變壓器在線監測技術的應用

范建雨

摘要：將各種監測手段綜合起來形成一套多傳感器的變壓器在線監測系統，有利于對變壓器的狀況進行全面的評估，保證診斷準確，提高變壓器運行的可靠性。本文分析了電力變壓器在線監測所需測量的特征參數及其特點，論述了變壓器在線監測的數據處理方法和故障診斷方法。

關鍵詞：變壓器；在線監測；故障診斷

1 引言

隨著電子技術的發展和傳感器技術、光纖技術、計算機技術、信息處理技術等向各領域的滲透， 電力系統監控技術也廣泛應用了這些先進的科研成果使電氣設備在線監測技術走向實用化階段。隨著變壓器在線監測技術的發展，可以將各種監測手段綜合起來形成一套多傳感器的變壓器在線監測系統，并使之成為變壓器狀態診斷的信息庫；從而為變壓器診斷提供豐富、準確、詳盡的信息，有利于對變壓器的狀況進行全面的評估，在最大程度上保證診斷準確，從而提高變壓器運行的可靠性。

2 電力變壓器故障及其特征參數

2.1電力變壓器故障

全面檢測變壓器的運行狀況，真實的對變壓器狀態進行診斷，對變壓器的故障形式進行細致分析，找出故障的共同特征，確定具體的測量特征參數。歸納起來主要有以下幾種情況：

（1）在遭受過電壓或過電流的沖擊下，個別絕緣零件會因受瞬時高場強作用而局部損傷，可能會形成貫穿性故障。產生的電弧高溫，使變壓器油色譜出現異常。

（2）在環路內，局部接觸電阻偏高的地方，會形成發熱點，使油色譜分析異常，如鐵芯多點接地等故障。但實際上，造成變壓器事故的是包圍單相磁通的金屬環路。環路形成的瞬間即產生爆炸性的大電流，燒毀金屬環路，并在電阻大的地方形成電弧放電。

（3）變壓器繞組受到外部短路影響，繞組變形，絕緣受損，已形成對地通路或尚未有形成對地通路或承受外部電流的作用而部分引線增加發熱，使油色譜分析異常。

（4）變壓器套管受高電壓沖擊，大自然影響，電容屏受損，內部進水絕緣受潮等。表現為對地泄露電流增大，介損增大。

（5）變壓器由于密封不好，運行中油箱進水，變壓器油微水含量增高。致使變壓器絕緣件受潮，耐電強度降低。在運行電壓下，絕緣件局部先形成爬電通道，最初為沿面放電，迅速形成電弧放電。

（6）有載或無載開關觸頭在長期的通斷過程中，易發生磨損和失效。最初為接觸電阻增大發熱，局部區域有溫度升高，油絕緣性能降低，先是少量放電，后發展成電弧放電。

（7）其它故障缺陷，如斷線、斷股、接觸松動、油流帶電等。

2.2電力變壓器的特征參數

特征氣體；微水含量；有載分接開關的狀態量；溫度；其它特征參數，變壓器鐵芯多點接地、套管的介質損耗、油流帶電和繞組變形等。

3 電力變壓器在線監測技術現狀

3.1變壓器在線監測技術的主要方法

溶解在變壓器油中的烴類氣體色譜探測分析法： 利用各種烴類氣體在變壓器油中單位體積的含量及產生的速率來分析、探測變壓器內部局部放電情況，通過油譜分析初步分析變壓器故障，此方法僅停留在簡單地反應變壓器內部局部放電情況的水平。

微水分析法： 最初不少變壓器專家利用鈀柵場效應管作為變壓器油中溶解氫氣監測傳感器，后來采用催化燃燒測試技術測量油中游離氫的含量和微水含量，從而了解變壓器內部絕緣狀況。

溫度監測法：主要測油溫和繞組熱點溫度，反應的是變壓器的安全熱效應。

局部放電監測方法： 常規的電力變壓器局部放電檢測方法有脈沖電流法、DGA法、超聲波法、光測法、射頻測法和化學方法等。

3.2變壓器在線監測技術分析

（1）局部放電在線監測技術

變壓器局部放電在線監測技術借助先進的傳感技術和電子技術，根據超聲波原理將高頻聲學傳感器放在油箱外部以便測取局部放電或電弧放電所產生的暫態聲音信號。局部放電在線測量方法主要有超聲監測、化學監測和電性能監測，三種方法中以電監測法靈敏度最高。

