变压器故障在线监测研究

朴金子　王惠宁　郑炜亮　金玉

摘要：在电力系统中，变压器是重要的设备之一，对电网的安全有直接的影响。对变压器进行故障分析和在线监测，是监测变压器状态的主要手段。根据在线监测到的变压器状态及相关参数、信号，对故障的位置及发展趋势进行判断，及时采取措施进行处理，防止故障的进一步扩大化，能够有效地提高电网运行的安全性。介绍变压器常见的故障类型，变压器在线检测的优势、研究现状、研究内容及检测方法，以期供有关研究参考。

关键词：变压器；故障诊断；分析；在线监测技术

中图分类号：TM407 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2014）04-0043-03

变压器作为电力系统的核心设备之一，其正常运行关系着整个电力系统运作的安全性、可靠性、优质性及经济性。然而，在变压器实际运行过程中，各种类型的故障和异常状况经常发生。这些故障和异常会给系统的安全运行带来严重影响。

1 常见变压器的故障

1.1 常见的故障种类

按照故障发生的部位，变压器的故障可分为内部故障和外部故障。

1） 变压器的内部故障主要有以下6种：①绕阻故障，包括断线、变形以及绝缘的击穿；②铁芯故障，包括接地、铁芯叠片之间的绝缘被破坏、绝缘被击穿；③内部的装配金具故障，包括部件的脱落及焊接不良等；④电压分接开关故障，包括电弧及开关接触不良等；⑤引线接地故障，包括断裂、引接线的对地故障等；⑥绝缘油老化。

2） 变压器的外部故障主要有以下3种：①油箱故障，包括密封线圈不好及焊接质量欠佳等；②附件故障，包括各种继电器的故障及绝缘套管等；③其他外部故障，如控制设备的故障等。

1.2 诊断方法

1） 油浸变压器外观检查。该方法包括：①漏油致使油面低落，甚至于看不见油面；②邮箱显著变形，一相没有电压或低压侧相电压不平衡超过20 V以上；③防爆管喷油等；

2） 机械类的检测装置。①瓦斯气体继电器：第一对触点用于故障报警，第二对触点用于判断故障的严重程度；②防爆装置：内部的压力增高且达到一定数值时，其内部压力就会向外部释放。

3） 电气类检测装置。该装置包括差动继电器和过电流继电器2种。

4） 使用仪器仪表进行故障检测。

5） 根据变压器中的气体进行识别。这些特征气体的类型有氢气、氮气、一氧化碳、乙烯及甲烷等。

2 变电器在线监测技术

2.1 在线监测技术的优势

电力系统关系到国计民生，一旦出现问题，国民经济的发展必然会受到影响。在电力系统中，变压器作为重要的设备之一，发挥着重要的作用。变压器如果发生故障，对电网安全运行具有严重影响。很长时间以来，对变压器的绝缘检测以定期预防性试验为主，预防性维修在变压器安全运行中发挥着重要作用。但其在检修过程中需要停电，会对供电的可靠性产生影响；定期检修过程中设备的更换，增加了检修的成本；试验性的检修条件和实际运行条件存在很大不同，试验结果的准确性与及时性也存在很大的缺陷；通常情况下，预防性检修电压比设备的额定电压低，对部分缺陷反应不灵敏。由此可见，常规检测方法已经很难适应现代化电力系统发展的需求。电力设备在线监测系统突破了传统收集变压器信息的不足，对变压器的运行状态实时进行监测，能够对数据进行自动化处理，对故障隐患可及早发现，保证了供电的可靠性和持续性。

2.2 在线监测技术的研究现状

变压器在线监测技术的核心是微处理器，通过程序软件将数据收集硬件、传感器、分析功能装置及通信系统结合在一起，对常规检测方法是一种弥补。通过对早期故障的先兆信息进行及时捕捉，降低故障的发生率。变压器故障在线监测可分为分布式和集中式2种：分布式采用专门的测试设备进行现场测量；集中式对被测设备进行定期的自动监测。目前变压器在线监测技术还处于发展阶段，其发展能够实现高压设备的数字化，进而进入低压设备的数字化形式，使其能够统一实现数字信息的采集和处理，即数字一体化。

2.3 变压器在线监测的内容

通常情况下，变压器故障主要是内部绝缘老化引起的，所以按照变压器的各种电气和机械特点，通过局部放电、振动分析、油中气体分析、恢复电压、极化波谱等方法，对变压器的运行状态进行监测。尽管变压器在线监测的目标与内容不相同，但是其原理是一致的。通过在变压器上安装各种传感器，实时对变压器的运行状态及参数、信号进行采集，经过数据处理后由专家系统进行分析，及时作出应对。变压器在线监测主要是根据参数随着时间的变化趋势进行判断，然后进行预测，其步骤通常包含：数据收集及存储→状态分析→故障分类→专家系统分析→判断故障位置→提出解决方案。

