电力变压器故障在线监测系统的开发

蔡小诗

渤海大学工学院



电力变压器故障在线监测系统的开发

蔡小诗

渤海大学工学院

由于社会的迅速发展，增加了对电能的需求量，而且电力系统的容量和电压系统的容量都在增加，不管是电力设备的数量还是技术含量都得到了发展，这种发展是复杂多变的，电力系统中的核心设备是电压器，变压器承担的电压转换以及电能分配的任务，所以安全稳定的运行具有重要的意义，但是在实际运行过程中可能会出现各种故障，需要深刻的分析电力变压器中出现的各种故障，有利于更好地对电力变压器的故障进行排除，这些年来对电力变压器检测的过程中，各种检测技术有利于更有效率的进行检测。

在线检测 变压器 故障

1　电力变压器故障类型

电力变压器有很多种类，也有很多划分方法，一般的变压器故障如表 1 所示。

表1　变压器故障类型

2　系统监测信号描述

2.1振动信号

变压器的本体振动主要是由于铁芯内部的震动造成的，要采集振动信号以及监测振动信号对于本文的监测有着重要的意义，变压器铁芯振动是因为硅钢片的伸缩造成的，如果忽视了这种现象，我们可以认为导致铁芯振动的磁力和电压平方是正比的关系，如式（ 1）所示。

其中，Fc为铁芯电磁力；U 为励磁电压。负载电流可以获得变压器的振动，而且电磁和电流是正比的关系，如式（2）所示。

其中，Fw为绕组电磁力；i为绕组电流。由式（1）、（2）可见，铁芯振动和绕组振动都是两倍的电源频率作为基准，也就是100Hz，对于变压器的运行来说，铁心的振动可以通过绝缘构件到达油箱，通过相比上的振动速度送入到在线监测系统，通过内部的分析软件可以进行监测以及评估。

2.2电压信号

变压器运行的过程中会对铁芯的运行产生影响，可以根据运行过程中的变压器电压对铁心的振动状态进行判断，在线监测系统可以使用互感器对电压信号进行采集。

2.3电流信号

变压器的绕组振动和负载电流的变化情况有着密切的关系，变压器的绕组赋值一般和负载电流的平方是正比关系，我们可以根据检测到的变压器的电流情况，对绕组的振动情况进行分析，通过在线监测系统使用互感器对变压器的三相运行电流进行采集。

3　变压器在线监测系统硬件设计

变压器的在线监测项目一般进行的是局部放电检测，包括对开关进行检测，对套管进行检测，对负荷电压进行检测，对电流和功率进行检测，同时能够检测溶解性气体，要对变压器做好全方位的检测，可以得出变压器运行中比较详细的信息，通过这些信息可以判断出变压器内部出现的问题，变压器检测的硬件结构如图1所示，我们根据硬件检测的结构图了解到，这种系统通过了多通道的数据采集以及信号处理，可以进行现场监视以及网络数据的处理。

图1　变压器状态在线监测系统硬件结构

3.1系统电源电路的设计

由于C8051F020的I/O输入和输出的电源都是五伏，内部和外部的电源都是三伏，所以系统内部可以通过稳压电源。

3.2信号调理电路的设计

C8051F020内有12位的逐次逼近型模数转换器，使用编程模块就可以对数字量和模拟量进行计算，变压器的模拟量都是弱信号，而且内部包含有噪音信号，所以检测的时候要对电路进行调整，电流传感器的电路如图2所示，传感器的信号会通过分压作用，在输入点会转换成电压信号，经R3和C8组成的低通滤波回路，可以最大限度的过滤信号中的噪声信号，通过高精度运算放大器LM358跟随放大，可以让放大后的信号输出到单片机引脚，一般传感器的调整信号如图所示，若电流信号会通过滤波进入到输入端，可以保证和输入单够成放大电路，对于完善线路电阻的性能，减轻电压噪声的干扰有着重要的意义，这种监测系统可以获得有用的信息，并且可以更好地开展智能诊断工作。

