电力变压器状态检修及在线监测实际应用

2016-12-27吴子豪张小平周艺环国网陕西省电力公司电力科学研究院陕西省西安市710099

低碳世界 2016年34期

吴子豪，张小平，周艺环（国网陕西省电力公司电力科学研究院，陕西省西安市710099）

电力变压器状态检修及在线监测实际应用

吴子豪，张小平，周艺环（国网陕西省电力公司电力科学研究院，陕西省西安市710099）

随着我国经济的快速发展以及市场化制度的深入，电网结构发生了非常大的变革。传统的电力变压器已经不能满足不断快速增加的电能需求量，为了保证电网能够更加安全可靠的运行需要更加准确、高效、及时的对变压器进行检修和检测，电力变压器的状态检修以及在线监测技术应运而生。本文主要介绍电力变压器状态检修及在线监测的实际应用情况，希望能够对相关人士起到一定的参考作用。

电力变压器；状态检修；在线监测

引言

社会的快速发展必然带来较大的能源需求量，作为最基础也是最重要的电力能源越来越受到了人们的关注。另外随着电网系统规模的不断增加以及向着跨区域、超高压的方向的发展，对于电力系统的安全性要求不断提升。电力变压器作为电力系统最重要的设备承载着电能的传输和转换，因此其运行情况直接决定着电力系统的安全性和可靠性，所以要提升电力变压器的运行维护以及检修水平。变压器的状态检修及在线监测是通过现代化先进技术手段，对于变压器进行实时在线监测，及时获得有效信息，通过科学的方式进行分析诊断，从而获得变压器的状态情况，进而决定对其进行检修的策略，这对于电力系统的进一步发展具有非常重要的理论以及实际意义。

1 电力变压器的状态检修

对于电力变压器来说，在其运行管理过程中最主要的工作之一就是对设备的检修。设备检修工作所能达到的质量情况直接决定了电网系统是否能够安全、可靠的运行。随着社会经济的快速上涨，对于电能的需求和要求都在不断提升，对于供电可靠性和安全性都有更高的要求，以前的检修方式（周期检修）已经不符合现代设备运行要求，有可能危及电网安全性，所以需要找到更加现代化、更加安全可靠的检修方式。

电力变压器的状态检修属于全新的、优化升级的管理方式，其不但是非常先进的维修手段，也是现代设备管理理念的良好体现。电力变压器的状态检修主要是为了解决传统周期性检修的各种问题而提出的全新的检修方式。状态检修是非常主动的检修方式，是对于电力变压器的预知性检修，通过对设备进行检测来确定出设备的状态从而确定检修对策。此种检修方式能够在很大程度上避免无畏检修的次数，提升检修的针对性，获得更好的检修效果，提升了供电的可靠性，同时也很大程度上降低了检修的费用，相比于传统检修模式具有一定的优越性。

2 电力变压器的在线监测

电力变压器的在线监测就是将全新的传感技术、色谱分析技术和人工智能技术进行良好的融合，从而实现变压器的在线监测，确保变压器的安全运行。此技术已经成为了现代变压器故障诊断最重要的技术之一，也是今后一段时间的发展方向。

随着人们对于状态检修理念的逐渐接受，变压器的在线监测技术越来越受到人们的关注，对于此方面的技术也进行了深入研究，已经开发出了全新的电力变压器在线监测系统。此系统主要包括传感器、色谱分析法则以及人工智能诊断系统等内容，其系统模型如图1所示。

图1 变压器在线监测系统结构示意图

在此系统中，传感器方面主要包括气体传感器、电流传感器以及温度传感器等等，采用何种传感器主要是由监测项目来决定的。传感器可以将测得的相关信号（主要是电信号和非电信号）转换成为统一的电磁（模拟）信号，并且将其传给信号处理器以及A/D转换器，最终要输入到计算机内，通过智能化的故障诊断系统进行相应的处理。

2.1 变压器色谱分析法

变压器油中气体色谱分析法（DGA）是初期诊断变压器内部局部放电故障最好的方法之一。此种方法可以有效监测到变压器的运行情况，能够对变压器存在的过热情况以及某些故障的发展趋势进行一定的预报。

（1）变压器油内故障特征气体情况。一般来说，随着变压器的逐渐运行，其内部的绝缘油以及相应的绝缘材料会受到电以及热方面的影响而发生老化以及分解，从而产生一定量气体，这些其他会有一定量融入到油内。

故障气体的类型以及含量直接决定了变压器故障的类型以及严重程度。在油以及固体绝缘材料正常老化过程中所产生的气体主要为一氧化碳以及二氧化碳；若是变压器发生故障而出现油温高于正常情况时，油裂解就会产生CH4；随着故障温度的不断上升，逐渐会产生C2H4以及C2H6；如果温度达到1000℃，油会进一步分解而产生较多的C2H2。