2.4 变压器在线监测方法

1） 脉冲电流法。该方法是国际上目前唯一标准的局部放电测量方法，频率极限1 MHz，按照椭圆示波图对放电的特性进行分析，包含电量大小、放电相位等。在放电高压回路中，对局部放电信号进行检测，测量到基本量，能够显示出局部放电脉冲的相位、大小及个数，测试的灵敏度非常高。但是该方法对频带窄、频率低、信息量少、抗干扰能力差的变压器进行监测时，具有一定的局限性。因此，这种方法在高压、超高压的强电磁环境下效果不是很好。由于变电站属于强电磁干扰环境，现场存在多种开关动作产生的电晕放电、局部放电等，对在线监测产生较大干扰。如果这些干扰信号进入测量系统，就会影响测量结果的准确性，严重的会导致测量无效，所以，在实际应用中，应该加强非电测法的使用。

2） 声测法。变压器在强电场下发生局部放电的同时，必然有一系列的现象。对超声波的监测一般采用超声传感器，灵敏的传感器技术能够有效的定位局部放电的部位，并能判断放电的强弱。此种方法受其他因素影响较小，定位的准确性很高，该方法的研究也很深入。不过相对而言，变压器本身的元件构成复杂，绝缘材质多样化，声波在不同介质中的传播速度不一样，严重影响了超声传感器的准确度。此外，变压器内部强电磁场也在一定程度上对传感器造成干扰，消弱了其灵敏度，使监测难度上大大增加。不过，随着声电元件技术的发展，该种方法日趋完善，对于局部放电的监测还是一种有效的手段。

3） 光测法。在出现局部放电的时候，会存在发光现象，通过对光波的监测、分析研究从而定位局部放电的位置和强弱是有效手段之一。理论上，局放产生的光波波长是不同的，并且在一定范围之内。研究证实，波长一般在500～700 mm之间。把光信号转换成电信号，对电信号加以识别便可以挖掘局部放电的发生特性。不过，光测量法需要的装置复杂成本高，况且灵敏度方面还不够好，在实际现场的应用还很少。

4） 化学监测法。根据变压器在放电过程中产生的不同生成物，如通过各种油中溶气、绝缘损坏情况及设备发热情况的监测，对变压器的故障类型与特点进行判断。

5） 超高频监测法。该方法是目前国内运行状况相对比较好的变压器在线监测方法。近些年，在局部放电监测中，超高频监测方法取得了成功应用，其特点是抗干扰能力强。在超高频监测法的应用中，对局部放电产生的超高频电磁波信号能够有效地进行监测，且不受干扰信号的影响，其工作原理如图1所示。

3 结语

在电力系统中，变压器是重要的设备之一。变压器状态是否良好，对电网安全有直接的影响。无论在日常预防性试验中还是故障后的检查试验中，都要综合各种试验结果进行分析，及时采取措施进行处理，以防止故障进一步扩大化，从而有效地提高电网运行的安全性。

参考文献

[1] 刘恒，刘光辉，张璇.电厂变压器常见故障诊断及在线监测技术[J].中国新技术新产品，2011（15）：159.

[2] 吴庆全，马德瑞，何新文.电厂变压器常见故障诊断及在线监测技术[J].华东科技，2012（6）：29.

[3] 金宏义，张琳，林风云.关于变压器故障在线监测系统的分析[J].中小企业管理与科技，2011（3）：282.

[4] 何建宁，杨吉仁.变压器在线监测及其分析[J].西北电力技术，2011（3）：80-81.

[5] 陈灏，林华.220 kV变压器故障的查找和分析[J].山东电力高等专科学校学报，2013（2）：32-33.

[6] 路光辉，姬波，李赫.变压器故障诊断的可视化模型[J].计算机工程与设计，2013（5）：1 841-1 845.

Abstract： In the power system， transformer is one of the important equipments. Transformer condition hasa direct influence on the safety of the grid. Fault analysis and online monitoring of the transformer is the main means for monitoring transformer conditions. According to the online monitoring of transformer and related parameters， signal analysis， we can identify fault locations and the development trend of the problem， take timely measures for treatment， prevent the further expansion of the fault， and effectively improve the security of grid operation. This paper describes the common fault types of transformer， the advantages， research status， research content and methods of transformer online detection in order to provide reference for relevant personnel.

