變壓器故障判斷技術(shù)的應(yīng)用研究

孫啟鵬

（山西潞安太行潤滑油有限公司，山西 長治 046199）

引言

變壓器主要是用于變換電壓、接收同時(shí)分配電能的設(shè)備，一方面將電壓升高，用于遠(yuǎn)距離供電傳輸，減少電能在傳遞過程中的損失，另一方面則是將高電壓降低，供不同的用戶進(jìn)行使用，確保用電安全。因此變壓器在整個(gè)供電體系中占據(jù)著十分重要的位置，直接關(guān)系到供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。由于變壓器結(jié)構(gòu)組成多，因此在工作過程中容易出現(xiàn)故障，目前對(duì)變壓器故障監(jiān)控方案缺失，無法提前進(jìn)行預(yù)警，只有當(dāng)故障發(fā)生后才能由工作人員進(jìn)行排查處理，效率低、安全性差，無法滿足供電安全性和穩(wěn)定性的需求。

本文在對(duì)變壓常見故障異常進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)，變壓器在正常工況下的溫度場分布較為均勻，而當(dāng)出現(xiàn)接觸不良、短路等異常時(shí)，會(huì)導(dǎo)致故障區(qū)域的溫度快速升高，因此提出了采用紅外線溫度監(jiān)控的方案，及時(shí)發(fā)現(xiàn)溫度異常的區(qū)域并進(jìn)行報(bào)警，便于監(jiān)控人員能夠第一時(shí)間了解到故障情況并進(jìn)行處理，從而實(shí)現(xiàn)了故障的快速定位和報(bào)警，根據(jù)實(shí)際分析結(jié)果，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)故障區(qū)域的溫度會(huì)迅速升高，形成一個(gè)顯著的溫度差，采用紅外熱成像監(jiān)測的方案能夠快速、精確地實(shí)現(xiàn)變壓器的故障預(yù)警。

1 紅外熱成像原理

變壓器設(shè)備在工作過程中自身會(huì)產(chǎn)生紅外輻射，紅外熱成像監(jiān)測系統(tǒng)利用紅外探測器接收變壓器設(shè)備發(fā)出的紅外線能量，經(jīng)過光敏探測器的處理，形成紅外線熱成像圖，實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器工作狀態(tài)的直觀監(jiān)測，該紅外線成像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示，主要包括紅外線熱成像模塊以及上位機(jī)數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性高的優(yōu)點(diǎn)[1]。

圖1 紅外線成像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

由圖1 可知，該系統(tǒng)上設(shè)置有統(tǒng)一的通信接口，用于實(shí)現(xiàn)紅外線監(jiān)控系統(tǒng)和上位機(jī)數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信和信號(hào)傳輸，紅外熱成像儀接收到變壓器的熱輻射信號(hào)后，經(jīng)過光的折射放大處理，將其傳輸?shù)教綔y器內(nèi)部進(jìn)行初步的處理，然后將處理過的信號(hào)通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)傳輸給上位機(jī)分析模塊，按照設(shè)定的邏輯對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析處理，使其形成能夠直觀顯示的紅外線圖譜，將變壓器上的溫度分布情況直觀地顯示到監(jiān)測中心內(nèi)，便于監(jiān)測人員的快速監(jiān)測。

2 紅外監(jiān)測特征分析

以6 kV 變壓器為監(jiān)測對(duì)象，對(duì)其柱上隔離開關(guān)線夾處在正常運(yùn)行和故障情況下的紅外成像效果進(jìn)行分析，結(jié)果如圖2 所示[2]。

圖2 不同狀態(tài)下紅外成像結(jié)果示意圖

由圖2 可知，在正常狀態(tài)下，變壓器柱上隔離開關(guān)線夾處的最高溫度為13.8 ℃，最低溫度為9.4 ℃，分布較為均勻且波動(dòng)不大，而當(dāng)該處出現(xiàn)故障后，其最高溫度達(dá)到了61.6 ℃，其最低溫度僅為10.8 ℃，因此可知當(dāng)在故障狀態(tài)下，變壓器故障區(qū)域會(huì)呈現(xiàn)明顯的溫度分化情況，利用紅外監(jiān)測系統(tǒng)能夠及時(shí)捕捉到異常溫度的變化[3]。

在監(jiān)測過程中系統(tǒng)將監(jiān)測到的變壓器溫度變化情況不間斷地傳輸?shù)较到y(tǒng)控制中心，系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后輸出監(jiān)測區(qū)域的溫度監(jiān)測曲線[4]，結(jié)果如圖3 所示。

圖3 監(jiān)測區(qū)域溫度變化曲線

經(jīng)過分析可知，在故障區(qū)域的穩(wěn)定升高并不是一瞬間造成的，而是連續(xù)不良接觸導(dǎo)致的區(qū)域接觸情況逐漸惡化，進(jìn)而導(dǎo)致了監(jiān)測區(qū)域溫度的不斷波動(dòng)上升，在前一周的時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)溫升均未超過設(shè)定的安全溫度，隨著接觸區(qū)域接觸不良情況的逐漸惡化，進(jìn)而導(dǎo)致了后續(xù)故障區(qū)域溫度的居高不下，最高溫度最后達(dá)到了78 ℃。

通過對(duì)變壓器運(yùn)行狀態(tài)的分析，可知在多數(shù)情況下故障區(qū)域的溫度都是隨著故障的加劇而緩慢上升，結(jié)合變壓器在正常運(yùn)行情況下四周的溫度場分布，設(shè)定其警戒溫度為40 ℃，在警戒值以下表明系統(tǒng)的溫升不影響系統(tǒng)正常運(yùn)行，當(dāng)溫度超過40 ℃時(shí)，表明故障范圍有進(jìn)一步擴(kuò)大的趨勢，會(huì)影響到變壓器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。在系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置了聲光報(bào)警系統(tǒng)，溫度超過警戒溫度后系統(tǒng)將發(fā)出報(bào)警，提示維護(hù)人員對(duì)該故障點(diǎn)進(jìn)行維護(hù)，確保變壓器的正常運(yùn)行。

3 結(jié)論

針對(duì)目前變壓器運(yùn)行監(jiān)測穩(wěn)定性差、無法及時(shí)進(jìn)行故障報(bào)警的現(xiàn)狀，提出了一種新的變壓器故障判斷技術(shù)，以紅外熱成像監(jiān)測為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)變壓器溫度場分布的實(shí)時(shí)監(jiān)測，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用表明：

1）紅外熱成像監(jiān)測系利用紅外探測器接收變壓器設(shè)備發(fā)出的紅外線能量，經(jīng)過光敏探測器的處理，形成紅外線熱成像圖，實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器工作狀態(tài)的直觀監(jiān)測；

2）該監(jiān)測系統(tǒng)主要包括紅外線熱成像模塊以及上位機(jī)數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性高的優(yōu)點(diǎn)；

3）變壓器故障區(qū)域的溫度是緩慢上升的，當(dāng)超過溫度警戒值時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警，提示維護(hù)人員對(duì)該故障點(diǎn)進(jìn)行維護(hù)，確保變壓器的正常運(yùn)行。