探討。

關鍵詞：電力變壓器;智能在線監測;關鍵技術

中圖分類號：TM711.2文獻標識碼：A

1變壓器組成原理及分類

1.1 變壓器的組成

變壓器是電力系統中用來進行電壓和電流轉換、電能傳輸的一種設備。其最基本結構部件包括鐵芯、繞組、絕緣以及引線等部分。此外，為了運行的安全經濟與可靠，還裝設有散熱冷卻裝置和保護裝置。其中，鐵芯是變壓器中磁力線的通路，由表面涂有絕緣漆的硅鋼片組成，一方面集中并加強磁通作用，另一方面來支持繞組。繞組是變壓器中電流的通路，通過繞組形成電流通路，再由電磁感應作用產生感應電動勢，繞組通常為兩個或兩個以上。變壓器套管是一種絕緣裝置，它將高壓繞組和低壓繞組的引線接到油箱外部，并承擔著引線對地的絕緣。此外，還可以固定引線。冷卻裝置：冷卻裝置是對運行中的變壓器進行了冷卻的設備，是用來散發運行中繞組等產生的熱量的。

1.2 變壓器的原理

變壓器是變換交流電壓、電流以及阻抗的設備，其繞組是由線圈和鐵芯組成，其中接電源的繞組叫一次繞組，其余的繞組叫二次繞組。當一次繞組中通入交流電流時，鐵芯中便產生交流磁通，交變磁通的頻率和外加電壓頻率一致，根據電磁感應定律，當交變磁通通過二次繞組時，使二次繞組產生感應電動勢，從而向負載供電，實現電能轉換，改變一、二次繞組線圈匝數，即可實現電壓變化，這就是變壓器的基本工作原理。簡單說變壓器就是一種利用電磁互感應作用達到電壓，電流和阻抗變換的設備。

1.3 變壓器的分類

變壓器按相數可分為單相變壓器和三相變壓器。單相變壓器主要用于單相負荷和三相變壓器組，而三相變壓器主要用于三相系統的升、降電壓。按照變壓器繞組形式可歸為雙繞組變壓器（用于連接電力系統中的兩個電壓等級）、三繞組變壓器（用于電力系統區域變電站中）和自耦變電器（用于連接不同電壓的電力系統）三類。根據變壓器的按冷卻方式的不同，主要有干式變壓器和油浸式變壓器：干式變壓器以空氣冷卻和絕緣，通過空氣自然對流或者裝有風機冷卻系統，一般為容量較小，體積較大，噪聲嚴重。二油浸式變壓器主要用絕緣油作為冷卻何絕緣介質，包括自然油循環冷卻和強迫油循環冷卻方式等。具有散熱好、容量大、損耗低、價格低等特點，并能很好地解決“油流帶電”及“噪音”等問題，多用于變電站主變。

2智能變壓器運行狀態參數分析

常見變壓器故障具有多種測試判斷技術。這些手段如：直流電阻測量，色譜分析，絕緣性能測試，局部放電測試，邊緣電阻和吸收率測量，介質損耗角正切測量，直流漏電流測量，繞組變形測試，低壓短路阻抗測試等。變壓器故障診斷主要經歷三個階段：感官診斷，實驗測試和智能檢測。早期由于缺乏對變電站故障檢測方法的理論研究，其故障的測試判斷方法主要基于日常工作經驗。如同中醫診療一樣，采用觀察，嗅覺，詢問和切脈的方法來判斷變壓器的主要問題。而這難免會有很大的失誤和紕漏。由于電力變壓器具有構成復雜，而變電站的故障常常是由不同因素導致的，同類問題所體現的癥狀有時具有類似性和隨機性。另外，人為干擾和診斷設備和方法的錯誤，使得電力變壓器的常見故障診斷方法遠遠不能滿足故障診斷的要求。變壓器的智能一體化在線監測裝置包括變壓器輔助設備和本體設施：輔助設備監測對象包括冷卻器，有載分接開關和保護功能裝置;變壓器本體監測項目主要包括溫度和負荷監測，油中溶解氣體監測，核心接地電流檢測，局部放電監測和套管絕緣監測。

