提高介質損的測量精度判斷電力變壓器的絕緣

韓 東

(新疆石河子職業技術學院，新疆 石河子 832000)

1 介質損失測量意義

據資料顯示，2013-2018年，我國變壓器產量分別為15.2億KVA、17.0億KVA、16.5億KVA、16.7億KVA、15.9億KVA和17.6億KVA，產量呈現明顯的波動變化。2013-2018年，中國變壓器產量增速分別為6.43%、11.69%、-2.76%、-4.50%和17.6%，受到經濟下行壓力加大等因素的影響，變壓器市場需求萎縮。基于我國電力變壓器技術的發展水平，提升介質損失測量精度有助于明確電力變壓器的技術缺陷，支持技術人員和研發人員對電力變壓器的系統結構、功能設定進行合理優化，有效提高我國電力變壓器的絕緣穩定性。公開資料顯示，2011-2017年，中國變壓器相關技術專利申請數量分別為5753件、7932件、8954件、7575件、11409件、12844件、14106件，呈現了明顯的上升趨勢，意味著我國高度重視電力變壓器技術的發展。2011-2018年，中國電力變壓器行業銷售收入分別為1784.36億元、1950.0億元、2263.0億元、2482.23億元、2429.36億元、2726.75億元、2693.55億元和2850.5億元，銷售增速分別為9.3%、16.1%、9.7%、-2.1%、12.20%、-1.2%、5.8%，數據表明，我國具有龐大的電力變壓器市場規模，介質損失是絕緣介質在交流電場作用下的能量損失，對于判斷電力變壓器的絕緣能力，分析電力變壓器的運行穩定性具有重要意義。

2 介質損測量精度提升措施

2.1 消除電場干擾

相關調查研究表明，介質損測量精度與電場干擾具有密不可分的關系，因此，可通過消除電場干擾，提高介質損的測量精度。以下對其進行具體介紹：

基于電力變壓器絕緣判斷的重要性，在介質損測量中消除電場干擾主要有3種方法，分別為屏蔽法、倒相法和移相法。基于電場干擾的產生來源和介質損失的產生原因，屏蔽法在精度提升上主要來源于被試品的隔離，金屬罩和金屬網罩可有效屏蔽電場干擾信息，使得介質損失的測量環境得以大大優化；倒相法在介質損測量精度提升中具有較大的優勢，其原理在于由A、B、C3項輪流選取試驗電源，在正反2種極性下，對測試對象的介損值進行獲知，繼而在3項中選取正反2種極限下介損值差值最小的一組，將其和介質損失測試結果的平均值作為介質損失的近似值。移相法與倒相法在提升介質損失測量精度原理上具有較大的相似性，該方法主要利用調節移相器的方式，使得可測量的介質精度與真實值一致，接著通過反向測量，取二者的平均值得到最終測量結果。屏蔽法、倒相法和移相法在消除電場干擾上具有明顯的作用效果，可切實提高介質損測量精度，支持相關技術人員分析電力變壓器的絕緣性能和絕緣穩定性。

2.2 消除表面泄露

近年來，我國電力基礎設施建設規模逐步擴大，電力變壓器的應用環境呈現了明顯的復雜性演變趨勢，電力變壓器運行環境中存在的化學元素以及空氣中存在的水分均將對介質損的測量精度產生影響。因此，可通過消除表面泄漏，有效提高介質損的測量精度，以下對其進行介紹：

在實際測量中，考慮到表面泄漏對介質損測量值的影響，可應用屏蔽原理排除試驗現場的無關因素和影響因素，研究表明，軟裸金屬線和金屬片對于屏蔽外界無關因素和清除表面泄漏電流具有多樣性優勢。因此，可在介質損失測量中采用軟裸金乳腺或金屬片在試品表面形成屏蔽環，將屏蔽環與電橋屏蔽連接，使得表面的泄漏電流可與橋臂隔離。值得一提的是，要想在保證介質損失測量精度的前提下減小對原電場分布的改變，應盡量使屏蔽環的裝設靠近CX接線端。基于電流表面泄漏對介質損失測量精度的影響，筆者研究了電流表面泄漏的原因，得知試品電容量較小和表面受潮臟污對表面泄露電流流量的影響較為明顯。因此，在電力變壓器運行管理中相關維護檢修人員應加強環境管理，定期對電容器表面進行臟污清理，避免運行環境濕度過大。

2.3 消除磁場干擾

研究表明，電磁干擾對介質損失測量精度的影響十分明顯，因此，可通過消除磁場干擾提高介質損失測量的精度。

在實驗前，相關測量人員可對測試環境中的磁場干擾進行測試，深入分析磁場干擾的來源，并進行針對性排除和治理。磁場干擾檢測中主要的檢測方法是接通電橋電源觀察檢流計開關在斷開位置時光帶的拓展情況，若出現光帶寬度拓展現象，則表明試驗環境中存在磁場干擾現象，測量人員可根據光帶拓展的寬度來判斷磁場干擾的實際效果。若光帶拓展寬度較寬，則意味著實驗環境中磁場干擾的強度較大，而光帶寬度越小，則意味著磁場干擾的強度越小。消除磁場干擾常用的方式是隔離干擾源，實驗人員應將電橋分布位置盡量遠離干擾源，或采用轉動電橋的方式分析光帶寬度的拓展情況，選取光帶寬度拓展最小的位置進行介質損失測量，保證電力變壓器絕緣精度判斷的準確性。

