传感器在变压器故障检测中的应用

崔俊昌

摘要：变压器在供电系统中扮演着重要的角色，变压器出现故障会造成整个配电系统停止运转，只有保障变压器及时进行故障检测，排除故障，才能保障整个配电系统的稳定运行。本文主要分析了变压器常出现的几种故障和传感器在解决变压器问题的具体应用，对提高变压器故障检测的效率具有十分重要的意义。

关键词：传感器；变压器；故障检测

一、变压器及其工作原理

变压器主要是利用电磁感应来改变交流电压，产生电磁互感应，其主要功能有电流交换、稳压、抗阻变化、电压交换等。变压器在供电系统中扮演着重要的角色，变压器出现故障会造成整个配电系统停止运转，只有保障变压器及时进行故障检测，排除故障，才能保障整个配电系统的稳定运行。变压器作为变电站内最重要的主设备之一，其运行状态对整个系统的安全运行起着至关重要的作用。目前随着变压器带电监测新技术的应用，对变压器的运行状态可以进行严密监测和全过程控制，为变压器的状态检修提供了可靠的技术保障。

在电力系统中，变压器尽管是可靠的电力设备，但其平均故障却不低于两次/百台年，这样就要求对运行中的变压器加强维护、检测以减少变压器的故障。目前，电力部门对变压器故障检测的方法是采用色谱分析，即定期抽取变压器油样，进行脱气处理，然后对气体进行色谱分析，以确定变压器是否有潜伏性故障的存在。然而，这种方法比较复杂并且不能实现在线检测，而故障有可能在间隙期间出现，因此研究一种简单的、能对变压器潜伏性故障进行在线连续检测的装置是非常必要的。

电磁感应原理是变压器进行工作的主要原理，其主要构件是铁芯和线组，在电磁感应的帮助下将某一数值的交流电压转变为另一数值的交流电压。当油浸变压器内部发生过热，放电，电弧等故障时，将导致故障部位的绝缘材料或变压器油的分解，而分解出氢、乙炔、甲烷及一氧化碳等故障气体，这些气体的含量将随着故障的惡化而剧增。然而我们又不能同时检测几种气体，以氢气作为故障的主要特征气体，因为无论出现哪一种故障都将产生氢气；另一方面氢分子键能小，溶解度低，因而在变压器过热，放电等故障过程中，氢最容易从油中析出。而对某一变压器来说，油量是一定的，因此，油中氢的含量就与故障的严重程度有关。

二、变压器常见故障问题分析

1.变压器受潮

变压器出现受潮的问题时，主要表现在氢气的含量快速增加。这里应特别注意的是，因为芳烃具有抗析气的性能，芳烃含量的区别对于氢气含量具有较大的影响，因此，可以通过氢气含量的变化来判断此种问题的发生。

2.变压器渗漏

渗漏是变压器出现的另一种常见的故障问题，变压器随着其使用时间与频率的增加，是非常容易发生渗漏的质量问题的，这是变压器日常维护中常见的一种故障。造成变压器渗漏的原因主要有以下两个方面：第一，是变压器在制造过程中工艺出现纰漏；第二，是变压器因长时间缺乏维护造成的损坏。变压器渗漏时常发生在沙眼、焊缝、散热器接口等位置。分析最近几年的电力系统故障，主要由于绕组烧毁和变压器短路对设备造成了严重的损坏，其中空气渗漏是一项看不见，较难觉察的故障，空气渗漏很容易造成变压器的损坏。此外，变压器还会出现渗漏油的故障，根据部位可以分为内漏和外漏，不论哪一种渗漏的形式对于变压器的正常运行都会造成严重的影响。

3.过热性故障

在变压器工作的过程中会释放大量的热，这会让设备的绝缘性能弱化，其中又分为固体绝缘过热和裸金属过热。这都会变压器造成严重的破坏和故障，让其工作性能下降。

4.放电性故障

在变压器工作过程中，会出现放电的情况，这同样会对设备的绝缘性能造成影响，可以分为局部放电、高能放电和低能放电。在变压器放电过程中会产生氢气和乙炔等气体，而且这个过程比较短，不易被人觉察。同时放电会引起火花，也是一种间歇性的放电故障。互感器也会因为长时间缺少维护而形成局部放电，产生的气体主要是氢气。

三、传感器在变压器故障检测中的应用

1.获得温度、压强的数据，计算灵敏度系数

传感器在变压器故障检测的工作中可以有较多的应用，可以使用压力传感器对变压器中油的温度和压强进行精准测量，通过融合过程后得到一些数据，然后对比这些数据，以此来判定变压器是否存在故障的情况，同时可以对变压器出现故障的原因进行初步的分析。通过油的温度和压强等数据计算传感器的灵敏度系数，传感器实际的灵敏度系数与正常传感器灵敏度系数进行对比，就可以发现变压器故障的情况和原因。

2.变压器的在线监测

供电系统的构造相对比较复杂，设备的种类和数量也很多，因此只依靠人力进行监测和维护很难达到全部覆盖的效果，也不能及时发现变压器的故障问题。而将传感器使用到变压器当中就可以很好的解决这一问题，传感器可以实时的将变压器的各项数据传输给管理人员，同时可以实现变压器的在线监测，利用计算机信息技术对数据进行详细的分析，就可以智能化的对各变压器的运行状况进行统计。同时在变压器的故障诊断中，传感器也可以发挥自身的作用。传感器可以对变压器的各种气体情况进行实时的监测，在信息平台上对各种气体的压强、温湿度等情况进行统一的分析，及时发现变压器的故障问题和原因。

3.分解气体的检测

当变压器出现故障时，会产生大量的气体，其中氢气是其中最常见的一种。传统上采用色谱分析法对氢气进行检测，这是一种常用的变压器故障分析手段。但是通过人工进行检测的方法，会出现误差较大，耗费大量的人力物力等不利情况。但是使用传感器可以大大的提高检测效率，用色谱将不同的气体进行分离，利用传感器对氢气的敏感性进行分离，将气体所属的信号转变为电子信号。然后通过对电子信号的强弱进行区分，这样可以大大的缩小人工检测带来的误差，同时大大提高变压器检测的效率。

四、结束语

设备状态检修工作的核心是确定设备状态，通过可靠的在线监测和带电检测能掌握设备的运行工况，发现设备存在的问题，对问题进行综合分析，找出解决问题的关键所在，对设备状态进行正确评价，制订合理的检修策略并实施，真正做到“应修必修，修必修好”，避免出现设备失修或过修情况。随着传感器、计算机信息技术的快速发展，其应用途径也会越来越多，在变压器检测中使用传感器进行故障排除，可以大大提高工作效率，解决变压器故障问题。

参考文献：

[1]胡雁翔.多源信息融合技术在变压器故障诊断中的研究[D].北京：华北电力大学，2013.

[2]陈永泰.运用传感器检测变压器故障[J].煤矿机电，2013.

[3]刘飞霞.基于蚁群算法的变压器故障诊断研究[D].长沙：长沙理工大学，2014.

[4]国家电网公司. 输变电设备状态检修管理规定[Z].

（作者单位：盐城铭星供水设备有限公司）