3變壓器在線監測技術的發展過程

變壓器在線監測技術的發展經歷了以下三個階段：①帶電測量階段。這個階段開始于20 世紀70 年代，那時人們直接測量了裝置的一些絕緣參數，如其漏電流，絕緣損耗等。所使用的儀器大多是機械和模擬設備。該階段的特點是測量項目少，靈敏度不高，應用范圍不廣，尚未得到推廣應用。②從20 世紀80 年代到90 年代早期，不同的專用檢測設備陸續出現，使在線監測技術開始從一般的模擬信號檢測設施向微機型數字檢測設備轉變。自動化程度有所提高。③90 年代以來，隨著檢測技術，計算機技術，數字信號處理和光纖技術的進展，在線檢測和故障診斷技術也得到了迅速的提高。如采用高級的傳感器和計算機檢測技術，在線監測變壓器油中溶解氣體，介質損耗，電容，漏電流數據等絕緣參數。其目的是實時或定期監測變壓器的運行狀態，判斷變壓器運行是否正常，并診斷變壓器內部是否有故障。預測故障發展趨勢，指導電力運行部門的設備管理和維護工作，實現變壓器從預防性維護向預防性維護的轉變。

4智能變壓器在線監測技術應用

4.1鐵芯接地電流實時監測系統

我國當前技術應用中主要采用鐵芯接地電流在線監測系統，這一系統的工作流程主要包括以下幾個方面。首先，將泄漏電流傳感器安裝在電抗器鐵芯、變壓器鐵芯以及夾件的接地排上，監測夾件和鐵芯的泄露電流，利用RS485 電纜連接數據采集柜和聯網服務器，并由服務器監測終端與路由器連接串口聯網服務器。其次，數據采集柜主要作用是將漏電流傳感器所采集的模擬信號轉化為數字信號，并通過數字顯示儀表進行顯示，同時利用RS485 電纜將數字信號傳送到串口聯網服務器。最后，后臺管理軟件接收、記錄所有數據，并保證其具有報警、分析、查詢以及打印等一系列功能。通過分析其一段時間的運行趨勢，掌握變壓器鐵芯的接地情況和故障問題，從而為檢修人員的工作提供方便。

4.2油色譜在線監測系統

近幾年的發展過程中，部分地區在實際工作中應用了變壓器油色譜在線監測系統，有效實現了監控的實時化，縮短了監測時間。當前，普遍應用定期檢測方式分析變壓器油色譜，但只能通過定量的方式獲取一些故障氣體，不能及時發現一些潛在故障。此外，這種監測方式花費的時間較長，過程繁瑣，如果是郊外地區，工作難度會更大，對變壓器的搶修工作而言非常不便。通過應用變壓器油色譜在線監測系統，能夠大大提升工作效率，一般情況下適合應用于110 kV 及以上電壓等級的電力高壓設備，如電抗器、變壓器等。通過應用先進技術，促使智能化技術水平不斷提升;通過實時監測變壓器，大大減少變壓器檢修過程所花費的時間，有效保證變壓器出現故障時可以及時傳達給相關熱源，從而快速、有效地開展搶修工作，為變壓器的可靠運行提供保證，提升變壓器的安全性。

結語

加強變壓器在線監測系統的可靠性和變壓器故障檢測判斷的精確性是一個長期的研究過程。隨著計算機技術、通信技術和電力系統自動化水平的發展以及新的智能化理論和技術的出現，變壓器的監測設備一定會越來越好。由于變壓器結構的復雜性以及故障機制和癥狀之間的多樣性，隨機性和模糊性，絕緣故障診斷存在諸多困難，需要在后續研究中予以解決。

參考文獻

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