Key words： transformer； fault diagnosis； analysis； online monitoring technology

3） 光测法。在出现局部放电的时候，会存在发光现象，通过对光波的监测、分析研究从而定位局部放电的位置和强弱是有效手段之一。理论上，局放产生的光波波长是不同的，并且在一定范围之内。研究证实，波长一般在500～700 mm之间。把光信号转换成电信号，对电信号加以识别便可以挖掘局部放电的发生特性。不过，光测量法需要的装置复杂成本高，况且灵敏度方面还不够好，在实际现场的应用还很少。

4） 化学监测法。根据变压器在放电过程中产生的不同生成物，如通过各种油中溶气、绝缘损坏情况及设备发热情况的监测，对变压器的故障类型与特点进行判断。

5） 超高频监测法。该方法是目前国内运行状况相对比较好的变压器在线监测方法。近些年，在局部放电监测中，超高频监测方法取得了成功应用，其特点是抗干扰能力强。在超高频监测法的应用中，对局部放电产生的超高频电磁波信号能够有效地进行监测，且不受干扰信号的影响，其工作原理如图1所示。

3 结语

在电力系统中，变压器是重要的设备之一。变压器状态是否良好，对电网安全有直接的影响。无论在日常预防性试验中还是故障后的检查试验中，都要综合各种试验结果进行分析，及时采取措施进行处理，以防止故障进一步扩大化，从而有效地提高电网运行的安全性。

参考文献

[1] 刘恒，刘光辉，张璇.电厂变压器常见故障诊断及在线监测技术[J].中国新技术新产品，2011（15）：159.

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[4] 何建宁，杨吉仁.变压器在线监测及其分析[J].西北电力技术，2011（3）：80-81.

[5] 陈灏，林华.220 kV变压器故障的查找和分析[J].山东电力高等专科学校学报，2013（2）：32-33.

[6] 路光辉，姬波，李赫.变压器故障诊断的可视化模型[J].计算机工程与设计，2013（5）：1 841-1 845.

Abstract： In the power system， transformer is one of the important equipments. Transformer condition hasa direct influence on the safety of the grid. Fault analysis and online monitoring of the transformer is the main means for monitoring transformer conditions. According to the online monitoring of transformer and related parameters， signal analysis， we can identify fault locations and the development trend of the problem， take timely measures for treatment， prevent the further expansion of the fault， and effectively improve the security of grid operation. This paper describes the common fault types of transformer， the advantages， research status， research content and methods of transformer online detection in order to provide reference for relevant personnel.

Key words： transformer； fault diagnosis； analysis； online monitoring technology

3） 光测法。在出现局部放电的时候，会存在发光现象，通过对光波的监测、分析研究从而定位局部放电的位置和强弱是有效手段之一。理论上，局放产生的光波波长是不同的，并且在一定范围之内。研究证实，波长一般在500～700 mm之间。把光信号转换成电信号，对电信号加以识别便可以挖掘局部放电的发生特性。不过，光测量法需要的装置复杂成本高，况且灵敏度方面还不够好，在实际现场的应用还很少。

4） 化学监测法。根据变压器在放电过程中产生的不同生成物，如通过各种油中溶气、绝缘损坏情况及设备发热情况的监测，对变压器的故障类型与特点进行判断。

5） 超高频监测法。该方法是目前国内运行状况相对比较好的变压器在线监测方法。近些年，在局部放电监测中，超高频监测方法取得了成功应用，其特点是抗干扰能力强。在超高频监测法的应用中，对局部放电产生的超高频电磁波信号能够有效地进行监测，且不受干扰信号的影响，其工作原理如图1所示。

3 结语

在电力系统中，变压器是重要的设备之一。变压器状态是否良好，对电网安全有直接的影响。无论在日常预防性试验中还是故障后的检查试验中，都要综合各种试验结果进行分析，及时采取措施进行处理，以防止故障进一步扩大化，从而有效地提高电网运行的安全性。

参考文献

[1] 刘恒，刘光辉，张璇.电厂变压器常见故障诊断及在线监测技术[J].中国新技术新产品，2011（15）：159.

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[3] 金宏义，张琳，林风云.关于变压器故障在线监测系统的分析[J].中小企业管理与科技，2011（3）：282.

[4] 何建宁，杨吉仁.变压器在线监测及其分析[J].西北电力技术，2011（3）：80-81.

[5] 陈灏，林华.220 kV变压器故障的查找和分析[J].山东电力高等专科学校学报，2013（2）：32-33.

[6] 路光辉，姬波，李赫.变压器故障诊断的可视化模型[J].计算机工程与设计，2013（5）：1 841-1 845.

Abstract： In the power system， transformer is one of the important equipments. Transformer condition hasa direct influence on the safety of the grid. Fault analysis and online monitoring of the transformer is the main means for monitoring transformer conditions. According to the online monitoring of transformer and related parameters， signal analysis， we can identify fault locations and the development trend of the problem， take timely measures for treatment， prevent the further expansion of the fault， and effectively improve the security of grid operation. This paper describes the common fault types of transformer， the advantages， research status， research content and methods of transformer online detection in order to provide reference for relevant personnel.

Key words： transformer； fault diagnosis； analysis； online monitoring technology