吳子豪，張小平，周藝環(huán)（國網陜西省電力公司電力科學研究院，陜西省西安市710099）

電力變壓器狀態(tài)檢修及在線監(jiān)測實際應用

吳子豪，張小平，周藝環(huán)（國網陜西省電力公司電力科學研究院，陜西省西安市710099）

隨著我國經濟的快速發(fā)展以及市場化制度的深入，電網結構發(fā)生了非常大的變革。傳統(tǒng)的電力變壓器已經不能滿足不斷快速增加的電能需求量，為了保證電網能夠更加安全可靠的運行需要更加準確、高效、及時的對變壓器進行檢修和檢測，電力變壓器的狀態(tài)檢修以及在線監(jiān)測技術應運而生。本文主要介紹電力變壓器狀態(tài)檢修及在線監(jiān)測的實際應用情況，希望能夠對相關人士起到一定的參考作用。

電力變壓器；狀態(tài)檢修；在線監(jiān)測

引言

社會的快速發(fā)展必然帶來較大的能源需求量，作為最基礎也是最重要的電力能源越來越受到了人們的關注。另外隨著電網系統(tǒng)規(guī)模的不斷增加以及向著跨區(qū)域、超高壓的方向的發(fā)展，對于電力系統(tǒng)的安全性要求不斷提升。電力變壓器作為電力系統(tǒng)最重要的設備承載著電能的傳輸和轉換，因此其運行情況直接決定著電力系統(tǒng)的安全性和可靠性，所以要提升電力變壓器的運行維護以及檢修水平。變壓器的狀態(tài)檢修及在線監(jiān)測是通過現代化先進技術手段，對于變壓器進行實時在線監(jiān)測，及時獲得有效信息，通過科學的方式進行分析診斷，從而獲得變壓器的狀態(tài)情況，進而決定對其進行檢修的策略，這對于電力系統(tǒng)的進一步發(fā)展具有非常重要的理論以及實際意義。

1 電力變壓器的狀態(tài)檢修

對于電力變壓器來說，在其運行管理過程中最主要的工作之一就是對設備的檢修。設備檢修工作所能達到的質量情況直接決定了電網系統(tǒng)是否能夠安全、可靠的運行。隨著社會經濟的快速上漲，對于電能的需求和要求都在不斷提升，對于供電可靠性和安全性都有更高的要求，以前的檢修方式（周期檢修）已經不符合現代設備運行要求，有可能危及電網安全性，所以需要找到更加現代化、更加安全可靠的檢修方式。

電力變壓器的狀態(tài)檢修屬于全新的、優(yōu)化升級的管理方式，其不但是非常先進的維修手段，也是現代設備管理理念的良好體現。電力變壓器的狀態(tài)檢修主要是為了解決傳統(tǒng)周期性檢修的各種問題而提出的全新的檢修方式。狀態(tài)檢修是非常主動的檢修方式，是對于電力變壓器的預知性檢修，通過對設備進行檢測來確定出設備的狀態(tài)從而確定檢修對策。此種檢修方式能夠在很大程度上避免無畏檢修的次數，提升檢修的針對性，獲得更好的檢修效果，提升了供電的可靠性，同時也很大程度上降低了檢修的費用，相比于傳統(tǒng)檢修模式具有一定的優(yōu)越性。

2 電力變壓器的在線監(jiān)測

電力變壓器的在線監(jiān)測就是將全新的傳感技術、色譜分析技術和人工智能技術進行良好的融合，從而實現變壓器的在線監(jiān)測，確保變壓器的安全運行。此技術已經成為了現代變壓器故障診斷最重要的技術之一，也是今后一段時間的發(fā)展方向。

隨著人們對于狀態(tài)檢修理念的逐漸接受，變壓器的在線監(jiān)測技術越來越受到人們的關注，對于此方面的技術也進行了深入研究，已經開發(fā)出了全新的電力變壓器在線監(jiān)測系統(tǒng)。此系統(tǒng)主要包括傳感器、色譜分析法則以及人工智能診斷系統(tǒng)等內容，其系統(tǒng)模型如圖1所示。

圖1 變壓器在線監(jiān)測系統(tǒng)結構示意圖

在此系統(tǒng)中，傳感器方面主要包括氣體傳感器、電流傳感器以及溫度傳感器等等，采用何種傳感器主要是由監(jiān)測項目來決定的。傳感器可以將測得的相關信號（主要是電信號和非電信號）轉換成為統(tǒng)一的電磁（模擬）信號，并且將其傳給信號處理器以及A/D轉換器，最終要輸入到計算機內，通過智能化的故障診斷系統(tǒng)進行相應的處理。

2.1 變壓器色譜分析法

變壓器油中氣體色譜分析法（DGA）是初期診斷變壓器內部局部放電故障最好的方法之一。此種方法可以有效監(jiān)測到變壓器的運行情況，能夠對變壓器存在的過熱情況以及某些故障的發(fā)展趨勢進行一定的預報。

（1）變壓器油內故障特征氣體情況。一般來說，隨著變壓器的逐漸運行，其內部的絕緣油以及相應的絕緣材料會受到電以及熱方面的影響而發(fā)生老化以及分解，從而產生一定量氣體，這些其他會有一定量融入到油內。

故障氣體的類型以及含量直接決定了變壓器故障的類型以及嚴重程度。在油以及固體絕緣材料正常老化過程中所產生的氣體主要為一氧化碳以及二氧化碳；若是變壓器發(fā)生故障而出現油溫高于正常情況時，油裂解就會產生CH4；隨著故障溫度的不斷上升，逐漸會產生C2H4以及C2H6；如果溫度達到1000℃，油會進一步分解而產生較多的C2H2。