變壓器內部出現故障或運行條件惡劣，會由于局部場強過高而產生局部放電，此時會出現電氣信息，同時伴隨聲音及各種非電信息，因此，對局部放電的檢測總體上可分為電氣測量法和非電測量法。應用自適應濾波技術可在輸入序列的統計特征未知和變化時，調整自己的參數以滿足某一最佳準則的要求，從而達到提取局放信號和限制干擾的目的。

（2）油中氣體的在線分析技術

變壓器油在熱和電的作用下， 分解出氫、一氧化碳以及多種烴類氣體， 設備內部故障的類型及嚴重程度與這些氣體分子的組成及產氣速率有著密切關系， 利用這一關系判斷設備內部故障和監視設備的運行狀況， 成為充油電氣設備安全運行不可缺少的手段，在國內外已得到普遍推廣和使用。正常情況下變壓器內的絕緣油在熱和電的雙重作用下，會逐漸老化和分解， 產生少量的氫氣、各種低分子烴類及二氧化碳、一氧化碳等氣體，這些氣體大部分溶解在油中。當存在過熱或局部放電等潛在性絕緣缺陷時，就會加快這些氣體的產生速度。因此，分析油中溶解的各種氣體含量，能盡早發現設備內部存在的潛在性故障并可隨時掌握故障的發展情況。

（3）紅外測溫技術

紅外熱像技術是利用紅外探測器接受被測目標的紅外輻射信號，經放大處理，轉換成標準視頻信號，然后通過電視屏或監視器顯示紅外熱像圖。當變壓器引線接觸不良、線圈導體接頭虛焊、過負荷運行時都會引起導電回路局部過熱，鐵芯多點接地也會引起鐵芯過熱。由于紅外熱像技術測溫精度高，故可用于變壓器的監測，通過分析圖像來監測變壓器各部分的溫度，并將得到的數據作縱橫向比較，以對其狀態做出判斷。

（4）圖像識別技術

運用圖像識別技術，對變壓器內油位、滲漏油及內外封裝情況進行在線監測，可以直觀了解變壓器運行狀態。這種方法的準確率高，但要建立在視頻技術成熟的基礎上。

3.3變壓器在線監測的數據采集和處理

變壓器在線監測首先要采集到所需要的各個設備的檢測信號， 通過計算機繁多的、看似雜亂無章的數據，在變壓器診斷方法的指導下，進行有序的分析分類處理。也就是說，信號由傳感器采集后，存在著不正確、不完全、不一致等問題，需經過計算機進行數據處理，數據處理包括一次預處理和二次處理。一次處理實現數據平滑，二次處理實現復合參數的計算和參數的特征提取。從傳感器傳來的數據由于各種因素的影響不可避免的會產生一些干擾信號，為了減少干擾以及儀表內部原因的影響，對采集到的數據進行預處理。

（1） 消除突變異常

經過一次預處理的孤立數據并不能反映實際的設備特征，應利用各種數學方法對參數進行不同的處理，提取反映故障原因，適用于專家系統的參數，即進行數據的二次預處理，對數據進行復合參數的計算，特征參數的計算及參數的模糊處理。

4 結論

對變壓器的故障診斷是開展在線監測、實施狀態檢修的關鍵一步，主要采用時基故障決策樹的方法進行變壓器的故障診斷。決策樹網絡可以根據采用傳感器數量的不同，有不同的設置。在決策樹推理過程中，運用頻譜分析法、改良的三比值法、傳統的比較綜合法、BP 組合神經網絡法等。在高頻局放的分類器中，對變壓器狀況進行量值判定，采用傳統比較法。對異常的變壓器局部放電進行頻譜分析，細分為哪種放電模式。在油色譜的分類器中，對異常的色譜采用BP組合神經網絡診斷法，收集盡可能多的變壓器故障色譜案例進行推理，可以相當準確的判斷變壓器故障類型。對單支故障樹的分類器，采用傳統的比較法，判定單項故障的可能性。在故障診斷結論中，采用所有的參數編碼法，結合專家經驗庫做出結論。