变压器在线监测技术的应用

范建雨

摘要：将各种监测手段综合起来形成一套多传感器的变压器在线监测系统，有利于对变压器的状况进行全面的评估，保证诊断准确，提高变压器运行的可靠性。本文分析了电力变压器在线监测所需测量的特征参数及其特点，论述了变压器在线监测的数据处理方法和故障诊断方法。

关键词：变压器；在线监测；故障诊断

1 引言

随着电子技术的发展和传感器技术、光纤技术、计算机技术、信息处理技术等向各领域的渗透， 电力系统监控技术也广泛应用了这些先进的科研成果使电气设备在线监测技术走向实用化阶段。随着变压器在线监测技术的发展，可以将各种监测手段综合起来形成一套多传感器的变压器在线监测系统，并使之成为变压器状态诊断的信息库；从而为变压器诊断提供丰富、准确、详尽的信息，有利于对变压器的状况进行全面的评估，在最大程度上保证诊断准确，从而提高变压器运行的可靠性。

2 电力变压器故障及其特征参数

2.1电力变压器故障

全面检测变压器的运行状况，真实的对变压器状态进行诊断，对变压器的故障形式进行细致分析，找出故障的共同特征，确定具体的测量特征参数。归纳起来主要有以下几种情况：

（1）在遭受过电压或过电流的冲击下，个别绝缘零件会因受瞬时高场强作用而局部损伤，可能会形成贯穿性故障。产生的电弧高温，使变压器油色谱出现异常。

（2）在环路内，局部接触电阻偏高的地方，会形成发热点，使油色谱分析异常，如铁芯多点接地等故障。但实际上，造成变压器事故的是包围单相磁通的金属环路。环路形成的瞬间即产生爆炸性的大电流，烧毁金属环路，并在电阻大的地方形成电弧放电。

（3）变压器绕组受到外部短路影响，绕组变形，绝缘受损，已形成对地通路或尚未有形成对地通路或承受外部电流的作用而部分引线增加发热，使油色谱分析异常。

（4）变压器套管受高电压冲击，大自然影响，电容屏受损，内部进水绝缘受潮等。表现为对地泄露电流增大，介损增大。

（5）变压器由于密封不好，运行中油箱进水，变压器油微水含量增高。致使变压器绝缘件受潮，耐电强度降低。在运行电压下，绝缘件局部先形成爬电通道，最初为沿面放电，迅速形成电弧放电。

（6）有载或无载开关触头在长期的通断过程中，易发生磨损和失效。最初为接触电阻增大发热，局部区域有温度升高，油绝缘性能降低，先是少量放电，后发展成电弧放电。

（7）其它故障缺陷，如断线、断股、接触松动、油流带电等。

2.2电力变压器的特征参数

特征气体；微水含量；有载分接开关的状态量；温度；其它特征参数，变压器铁芯多点接地、套管的介质损耗、油流带电和绕组变形等。

3 电力变压器在线监测技术现状

3.1变压器在线监测技术的主要方法

溶解在变压器油中的烃类气体色谱探测分析法： 利用各种烃类气体在变压器油中单位体积的含量及产生的速率来分析、探测变压器内部局部放电情况，通过油谱分析初步分析变压器故障，此方法仅停留在简单地反应变压器内部局部放电情况的水平。

微水分析法： 最初不少变压器专家利用钯栅场效应管作为变压器油中溶解氢气监测传感器，后来采用催化燃烧测试技术测量油中游离氢的含量和微水含量，从而了解变压器内部绝缘状况。

温度监测法：主要测油温和绕组热点温度，反应的是变压器的安全热效应。

局部放电监测方法： 常规的电力变压器局部放电检测方法有脉冲电流法、DGA法、超声波法、光测法、射频测法和化学方法等。

3.2变压器在线监测技术分析

（1）局部放电在线监测技术

变压器局部放电在线监测技术借助先进的传感技术和电子技术，根据超声波原理将高频声学传感器放在油箱外部以便测取局部放电或电弧放电所产生的暂态声音信号。局部放电在线测量方法主要有超声监测、化学监测和电性能监测，三种方法中以电监测法灵敏度最高。

