变电设备状态监测与诊断技术现状

杨少龙++姜兵

摘 要：变电设备作为电力系统的重要组成部分，直接影响着电力的传输和电网的运行，同时，其工况也直接影响着电力电网的可靠性和安全性。随着电力系统的自动化发展和供电可靠性要求的提高，对变电设备运行的可靠性、安全性及其产生的经济效应也提出了越来越高的要求。简要介绍了变电设备状态检修中的状态监测和故障诊断这两个最重要的环节的技术情况，以期为日后的相关工作提供参考。

关键词：变电设备；状态检修；状态监测；故障诊断

中图分类号：TM63 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.14.160

长期以来，我国对变电设备的检修以事后维修、定期检修为主。尽管这种制度在一定程度上保障了供电的基本稳定性和资源的合理安排，但是，也逐渐显现出了维修不足、维修过剩和盲目维修等问题。状态检修（Condition-based Maintenance，CBM）则能够及时对变电设备进行状态评估和故障诊断。本文将基于变电设备状态监测和诊断技术这两点进行论述，以期为变电设备的状态检测和诊断提供一定的依据，让电力设备能够更好地为人们服务。

1 变电设备状态监测技术

自变电设备状态监测出现以来，相关的监测技术也有很多。下面将选择其中比较具有代表性的监测技术进行分析。目前，常用的监测技术有油中溶解气体在线色谱分析、铁芯多点接地在线监测、变压器热点温度在线监测、变压器绕组变形在线监测4种。

1.1 油中溶解气体在线色谱分析

正常情况下，变压器的绝缘油中只含有少量的N2、O2、CO、CO2这四种气体。但是，当变压器本身发生故障时，绝缘油中会出现较多种类的气体和氢气。利用色谱分析这些气体的存在情况，可以判断出变压器中的故障类型。

色谱分析技术是将收集到的溶解于油中气体的各组分逐一分离，再用鉴定器测定各组分的浓度。由于常规色谱分析无法做到实时在线监测，所以，目前，国内外采用的方法主要有鼓泡脱气法、渗透膜脱气法和油样直接注入法。

1.2 铁芯多点接地在线监测

变压器的铁心正常运行时是一点接地，地线电流很小。当铁芯出现多点接地的情况时，则会形成环流。环流值是由被包围的磁通或非正常接地点的性质决定的。

铁芯在线监测装置分为接地电流模块、通信接口和无线收发模块。电流传感器将接地电流转换为电压信号，经过放大、滤波、A/D转换后输入数字信号处理单元DSP；通信接口则将数据传至无线传输模块，经无线传输至监测上位机。

1.3 变压器热点温度在线监测

在变压器运行过程中，其内部温度分布不均匀，可能整体温度不高，但是，局部温度很高。发热源，比如绕组、铁芯等金属件的温度过高会导致绝缘局部老化、击穿或被损坏。

变压器热点温度在线监测主要是应用紫外和红外成像技术。远红外成像技术能够在不接触、不停运设备的情况下及时发现其中存在的问题——电流致热性、电压致热性缺陷。同时，将这种技术与气象色谱试验相结合，能够准确找出设备内部的缺陷。

1.4 变压器绕组变形在线监测

绕组变形在线监测采用的是振动信号分析法。将振动传感器安装在变压器箱体上，用来测量绕组和铁芯运行时产生的振动信号。同时，根据振动信号的变化监测绕组变形和铁芯等构件的松动故障。测量系统与变压器之间要实现无电气连接。

2 变电设备故障诊断技术

设备故障与其征兆的关系十分复杂，具有非线性和不确定性，需要总结各方面的经验，综合模糊数学、人工神经网络等技术来判断，建立一个以神经网络为基础的智能诊断系统进行推理，以此确定设备的状态。油气检测、绕组热点温度测量、介质损耗检测、绕组变比测量是故障诊断技术中比较传统的方法，也有局部放电、恢复电压、绕组变形测量、傅里叶变换红外和近红外光谱法等非传统方法。

变电设备的故障诊断为电力系统维护人员提供了决策参考。但是，在工程实际应用中，由于存在编码不全、编码边界太绝对等不足，在没有专家经验保驾护航时，常常会出现失误。目前，出现了多种以人工智能技术为基础的变电设备故障诊断方法，比如专家系统、神经网络、模糊数学、决策树、范例推理、聚类分析、粗糙集理论、支持向量机、灰色系统理论和克隆选择算法等，以弥补传统诊断方法的不足。其中，专家系统可以充分利用专家学者的经验进行逻辑推理。这些技术的出现较好地弥补了传统诊断方法的不足，提高了诊断结果的准确性。

变电设备状态监测与诊断技术的前提就是在线监测技术。变电设备状态检修在我国的提出时间比较晚，相关研究应用也没有欧美国家成熟，但越来越多的学者、专家开始关注和研究此类课题。一些国内大型发电厂也已经比较全面地安装了成套先进的传感器装置，并结合计算机网络组成了一定规模的状态监测系统。目前，该设备已经达到了先进水平。近几年，智能变电站的出现也为将来变电设备状态监测与诊断提供了一些新的视角和思路。这表明了状态检修的发展方向。本文对此课题的探讨也是基于目前现状的分析，在今后的工作中，势必还要对相关内容进行创新，进而不断提高其服务水平。

参考文献

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[3]梁文焰.南宁电网220 kV变电站变压器油色谱在线监测技术的应用研究[D].重庆：重庆大学，2008.

〔编辑：白洁〕