变压器故障判断技术的应用研究

孙启鹏

（山西潞安太行润滑油有限公司，山西 长治 046199）

引言

变压器主要是用于变换电压、接收同时分配电能的设备，一方面将电压升高，用于远距离供电传输，减少电能在传递过程中的损失，另一方面则是将高电压降低，供不同的用户进行使用，确保用电安全。因此变压器在整个供电体系中占据着十分重要的位置，直接关系到供电系统的稳定性和安全性。由于变压器结构组成多，因此在工作过程中容易出现故障，目前对变压器故障监控方案缺失，无法提前进行预警，只有当故障发生后才能由工作人员进行排查处理，效率低、安全性差，无法满足供电安全性和稳定性的需求。

本文在对变压常见故障异常进行分析的基础上发现，变压器在正常工况下的温度场分布较为均匀，而当出现接触不良、短路等异常时，会导致故障区域的温度快速升高，因此提出了采用红外线温度监控的方案，及时发现温度异常的区域并进行报警，便于监控人员能够第一时间了解到故障情况并进行处理，从而实现了故障的快速定位和报警，根据实际分析结果，当出现故障时故障区域的温度会迅速升高，形成一个显著的温度差，采用红外热成像监测的方案能够快速、精确地实现变压器的故障预警。

1 红外热成像原理

变压器设备在工作过程中自身会产生红外辐射，红外热成像监测系统利用红外探测器接收变压器设备发出的红外线能量，经过光敏探测器的处理，形成红外线热成像图，实现对变压器工作状态的直观监测，该红外线成像系统结构如图1 所示，主要包括红外线热成像模块以及上位机数据分析处理系统，具有结构简单、稳定性高的优点[1]。

图1 红外线成像系统结构示意图

由图1 可知，该系统上设置有统一的通信接口，用于实现红外线监控系统和上位机数据分析处理系统之间的数据通信和信号传输，红外热成像仪接收到变压器的热辐射信号后，经过光的折射放大处理，将其传输到探测器内部进行初步的处理，然后将处理过的信号通过数据传输系统传输给上位机分析模块，按照设定的逻辑对信号进行分析处理，使其形成能够直观显示的红外线图谱，将变压器上的温度分布情况直观地显示到监测中心内，便于监测人员的快速监测。

2 红外监测特征分析

以6 kV 变压器为监测对象，对其柱上隔离开关线夹处在正常运行和故障情况下的红外成像效果进行分析，结果如图2 所示[2]。

图2 不同状态下红外成像结果示意图

由图2 可知，在正常状态下，变压器柱上隔离开关线夹处的最高温度为13.8 ℃，最低温度为9.4 ℃，分布较为均匀且波动不大，而当该处出现故障后，其最高温度达到了61.6 ℃，其最低温度仅为10.8 ℃，因此可知当在故障状态下，变压器故障区域会呈现明显的温度分化情况，利用红外监测系统能够及时捕捉到异常温度的变化[3]。

在监测过程中系统将监测到的变压器温度变化情况不间断地传输到系统控制中心，系统对数据进行分析后输出监测区域的温度监测曲线[4]，结果如图3 所示。

图3 监测区域温度变化曲线

经过分析可知，在故障区域的稳定升高并不是一瞬间造成的，而是连续不良接触导致的区域接触情况逐渐恶化，进而导致了监测区域温度的不断波动上升，在前一周的时间内系统温升均未超过设定的安全温度，随着接触区域接触不良情况的逐渐恶化，进而导致了后续故障区域温度的居高不下，最高温度最后达到了78 ℃。

通过对变压器运行状态的分析，可知在多数情况下故障区域的温度都是随着故障的加剧而缓慢上升，结合变压器在正常运行情况下四周的温度场分布，设定其警戒温度为40 ℃，在警戒值以下表明系统的温升不影响系统正常运行，当温度超过40 ℃时，表明故障范围有进一步扩大的趋势，会影响到变压器的正常运转。在系统内设置了声光报警系统，温度超过警戒温度后系统将发出报警，提示维护人员对该故障点进行维护，确保变压器的正常运行。

3 结论

针对目前变压器运行监测稳定性差、无法及时进行故障报警的现状，提出了一种新的变压器故障判断技术，以红外热成像监测为基础，实现了对变压器温度场分布的实时监测，根据实际应用表明：

1）红外热成像监测系利用红外探测器接收变压器设备发出的红外线能量，经过光敏探测器的处理，形成红外线热成像图，实现对变压器工作状态的直观监测；

2）该监测系统主要包括红外线热成像模块以及上位机数据分析处理系统，具有结构简单、稳定性高的优点；

3）变压器故障区域的温度是缓慢上升的，当超过温度警戒值时系统会自动发出报警，提示维护人员对该故障点进行维护，确保变压器的正常运行。