基于DGA的变压器在线监测与故障诊断方法研究

刘振宇

（国网鞍山供电公司，辽宁 鞍山 114000）

0 引 言

随着我国智能电网的应用和发展，电力系统中的变压器也逐渐向智能化和大容量方向发展。油中溶解气体分析方法在变压器在线监测和故障诊断中的应用，不仅提高了变压器故障维护的效率，而且保证了变压器在电力系统中安全运行。油中溶解气体分析方法在变压器的实际故障诊断中，可以很方便地读取在线监测数据，有效诊断变压器故障。

1 基于DGA的变压器故障诊断原理分析

变压器中的绝缘油是从石油中提炼出来的一种矿物油，变压器中的油是由很多碳氢化合物组成的混合物。变压器在运行过程中，绝缘油中的气体化学反应不同，产生的故障气体成分也不同，通过在变压器中采用溶解气体分析方法可以掌握变压器故障的不同类型[1]。变压器内部故障分类图如图1所示。

图1 变压器故障分类

变压器故障与故障气体有关[2]，变压器热故障是变压器在运行过程中，由于局部温度过高使得绝缘装置损坏进而发生热故障。在变压器故障诊断中，热故障是变压器故障常见的一种故障类型。变压器发生热故障，绝缘油分解而产生大量的低分子烃类气体，通过对气体含量的监测分析，可以判断变压器是否发生热故障。热故障一般对设备的危害较小，但是也要及时处理避免造成严重的危害。变压器电故障和热故障不同，主要是由于高压电的效应而造成绝缘老化，导致绝缘材料分解。通过对分解气体组成进行分析，可以对电故障进行判断。电故障中电弧放电故障产生的气体以氢含量为高，由于故障气体易溶于油中，因此给监测带来了不便。电故障中根据油中溶解气体分析方法进行故障诊断时，采用阀值诊断方法是非常有效的，把检测到的气体与国际规定的注意值进行比较即可判断出故障原因。

2 基于DGA的变压器在线监测和故障诊断系统设计

2.1 系统需求分析

变压器油中溶解气体检测的传统方法需要采集现场油样[3]，然后把采集的油样送到实验室进行气体分析。传统的检测方法在对气体进行运输和采样的过程中很容易改变气体的成分结构，使得变压器的运行状态和故障预警不够准确。在线油中溶解气体检测方法可以对变压器油进行连续的气体检测，气体的成分结构不会发生变化，变压器的运行状态检测和分析更加准确。基于DGA的变压器在线监测对气体含量采用多通道的采集方法，可以对油中溶解的气体含量进行准确的检测，并且可以对气体数据信息进行有效的分析和处理，为变压器的故障诊断提供更加准确的数据信息。在线监测系统可以对气体含量的数据进行提取，并采用科学的方法进行分析，可以提高数据信息的真实性。在线监测需要通过网络把数据实时传输到管理中心，并进行变压器的故障诊断，可以保证数据的实时性。

2.2 系统硬件结构及功能设计

设计基于DGA的变压器在线监测系统时[4]，采用STM32单片机对监测系统进行设计，在系统的终端采用功耗低的NB-LoT网络，系统的处理器采用了S TM32F 103 T8U7芯片，硬件结构设计图如图2所示。

图2 硬件结构

在线监测系统主要是采集数据信息，实现网络数据的通信并提供远程监控等功能。系统中各个模块的功能分析，在线监测系统通过数据采集模块对数据信息进行采集，然后把采集到的数据信息进行预处理，并把数据转换成数字信号，然后发送给处理器STM32，处理器再把检测的数据通过终端网络通信发送到远程监测系统，进行变压器故障诊断和数据分析。

2.3 系统软件及功能设计

在线监测系统软件设计中，主要是对数据采集模块、数据通信模块和远程监测模块进行设计，在线监测系统的软件结构设计图如图3所示。

在线监测系统中数据采集模块主要是进行写命令[5]，对现场的数据进行采集写入操作，然后对采集的数据进行预处理。数据通信模块主要进行对命令的读取，发送采集数据，把现场采集的数据通过网络传输到系统的远程终端管理中心。远程终端模块可以实时显示数据，并对变压器气体数据进行分析，对变压器故障进行诊断。在线监测系统软件开始运行后，先对系统模块进行初始化处理，同时对检测的参数进行初始化处理，以便更好的分析气体数据参数信息，并确定I/O基本端口的方向。然后对变压器油中溶解气体进行实时检测，如果发现气体浓度值大于设定值，会启动报警电路，并对变压器的运行状态和数据变化进行检查。最后把数据传输到远程终端，通过远程终端故障诊断系统对发生的故障进行诊断。

图3 在线监测系统软件结构

3 结 论

变压器作为电力系统中的核心设备，对变压器在线监测和故障诊断有非常重要的影响。基于DGA的变压器在线监测系统的设计，可以有效分析和诊断变压器故障，及时排除变压器的故障，保证变压器安全稳定的运行，提高了电力系统的运行效率。