（2）氣體的色譜分析。可以采用特征氣體法對于油中溶解氣體分析結果進行解釋，并且診斷出產生這些氣體的故障原因。可以得到：若是因為過熱造成的故障，總烴含量就會很高；若是因為局部放電故障，H2的含量就會較高，并且在總烴中CH4占到主要部分；若是因為放電故障，則H2和C2H2的含量就會比較高。DGA方法對于色譜的分析主要是以三比值法為基礎進行的，通過H2、CH4、C2H4、C2H6以及C2H2來形成三對比值進而對變壓器故障性質進行判斷。三對比值通過不同的編碼進行表示，同時對于這些編碼進行組合分析，就是指對于故障情況根據程度來進行分來，從而做出相應的判斷。但是變壓器故障類型不單單由氣體溶度值來決定，同時也取決于氣體組分之間的相互關系。

2.2 光聲光譜在線監(jiān)測在變壓器中的應用

光聲光譜法主要是利用檢測氣體分子對于激光光子能量的吸收從定量的角度進行氣體濃度的分析，將其應用在變壓器油的氣體含量在線監(jiān)測方面具有比較高的靈敏度以及測量精度，同時所需的氣樣比較少，不需要任何的載氣，這樣就能夠很大程度上縮短油氣分離的時間，減少測量所需時間，并且便于對設備進行維護。此種在線監(jiān)測方法不用進行定期標定，也不需要進行預熱，具有較好的穩(wěn)定性以及較長的使用壽命。所以將光聲光譜法應用在變壓器在線監(jiān)測方面能夠給變壓器的絕緣故障診斷提供非?？煽康臄祿?。

2.2.1 以光聲光譜法為基礎的變壓器在線監(jiān)測系統(tǒng)結構

以光聲光譜法為基礎的變壓器在線監(jiān)測系統(tǒng)主要包括幾部分，分別為：油氣分離模塊、光聲模塊、信號處理模塊、控制模塊、通信和故障診斷等等?，F階段應用比較廣泛的以光聲光譜法為基礎的變壓器在線監(jiān)測系統(tǒng)結構如圖2所示。

圖2 以光聲光譜法為基礎的變壓器在線監(jiān)測系統(tǒng)結構

其運行過程為：首先會從變壓器中提取一定量的油品流入到油氣分離實當中，經過相應的分離處理之后需要將分離得到的氣體導入到光聲腔之內。與此同時，故障氣體會在氣體循環(huán)泵的作用之下在光聲腔和油氣分離室之間進行循環(huán)性流動。通過微音器能夠對故障氣體中不同氣體成分含量進行監(jiān)測，所監(jiān)測到的信號首先會經過差分放大處理之后通過鎖相放大器來鎖相放大，這樣就能夠從噪聲當中找到較為微弱的有效信號，之后就可以通過數據采集卡來將所得到的信號輸入到計算機內進行故障的診斷分析。

2.2.2 油氣分離裝置

油氣分離裝置的結構如圖3所示。

圖3 油氣分離裝置結構示意圖

油氣分離裝置的主要工作過程為：首先要將注油閥、回油閥以及回油泵關閉，同時要將電磁閥開啟，之后啟動真空泵進行抽真空，將抽取氣體排出到外界空氣當中而在內部形成負壓；之后進行注油，漿回油止回閥和氣體止回閥關閉掉，并且將注油閥開啟向著油氣分離室中注油，在此過程中要通過流量控制器來計量，在注入的油量達到相應量的時候就要關閉注油電磁閥。當油位達到設定高度時就會觸發(fā)相應的傳感器來強制性的將注油電磁閥關閉來停止注油。在完成了上述的操作之后就要進行振蕩脫氣。主要是通過超聲振蕩器進行，并且將脫出的氣體輸入到被檢測光聲腔內部。在完成了脫氣檢測之后就可以進行回油。通過回油泵將完成脫氣的油注入到變壓器當中，在完成了回油之后就相當于完成了脫氣過程。

2.2.3 鎖相放大器

鎖相放大器的結構如圖4所示。

圖4 鎖相放大器結構示意圖

鎖相放大器主要包括信號通道、參考通道、相敏檢測器PSD以及低通濾波器LPF等主要幾部分。

其中信號通道主要包括低噪音的前置放大器、寬帶放大器以及不同特性的濾波器等等，其主要作用在于放大調制正弦信號輸入，將原來較為微弱的信號進行放大，使其能夠推動相敏檢測器工作電壓有效值，同時能夠將部分的干擾和噪聲濾除掉，從而提升PSD的動態(tài)范圍。參考通道是鎖相放大器獨有的特征，是區(qū)別于普通放大器的重要組成部分，其作用在于放大或衰減相應的參考輸入信號，這樣就能夠給PSD提取被測信號的頻率特征提供出和被測信號頻率相同的信號。PSD也可以稱之為相關解調器，其在鎖相放大器中具有非常重要的作用。PSD主要是利用相關檢測原理，由于噪聲信號和周期信號沒有相關性，這樣就可以利用直接計算待檢信號和參考信號位于零點相關值的方式實現對噪聲的抑制以及對有效信號的提取。

3 結束語

變壓器的狀態(tài)檢修及在線監(jiān)測是通過現代化先進技術手段，對于變壓器進行實時在線監(jiān)測，及時獲得有效信息，通過科學的方式進行分析診斷，從而獲得變壓器的狀態(tài)情況，進而決定對其進行檢修的策略，這對于電力系統(tǒng)的進一步發(fā)展具有非常重要的理論以及實際意義。

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2095-2066（2016）34-0024-02

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