图2　电流型传感器信号调理电路

4　智能变压器在线监测方法

4.1变压器油中溶解气体的监测方法

油浸电力变压器一般使用了绝缘材料，这两种材料因为不同的热作用，可能会产生不同的气体，而且在变压器内部可能会发生局部过热以及局部放电的情况，可能会让油或者纸分解产生甲烷以及乙烷等气体。如果故障不严重的时候，这些气体可以在绝缘油中进行溶解，由于发热和放电的情况不一样，所以气体的种类和气体的浓度是不相同的，要进行气体的色谱分析，这样才能更好的反映变电器中的电压故障。

4.2局部放电的监测方法

局部放电是一种常见的故障，有多种方法可以对局部放电进行监测：

（1）超声检测法，一般在高电场下会产生局部放电的情况，而且会带来一系列的现象，所以我们可以使用超声传感器装备，通过这种传感器技术有利于锁定放电的部位，而且能够对放电的强弱进行判断，这种方法的优点受到其他的因素影响不大，而且能够准确地进行定位，也有利于进行深入的研究，但是变压器本身的元件很复杂，包含有多种多样的绝缘材质，由于声波的传播速度不同，会对超声传感器的传播速度产生影响。4.3变压器绕组温度的在线监测方法

可以根据现场的不同装置使用，一般的方法有直接检测法以及间接检测法。

（1）直接测量法可以通过温度测量仪对温度进行确定，一般的传感器包括光纤型、荧光光纤型等。这种方法的仪器和设备需要在变压器中使用，如果获得越多的安装点，越有利于进行准确的监测，但是这种方法的日常维护很困难，也需要花费较高的成本。

（2）可以建立变压器的模拟方法，有利于总结现场经验，能够更好地计算温度变化的公式，这种方法作为计算的代表方法，具有一定的准确性，而且国际工委会也制定了一套标准，这种方法也很容易操作，而且成本也不高，具有很强的实用性。

4.4变压器铁芯接地电流的在线监测方法

变压器的电流检测是一种比较好的方法，已经在国内外进行了广泛的推广，在对变压器进行故障诊断的时候，电流值是一种准确的参数，要实现变压器的正常运行，可能对电流值的反应比较微弱，如果电压器出现绝缘情况时，电流值可能会增大到安培级别，最终可能会出现软件发热情况，如果故障继续恶化下去就会进行继电保护。

4.5变压器振动的在线监测方法

在线监测法是一种非常良好的方法，仅仅通过箱体的振动就可以反映变压器的故障，当前已经有许多国家对这种信号进行采集和分析，俄罗斯实验中使用的变压器在线监测装置，但是没有获得比较良好的效果。

4.6变压器套管的在线监测方法

我们可以对事故现场的资料进行分析，了解到1/3的故障问题是因为低压套管影响造成的，套管具有隔离高压的作用，而且在变压器运行的过程中，如果产生了各种套管故障的话，可能会出现绝缘损伤，而且套管的电流和电容也会出现很大变化，和正常运行时的初始值是不同的，我们可以分析现场只和标准值的不同，可以更好的发现问题，安装各种监测和报警系统，有利于对信号进行检修和维护。

5　结束语

电力系统的稳定运行和变压器的稳定运行有着密切的联系，但是在变压器运行的过程中可能会出现各种失误以及接地保护措施不当的情况，这些都会导致变压器稳定运行存在的问题，可能会出现各种故障，可以通过在线检测装置对故障进行预防，有利于变电站运行管理水平的提升，而且故障诊断技术在变电器的实际监测操作中具有重要的意义，要不断的强化研究，这样才能获得比较准确和快速的在线监测技术，有利于变压器诊断技术向智能化和自动化的方向发展，也有利于电网实现安全和稳定的运行。

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