变压器状态检测与故障诊断技术探讨

杨寿春 何先华 张远鹏 王亚军 李富保

摘  要：在电网的供配电系统中，变压器是对电压等级进行调节与对电能进行分配的核心设施，是否可靠且稳定运行能够直观的决定电力输出质量，为了增强变压器运行的稳定与高效，对电力部门的变压器运行状态监测与故障的诊断排除能力提出更高要求，在此基础上应运而生的变压器状态监测与故障诊断技术得到了普遍的应用。本文首先介绍了状态监测与故障诊断系统的构成，阐述了变压器的常见故障与状态检测，分析了其工作的原理、发展趋势以及在当前阶段变压器状态检测与故障诊断中存在的系列问题，并针对变压器状态检测与故障诊断技术进行了相关探讨。

关键词：变压器  状态检测  故障诊断  技术探讨

中图分类号：TM76                           文献标识码：A                 文章编号：1674-098X（2020）08（c）-0003-03

Abstract： In the power supply and distribution system of power grid， the transformer is the core facility to adjust the voltage level and distribute the electric energy. Whether it is reliable and stable can directly determine the power output quality. In order to enhance the stability and efficiency of transformer operation， higher requirements are put forward for the power sector's transformer operation condition monitoring and fault diagnosis ability. On this basis， the transformer condition monitoring and fault diagnosis technology has been widely used. Firstly， this paper introduces the constitution of condition monitoring and fault diagnosis system， expounds the common faults and condition detection of transformers， analyzes its working principle， development trend and a series of problems existing in the current stage of transformer condition detection and fault diagnosis， and discusses the related technologies of transformer condition detection and fault diagnosis.

Key Words： Transformer; Condition monitoring; Fault diagnosis; Technical discussion

变压器状态检测与故障诊断技术是针对变压器当前的运行状态以及相关信息进行准确的记录与分类，并作出评估工作，能够为变压器的检修工作提供可靠的信息依据，变压器状态评估是进行状态检修前的基础工作。此项工作能够做到直观有效的了解变压器设备的实时运行情况，能够提供故障预警，防患于未然，对变压器的安全运行提供切实的保障。想要有效的改善当前在变压器的状态检测与故障诊断中由于技术的相对落后而造成的大量浪费人力物力的状态，就要实现现代科技成果的高效转化，坚守经济化原则，在此基础上实现完善电网供配电系统，促进其运维全面化发展。

1  状态检测与故障诊断系统的构成

变压器状态检测与故障诊断系统是由信息检测、数据采集、数据传输、数据处理与诊断五个单元部分组成。检测单元以传感器为核心，负责采集变压器的物理、化学量并将其进行转化;数据采集单元将传感器采集转化的电信号预处理;数据传输单元主要是对信息进行传输，固定装置的数据处理与监控室之间的距离远，要配置特殊的远程传输，对于便携装置，能够变换和隔离信号即可;数据处理单元将接收到的传输数据做分析与鉴定处理;诊断单元为最后的数据以及历史留存数据进行对比和分析，判断设备的实际运行情况，根据设备运行情况给出建议和相应措施。

2  变压器状态检测的技术分类

2.1 变压器局部放电的检测

变压器中所用到的绝缘材料由于在其制造过程中，电介质在绝缘体内分布不均，存在气泡和杂质。而在气泡中的电场强度比其他介质电场强度高时，就会开始放电。以油质绝缘部件其局部放電量的数量级作监测参数能有效判别有破坏性或危险性的局部放电[1]。

2.2 红外线测温及热成像仪检测

在变压器的正常运行状态下，依据其基础热像与其结构和传热途径结合，对出现故障的变压器热像与温度变化进行分析，并与其他检测所得数据相结合，以此来判断出变压器所出现故障以及类型。

2.3 变压器油中气体检测

变压器内绝缘材料经过升温、通电以及磁场作用，经过进一步老化产生气体，根据油中气体含量及其组成差异进行检测。这种检测方法是与变压器同步运行的，对初始故障的识别灵敏度较高，在检测中普遍应用。

3  变压器状态检测与故障诊断工作的原理及发展趋势分析

对变压器检测是针对变压器信号的收集与分析，以确定变压器的运行状态，以此为依据对变压器的隐形故障进行总结，并针对设计相关的维修维护方案。跟随现代化的技术脚步，在变压器的检修方面，已经能够做到从之前的固定时期检测发展到无人操控进行检测，对故障进行预防和诊断。对变压器的运行情况利用通信电缆等相关设备集中检测，能够有效的减少人工以及相关资源的投入，还能减轻以往检测的工作量，并对检测结果实现共享。加强远程监控检测的系统构建，实现检测与诊断结合，更加方便对变压器运行数据的收集。

