浅谈变压器在线状态监测技术在智能变电站的应用

王毅刚

摘 要：变电站设备在线状态监测，是智能变电站的重要技术组成，能够提前发现设备的故障先兆并及时处理，避免事故扩大，保证变电站的安全可靠运行。文章重点介绍了当前变压器在线状态监测技术的应用情况，并结合实际，提出了变压器在线状态监测的配置及优化方案。

关键词：在线状态监测；智能变电站；变压器

引言

长期以来，电力设备的维护都采用定期预试和检修的方法，虽然能够解决一部分设备缺陷的问题，但仍有很大的局限性，这种定期预试和检修不能反映设备在运行条件下的各种状态，无法提前预知突发性故障。通过变电站在线状态监测，能提前发现设备的故障先兆并及时处理，可以实现变电设备的状态检修，提高设备运行的可靠性，既保障了运行设备的全寿命周期，还减少了周期性预试和检修的工作量，节约人力成本，是实现变电设备智能化的重要手段。

在线状态监测，是指对变电站设备的电气、物理和化学等特性进行长期不间断的实时监测，通过其各方面特征量的数值变化和发展趋势，通过系统软件的计算，判断出设备可能出现的故障类型、缺陷等级、缓急程度，并对设备的可靠性和使用寿命做出预测，以便运行人员即时掌握设备状态信息，及早发现潜伏的故障，提前采取相关措施，避免在无准备情况下，设备突发故障而造成设备、人力和财力的损失。

1 变压器的在线状态监测分类

1.1 变压器油中溶解气体在线监测

油中溶解气体在线监测系统用于测量和分析油浸式变压器绝缘油中所有微量特征气体，普遍采用油气相色谱分析法。油气相色谱分析法的原理是：变压器出现异常或故障时，其内部绝缘油在热和电的作用下逐渐分解出氢气（H2）、一氧化碳（CO）、甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、乙烯（C2H4）、乙炔（C2H2）等气体，通过分析各种气体浓度及变化趋势，判断变压器可能存在的故障类型。其分析过程是从油样中取出混合气体，再将混合气体进行分离，通过气敏传感器将各种气体的含量转换为电信号，经A/D转换后将信息上传。油气相色谱分析法的准确性已被国内外所认可，是变压器在线状态监测技术的重要组成部分。

1.2 变压器局部放电在线监测

局部放电是变压器常见故障的主要诱因。目前变压器局部放电监测最主要的方法是超高频法，通过安装在主变设备上的超高频传感器（耦合器），对设备内部的局部放电进行持续监测，耦合器将采集的局放信号转化成电信号传输给高速数据采集单元（状态监测IED模块），数据采集单元再将电信号转换成数字信号上传给后台计算机，系统软件将自动对局放数据进行分析，按顺序识别出不同的缺陷类型，并对所有可能的外部干扰信号进行归类；由于超高频放电信号在绝缘介质中的传播速度一定，检测仪根据输入的耦合器位置及接收到的局放信号时间差，可以计算出局放点的具体坐标。超高频局部放电在线监测具有抗干扰能力强、灵敏度高、实时性好的特点，而且能对故障定位。

1.3 变压器铁芯接地电流在线监测

电力变压器正常运行时，铁芯必须一点可靠接地，否则铁芯对地产生悬浮电压或铁芯多点接地产生发热故障，将严重威胁变压器以及电网的安全。目前，普遍把铁芯接地电流作为诊断大型变压器铁芯短路故障的特征量，利用穿芯电流传感器进行取样测量，并将信号上传至状态监测IED，后台系统软件通过计算，确定变压器铁芯的运行情况。

2 变压器在线监测的配置原则

2.1 总体原则

（1）在线状态监测设备的使用不能影响一次设备的安全性与可靠性；（2）在线监测与离线监测方式的选择应满足必要性、合理性和经济性要求；（3）在线状态监测范围及参量的选择应根据运行需求、应用功能、设备重要性等因素，综合分析，确定监测系统的配置方案；（4）监测设备的选择，应通过经济技术比较，选用成熟可靠、具有良好运行业绩的产品；（5）全站的在线状态监测设备应建立统一的后台系统，实现全站监测数据的统一汇总与综合分析。

2.2 传感器（采集器）配置原则

（1）对于预埋在设备内部的传感器，其设计寿命应不少于被监测设备的使用寿命；（2）在保证传感器监测灵敏度与覆盖面前提下，优化传感器配置数量；（3）局部放电传感器宜采用内置方式安装，其余参量传感器宜采用外置方式安装。油中溶解气体导油管宜利用主变原有放油口进行安装，采用油泵强制循环，保证油样无死区；（4）内置传感器采用无源型或仅内置无源部分，内置传感器与外部的联络通道（接口）应符合高压设备的密封要求，其与设备本体宜采用一体化设计；（5）外置传感器若需安装于高压部分，其绝缘水平、密封性能、机械杂质含量控制等应符合或高于高压设备的相应要求。

2.3 IED配置原则

状态监测IED宜按照电压等级和设备种类进行配置。在装置硬件处理能力允许情况下，同一电压等级的同一类设备宜多间隔、多参量共用状态监测IED，以减少装置硬件数量。

2.4 后台系统配置原则

全站设备状态监测应共用统一的后台系统，统一的分析软件、接口类型和传输规约，实现全站状态监测数据的统一汇总和诊断分析。

3 变压器在线监测的集成优化

3.1 变压器传感器（采集器）的配置

对于500kV变电站，每组变压器配置3台油色谱传感器（前端采集器）和3台超高频传感器（耦合器），即500kV分相变压器的每台变压器配置1台油色谱前端采集器和1台超高频耦合器。

对于220kV变电站，每台变压器配置1台油色谱前端采集器和1台超高频耦合器。

目前，油色谱采集器只能进行油中气体（包括水分）的采样，暂时还不具备与超高频耦合器集成的条件。

3.2 在线监测IED的集成优化

目前已经研发出一拖三的在线监测IED，最多可接入5个外部传感器，该设备可依次采样三个油箱，进行溶解气体分析及水分测量，采样频率可以设定从每天到每小时，支持IEC61850通信协议。对于500kV变电站，每组变压器配置1台状态监测IED（500kV采用单相变压器即3台变压器配置1台IED）；对于220kV变电站，每台变压器配置1台状态监测IED就足够了。

状态监测IED负责处理来自传感器的各项数据，并上传给监测后台，每台IED都集成了变压器油色谱监测、变压器局部放电监测和变压器铁芯接地电流监测功能。

3.3 在线监测系统后台的集成优化

变压器在线监测与变电站内其他设备的在线监测共用同一套后台系统，使用统一的分析软件、接口类型和通信规约。故障诊断系统软件与在线监测工作站管理软件整合在一起，负责分析判断处理来自监测IED的实时在线数据。

4 结束语

随着在线监测技术的不断发展，提取相关设备的有效信息实现对设备的在线状态监测和诊断，有利于制定设备维护和状态检修策略，实现全站电气设备状态的整体评估，提高电力设备的安全性可靠性，提升电力生产管理水平，提高变电站的智能化水平，降低智能变电站的运维成本，进而推动智能电网技术的发展。

参考文献

[1]蒋松，油锡存.智能变电站在线监测系统应用与研制[J].黑龙江科学，2014，4（6）.

[2]韩少波，王双喜，李国宾.智能变电站在线监测系统[J].科技创新与应用，2014，29（15）.

[3]胡学浩.智能变电站在线监测系统设计[J].电力信息化，2012，10（5）.

[4]韩月，耿宝宏，高强.智能变电站变电设备在线监测系统研究[J].东北电力技术，2011，1（17）.