2.4 消除溫度影響

為明確溫度對電力變壓器介質損失測量精度的影響，便于比較設備絕緣情況，以油浸式電力變壓器為基礎，設定繞組介質損失在5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃和60℃條件下的換算系數分別為1.15、1.3、1.5、1.7、1.9、2.2、2.5、3.0、3.5、4.0、4.6和4.5，電力變壓器介質損失將隨著溫度的升高而升高。研究表明，35kV以下高壓繞組電壓等級的電力變壓器介質損失允許值在溫度10℃、20℃、30℃、40℃、50℃、60℃和70℃下分別為1.0、1.5、2.0、3.0、4.0、6.0和8.0；35KV以上高壓繞組電壓等級的電力變壓器介質損失允許值在溫度10℃、20℃、30℃、40℃、50℃、60℃和70℃下的值分別為1.5、2.0、3.0、4.0、6.0、8.0和11.0。由于我國電力基礎設施建設規模較大，電力變壓器的分布環境較為復雜，電力變壓器的實際平均運行溫度難以測定，為保證介質損失測量結果的精確性，測量人員需要將測量環境中的溫度控制在10～30℃以內，以保證電力變壓器絕緣分析結果準確性。

3 基于介質損的電力變壓器絕緣判斷

3.1 人工神經網絡法

人工神經網絡是人工智能領域新興的研究熱點，是以人體的神經網絡為基礎研發的信息模型，具有較高的信息傳輸效率和較為穩定的運算結構，目前，我國正全面推進現代化建設，電力變壓器運行環境較為復雜，在判斷電力變壓器絕緣性能的過程中可以有效應用人工神經網絡法。

人工神經網絡法具有非線性特征、非局限性特征、非常定性特征、非凸性特征，前向網絡和反饋網絡能夠有效整合電力變壓器運行環境中的絕緣信息，導出介質損失測量結果，支持相關技術人員對絕緣介質的損失情況進行判斷，并以此為基礎推斷電力變壓器的絕緣性能和絕緣穩定性。人工神經網絡法可用于電力變壓器的絕緣老化診斷，人工神經網絡中的TIFDANN結構可模擬電力變壓器的運行環境，揭示電力變壓器的運行機制，借助反向網絡形成介質損失檢測模塊，更好地處理電力變壓器絕緣老化診斷中的模糊問題，深入挖掘電力變壓器絕緣老化的產生來源。由此可知，人工神經網絡法在基于介質損的電力變壓器絕緣判斷中的應用可支持技術人員和電力網絡維護人員提高絕緣診斷效率和絕緣診斷的精準性[1]。

人工神經網絡法在電力變壓器絕緣判斷中還具有自主學習優勢、聯想儲存優勢和高速尋求最優化解的優勢，自主學習優勢主要體現在技術人員輸入介質損失檢測圖像樣板以及對應的識別結果后，人工神經網絡就會自動學習這種介質損失的檢測規律，合理預測電力變壓器的絕緣損失情況，有助于電力系統維護檢修人員提高設備管理的有效性，降低電力系統運行風險。人工神經網絡法在基于介質損的電力變壓器絕緣診斷中所體現出的聯想儲存功能是依托其反饋網絡實現的，這種聯想儲存功能可支持技術人員掌握電力變壓器絕緣性能的變化規律，繼而優化電力變壓器的技術設計和能力設計[2]。人工神經網絡可利用神經生理與認知科學研究人類思維及智能機理，其在高速尋求最優化解上所體現出來的優勢可有效提高介質損失測算的效率，利用計算機的高速運算能力，有效明確電力變壓器的絕緣狀態。

3.2 物聯網測算

物聯網是通信網和互聯網的拓展應用和網絡延伸，可利用感知技術與智能裝置對物理世界進行感知識別，通過網絡傳輸互聯進行計算處理和知識挖掘，物聯網測算在電力變壓器絕緣分析中具有較高的作用優勢。

相關調查表明，2015-2019年，我國物聯網市場規模分別為7500.0億元、9400.0億元、11731.0億元14558.0億元、17994.0億元，市場規模增速分別為25.33%、24.80%、24.10%和23.60%，預計2020年，我國物聯網市場規模將達到22079.0億元。由此可知，物聯網在電力系統中的應用具有堅實的基礎，基于介質損測算的電力物聯網絕緣判斷對于維護電力系統正常運行狀態具有舉足輕重的意義和影響，物聯網測算技術能夠與電力變壓器相連接，分析電力變壓器的運行穩定性，根據電力變壓器的運行狀態計算電力變壓器絕緣介質的損失量，技術人員可在電力變壓器運行環境中靈活布設智能傳感器，對電力變壓器的運行狀態信息進行實時獲取，在客戶端分析電力變壓器的絕緣信息和絕緣狀態，以此導出絕緣介質的損失量，判斷影響絕緣介質測量精度的相關因素。如：電場干擾、磁場干擾、表面泄漏和溫度影響等，計算影響因素的影響系數，借助互聯網平臺進行系數測算和偏差修正，使電力變壓器絕緣判斷具有較高的精準性。

4 結語

總而言之，當前我國正處于現代化建設的關鍵時期，基于電力變壓器在電力系統中的重要地位，應以提升介質損失的測量精度為基礎，精準判斷電力變壓器的絕緣性能。研究表明，消除電場干擾、表面泄漏、磁場干擾和溫度影響可有效提高介質損失的測量精度，而人工神經網絡算法和物聯網測算可基于介質損失測量結果判斷電力變壓器的絕緣性能。