电力变压器状态监测及其故障诊断

王小峰

摘 要：电力变压器是输电与配电网络中最重要的设备之一，原来的定期检修和离线试验的方式很难满足现代化状态维护的要求，为了使变压器能够高效、安全的运行，要求电力部门拥有准确把握变压器的运行状况以及及时的发现和有效处理潜在故障隐患的能力，基于此出现了变压器的状态检测和故障诊断技术，并能够在实践应用中得到推广。本文以状态检测与故障诊断系统构成为基础，详细分析了变压器中溶解气的状态监测与故障诊断技术以及变压器的局部放电状态监测与故障诊断技术。

关键词：变压器；状态检测；故障诊断

1 状态检测与故障诊断系统构成

变压器的状态检测与故障诊断系统主要由5部分组成：第一，信息的检测单元。此单元的核心是各种类型的传感器，主要負责采集变压器的化学量、物理量等并将其转化为合适的电信号；第二，数据的采集单元。其作用是预处理由传感器采集到的电信号，主要是A/D转换、抑制干扰以及采集数据记录等过程；第三，信息的传输单元。此单元的作用是将所采集的信息传送到后面的单元。对于固定式的装置，由于数据处理单元在距离现场很远的监控室，所以需要配置比较特殊的信息远程传输单元，而对于便携式的装置，仅仅需要对信号进行恰当的变换和隔离就可以；第四，数据的处理单元。此单元的作用使分析和鉴定采集所获得的数据；第五，诊断单元。此单元的作用是对照规程和运行经验等，分析和对比处理后的数据、历史数据等，以这个为判断设备运行状况的依据，并给出恰当的措施和建议等。

2 变压器中溶解气的状态监测和故障诊断技术

2.1 变压器中溶解气的状态检测原理

目前，充油式变压器是在电力系统中使用最多的变压器，在绝缘的手段上，充油式的变压器选择的是油浸纸的方法，一旦变压器出现超温故障或者异常放电时，变压器内的绝缘纸和矿物油会出现裂解，形成C2H4、H2、C2H6、C2H2、C02、CO等气体，所以依靠油气分离的装置将以上气体从矿物油中分离出来，然后用气敏传感器等检测手段和溶解气在线色谱分析（DGA）技术分析气体的成分和含量，将分析的数据输到“诊断系统”，利用诊断系统的判断和分析功能对该数据和变压器正常运行时候的各项数据进行对比，就能够得出变压器现在有的潜在故障以及发生的部位、故障的类型。变压器油中溶解气状态检测技术的原理如图1所示。

图1 变压器中溶解气在线监测流程框图

从其中利用的设备和监测方法，变压器油中溶解气的在线监测技术可以分为气敏传感器的检测、色谱检测和红外光谱的检测等3种方式。在这以应用比较多的色谱检测为例来分析，色谱在线监测有3个环节：第一，脱气环节。也就是利用空气循环取气的方法、抽真空取气的方法、或薄膜渗透取气的方法等方式，把油中的气体分离出来；第二，气体的分离。一般情况仅仅检测H2，因此可以用薄膜渗透取气法来收集油中所溶解的H2；第三，气体的鉴定。半导体的气敏传感器和需要检测的气体接触之后，电气的性能就会发生相应的改变，判断气体的组成时可以以此为依据。

2.2 故障诊断技术

综上分析，因为存在的故障类型或性质的不同，其在变压器的运行中所产生溶解气的组成成分会因此不同，因此，将鉴定气体成分得到的结果录入到诊断系统中，在评估时根据专家知识库对变压器的运行状况，根据评估结果来制定有效的措施或者建议，然后按照检修策略以及建议由运维人员及时对变压器实施检修或者维修，进而保证变压器能够正常的运行。

3 变压器的局部放电状态监测和故障诊断技术

3.1 变压器局部放电的状态检测

变压器局部放电是变压器中的一部分因为电场强度超出了其附近绝缘介质承受强度的最大值，造成在该部位出现部分放电的事件。变压器局部放电会给变压器带来严重的事故。但是从部分放电所形成的化学和物理效应来看，在局部放电的时候，变压器的相关回路中会出现脉冲的电信号，并伴有电磁、声辐射，与此同时出现放电部位的材料会发生化学变化，这是监测局部放电故障依据。

3.2 变压器局部放电的诊断技术

变压器局部放电的诊断有3个环节：第一，放电性能以视在放电量为根据来鉴别，现在，在变压器的局部放电实验中，对放电性能评定的指标一般是视在放电量，并且评定依据是以电力设备预防性试验规程DL/T596-1996。第二，判定局部放电的严重程度和故障类型以分布图谱为根据。也就是通过在允许的测量间隔之内采集各次放电重复的次数n、外加电压的相位Φ、和放电的放电量q等数据，接着用统计和制表的方法来构造各个参数的图谱，并对其进行分析，来得到严重程度和放电模式（故障类型）等数据。第三，在判断放电部位的时候，测量电信号和声波信号等，其原理是检测电信号和声波信号在介质中传播的时差，在建立模型时以电信号和声波信号传播速度的特点为依据，进行详细的分析和计算，进而确定放电的位置。

4 结语

综上所述，变压器的状态监测和故障诊断技术，能够在线监测处在运行状态的变压器，利用专家知识库等技术分析和鑒定变压器状态监测的数据，进而能够及时的发现变压器潜在的故障，此外，根据对数据的分析以及鉴定结构，找出检修、处理变压器的措施，能够使变压器运行的稳定性和可靠性得到保障，改善了变压器的运行质量以及延长了使用寿命，减少了维修或者过维修的现象，进而使电力部门的运维成本大大降低，给电力系统管理实现智能化和自动化打下坚实的基础，有效保障了电网的安全可靠运行。

参考文献

[1]汲胜昌，程锦，李彦明.油浸式电力变压器绕组与铁心振动特性研究[J].西安交通大学学报，2015，39（6）：616-619.

（作者单位：国网北京市电力公司）