变压器内部出现故障或运行条件恶劣，会由于局部场强过高而产生局部放电，此时会出现电气信息，同时伴随声音及各种非电信息，因此，对局部放电的检测总体上可分为电气测量法和非电测量法。应用自适应滤波技术可在输入序列的统计特征未知和变化时，调整自己的参数以满足某一最佳准则的要求，从而达到提取局放信号和限制干扰的目的。

（2）油中气体的在线分析技术

变压器油在热和电的作用下， 分解出氢、一氧化碳以及多种烃类气体， 设备内部故障的类型及严重程度与这些气体分子的组成及产气速率有着密切关系， 利用这一关系判断设备内部故障和监视设备的运行状况， 成为充油电气设备安全运行不可缺少的手段，在国内外已得到普遍推广和使用。正常情况下变压器内的绝缘油在热和电的双重作用下，会逐渐老化和分解， 产生少量的氢气、各种低分子烃类及二氧化碳、一氧化碳等气体，这些气体大部分溶解在油中。当存在过热或局部放电等潜在性绝缘缺陷时，就会加快这些气体的产生速度。因此，分析油中溶解的各种气体含量，能尽早发现设备内部存在的潜在性故障并可随时掌握故障的发展情况。

（3）红外测温技术

红外热像技术是利用红外探测器接受被测目标的红外辐射信号，经放大处理，转换成标准视频信号，然后通过电视屏或监视器显示红外热像图。当变压器引线接触不良、线圈导体接头虚焊、过负荷运行时都会引起导电回路局部过热，铁芯多点接地也会引起铁芯过热。由于红外热像技术测温精度高，故可用于变压器的监测，通过分析图像来监测变压器各部分的温度，并将得到的数据作纵横向比较，以对其状态做出判断。

（4）图像识别技术

运用图像识别技术，对变压器内油位、渗漏油及内外封装情况进行在线监测，可以直观了解变压器运行状态。这种方法的准确率高，但要建立在视频技术成熟的基础上。

3.3变压器在线监测的数据采集和处理

变压器在线监测首先要采集到所需要的各个设备的检测信号， 通过计算机繁多的、看似杂乱无章的数据，在变压器诊断方法的指导下，进行有序的分析分类处理。也就是说，信号由传感器采集后，存在着不正确、不完全、不一致等问题，需经过计算机进行数据处理，数据处理包括一次预处理和二次处理。一次处理实现数据平滑，二次处理实现复合参数的计算和参数的特征提取。从传感器传来的数据由于各种因素的影响不可避免的会产生一些干扰信号，为了减少干扰以及仪表内部原因的影响，对采集到的数据进行预处理。

（1） 消除突变异常

经过一次预处理的孤立数据并不能反映实际的设备特征，应利用各种数学方法对参数进行不同的处理，提取反映故障原因，适用于专家系统的参数，即进行数据的二次预处理，对数据进行复合参数的计算，特征参数的计算及参数的模糊处理。

4 结论

对变压器的故障诊断是开展在线监测、实施状态检修的关键一步，主要采用时基故障决策树的方法进行变压器的故障诊断。决策树网络可以根据采用传感器数量的不同，有不同的设置。在决策树推理过程中，运用频谱分析法、改良的三比值法、传统的比较综合法、BP 组合神经网络法等。在高频局放的分类器中，对变压器状况进行量值判定，采用传统比较法。对异常的变压器局部放电进行频谱分析，细分为哪种放电模式。在油色谱的分类器中，对异常的色谱采用BP组合神经网络诊断法，收集尽可能多的变压器故障色谱案例进行推理，可以相当准确的判断变压器故障类型。对单支故障树的分类器，采用传统的比较法，判定单项故障的可能性。在故障诊断结论中，采用所有的参数编码法，结合专家经验库做出结论。