4  变压器状态检测与故障诊断工作中所存在的问题

从变压器的内部结构来看，其复杂程度注定了障碍产生的多种表现，引起故障的原因也难以掌控，所出现的多个故障间也会存在着一定的联系，需要有系统的方法来进行监管。

（1）变压器检修工作受技术及各种条件的限制，在线色谱仪设备较为集中，对其他设备的监督与管控比重较低，所以，进行常规的监测时，更多的是采用离线检测方式对信息和数据进行收集。

（2）目前的故障检测设备，在信号方面的功能性不高，磁场及电子设备对其的干扰较大，提升了检测中的难度，也在另一方面对检测与診断的能效有所限制。

（3）目前所使用的相关系统以及故障检测与诊断的相关设备能够对变压器所展现的故障及可能的发展方向做出反映，但不能够分析和准确处理故障类型、发生原因以及潜在威胁。

（4）目前所应用的监测系统中，在硬件方面还有不少的缺点，例如可能会出现在工作性能上的稳定性不足，并且所用系统与相关技术并不是最先进的，也容易产生错误的判断。

（5）目前所应用的检测设备不能实现全面的实时监测，在有突发情况时不能及时进行原因分析与针对性应急处理。

5  变压器状态检测与故障诊断相关技术探讨

5.1 局部放电状态检测与故障诊断

5.1.1 变压器局部放电的状态检测

在变压器中如果其中的某部分电场强度使周围的绝缘介质的承受压力过大，就会使此部分出现局部放电，通过对局部放电产生的物理、化学效应观察，在放电瞬间，变压器中会产生伴有电磁和声辐射的脉冲电信号，与此同时，在放电部位，所用材料会出现化学反应，而这些化学变化恰恰能够提供相关依据给局部放电的检测。

5.1.2 变压器局部放电的诊断技术

第一，放电性能的鉴别依据是放电的量，在局部放电实验中的性能评定指标为视在放电量，其判定依据为电力设备预防性实验规程DL/T596-1996[4]。

第二，故障的类型与故障程度依照分布图谱进行判定。工作原理为对在固定时间间隔下对每次放电的量 、重复次数与相位的数据进行采集，并采用相关方法制成相应的图谱，经过分析图谱，找出故障类型与故障程度。

第三，测量声波与电信号找出放电位置，通过对声波与电信号传播的时差进行检测，根据检测得到的二者速度建立相关的数学模型，并通过计算分析，最终找出放电部位。

5.2 溶解气的状态检测与故障诊断

5.2.1 变压器中溶解气的状态检测原理

电力系统中充油变压器应用普遍，采用油浸纸方式进行绝缘，而出现异常时，内部矿物油与油浸纸会发生裂解反应，并能够产生氢气、乙烯、乙烷、一氧化碳、二氧化碳等气体，所以，利用油气分离装置将其分离，并采用相关的技术进行气体成分的判断与含量的分析，将分析所得数据进行对比，便能够得到变压器的隐形故障及类型与发生位置。

5.2.2 故障诊断技术

在变压器运行过程中，所产生故障类型不同而产生的气体成分不同，所以，在鉴定结果进入诊断系统后，需在专家知识库的帮助下来评估运行状况，最后根据评估所得结果提出检修方法，再由相关专业的工作人员执行，对变压器正常运行提供保障。

6  结语

综上所述，变压器的状态检测与故障诊断技术能够对运行中的设备进行在线的监控和检测，且能够对所收集的数据进行相关的分析与鉴定，及时找出隐性故障，并可以依照对数据的分析给出针对性的检修措施，对变压器在运行中的稳定性提供保障，改善设备运行质量、延长设备使用周期，有效降低电网运维投入，能够更好地推进智能化与自动化的电力系统管理。

参考文献

[1] 杨志越，牛华宁.基于DGA的变压器状态监测与故障诊断技术研究[J].河北电力技术，2018，37（3）：11-14.

[2] 高翔.大型变压器状态监测与故障诊断技术的研究[J].西部皮革，2016，38（14）：12.

[3] 王建涛.电力系统设备状态监测与故障诊断技术分析[J].电子世界，2019（14）：204.

[4] 赵俊伟，谢秋明.变压器状态监测与故障诊断技术探讨[J].南方农机，2015（1）：82-83.

[5] 万亮.变压器运行异常现象检修及维护技术分析[J].科技资讯，2018，16（24）：22-23.

[6] 李国东.大西高铁电力专业常见故障及预防措施[J].科技资讯，2019，17（23）：29-30.