（2）气体的色谱分析。可以采用特征气体法对于油中溶解气体分析结果进行解释，并且诊断出产生这些气体的故障原因。可以得到：若是因为过热造成的故障，总烃含量就会很高；若是因为局部放电故障，H2的含量就会较高，并且在总烃中CH4占到主要部分；若是因为放电故障，则H2和C2H2的含量就会比较高。DGA方法对于色谱的分析主要是以三比值法为基础进行的，通过H2、CH4、C2H4、C2H6以及C2H2来形成三对比值进而对变压器故障性质进行判断。三对比值通过不同的编码进行表示，同时对于这些编码进行组合分析，就是指对于故障情况根据程度来进行分来，从而做出相应的判断。但是变压器故障类型不单单由气体溶度值来决定，同时也取决于气体组分之间的相互关系。

2.2 光声光谱在线监测在变压器中的应用

光声光谱法主要是利用检测气体分子对于激光光子能量的吸收从定量的角度进行气体浓度的分析，将其应用在变压器油的气体含量在线监测方面具有比较高的灵敏度以及测量精度，同时所需的气样比较少，不需要任何的载气，这样就能够很大程度上缩短油气分离的时间，减少测量所需时间，并且便于对设备进行维护。此种在线监测方法不用进行定期标定，也不需要进行预热，具有较好的稳定性以及较长的使用寿命。所以将光声光谱法应用在变压器在线监测方面能够给变压器的绝缘故障诊断提供非常可靠的数据。

2.2.1 以光声光谱法为基础的变压器在线监测系统结构

以光声光谱法为基础的变压器在线监测系统主要包括几部分，分别为：油气分离模块、光声模块、信号处理模块、控制模块、通信和故障诊断等等。现阶段应用比较广泛的以光声光谱法为基础的变压器在线监测系统结构如图2所示。

图2 以光声光谱法为基础的变压器在线监测系统结构

其运行过程为：首先会从变压器中提取一定量的油品流入到油气分离实当中，经过相应的分离处理之后需要将分离得到的气体导入到光声腔之内。与此同时，故障气体会在气体循环泵的作用之下在光声腔和油气分离室之间进行循环性流动。通过微音器能够对故障气体中不同气体成分含量进行监测，所监测到的信号首先会经过差分放大处理之后通过锁相放大器来锁相放大，这样就能够从噪声当中找到较为微弱的有效信号，之后就可以通过数据采集卡来将所得到的信号输入到计算机内进行故障的诊断分析。

2.2.2 油气分离装置

油气分离装置的结构如图3所示。

图3 油气分离装置结构示意图

油气分离装置的主要工作过程为：首先要将注油阀、回油阀以及回油泵关闭，同时要将电磁阀开启，之后启动真空泵进行抽真空，将抽取气体排出到外界空气当中而在内部形成负压；之后进行注油，浆回油止回阀和气体止回阀关闭掉，并且将注油阀开启向着油气分离室中注油，在此过程中要通过流量控制器来计量，在注入的油量达到相应量的时候就要关闭注油电磁阀。当油位达到设定高度时就会触发相应的传感器来强制性的将注油电磁阀关闭来停止注油。在完成了上述的操作之后就要进行振荡脱气。主要是通过超声振荡器进行，并且将脱出的气体输入到被检测光声腔内部。在完成了脱气检测之后就可以进行回油。通过回油泵将完成脱气的油注入到变压器当中，在完成了回油之后就相当于完成了脱气过程。

2.2.3 锁相放大器

锁相放大器的结构如图4所示。

图4 锁相放大器结构示意图

锁相放大器主要包括信号通道、参考通道、相敏检测器PSD以及低通滤波器LPF等主要几部分。

其中信号通道主要包括低噪音的前置放大器、宽带放大器以及不同特性的滤波器等等，其主要作用在于放大调制正弦信号输入，将原来较为微弱的信号进行放大，使其能够推动相敏检测器工作电压有效值，同时能够将部分的干扰和噪声滤除掉，从而提升PSD的动态范围。参考通道是锁相放大器独有的特征，是区别于普通放大器的重要组成部分，其作用在于放大或衰减相应的参考输入信号，这样就能够给PSD提取被测信号的频率特征提供出和被测信号频率相同的信号。PSD也可以称之为相关解调器，其在锁相放大器中具有非常重要的作用。PSD主要是利用相关检测原理，由于噪声信号和周期信号没有相关性，这样就可以利用直接计算待检信号和参考信号位于零点相关值的方式实现对噪声的抑制以及对有效信号的提取。