基于大数据的电力变压器智能在线监测方法研究

李伟 郁章伟 李娜 林江 蔡会会

摘 要：文章通过阐述电力变压器智能在线监測技术的现状以及变压器局部放电、油色谱分析、铁芯接地等多种在线监测技术原理，提出一种基于大数据的电力变压器智能在线监测方法，该方法融合了变压器在线监测的多种原理，通过模块化设计，智能采集电力变压器的多种状态信息，通过对数据的比对、分析，实现对变压器的故障诊断和状态评估。

关键词：电力变压器 智能监测 局部放电 油色谱分析 铁芯接地

中图分类号：TM41 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2018）01（a）-0024-02

变压器在电力系统中主要实现电能的分配、电压的转化以及转移的作用。因为变压器长期处于运行状态，所以无法避免故障的出现，导致变压器出现故障的原因很多，如变压器在安装、检修、维护过程中，未严格按照规范要求操作，自然灾害，变压器长期运行使材质逐渐劣化等均会导致变压器出现故障。因为故障无法避免，所以对变压器故障实现早期监测及准确诊断非常重要。

1 变压器监测发展概况

早期主要通过现场巡视油温、油位及运行声响，并结合定期检修等对电力变压器进行监测。定期检修有自身的科学依据和合理性，但这种检修模式存在以下弊端：工作量大，检修成本高；缺陷检出率不高；存在过度检修，检修中增加了产生新隐患的几率；检修需停电，增加了误操作几率；新技术发展导致原有检修管理、规程及工艺与实际不符；计划检修周期与设备寿命及故障规律不符等。

基于变压器等早期检修模式存在的问题，国家电网公司于2006年初开始推行状态检修，2009年5月，又推出智能电网发展计划。随着智能电网建设的推进，变压器智能在线监测技术成为智能电网的研究热点之一。

目前，国内外对变压器在线监测原理研究有多种方法，如变压器局部放电、油色谱分析、铁芯多点接地等在线监测系统，但大多依据单项原理进行产品开发或研究，若想获得变压器各种故障信息，现场需安装多套设备及后台装置，存在占用空间过大及后台装置重复设置问题。

2 变压器智能监测原理

2.1 变压器局部放电的在线监测。

局部放电是指由于电场分布不均匀，局部电场过高，导致绝缘介质中局部范围内的电气放电或击穿现象。局部放电逐渐发展会导致绝缘系统失效。对局部放电进行有效的在线监测，对于保障电力变压器的安全稳定运行具有重要的意义。

变压器在运行条件下发生局部放电时，会产生电脉冲、电磁辐射、超声波、光、局部过热，油中放电还将分解出气体，产生能量损耗等。因此相应的监测方法有：脉冲电流法、超声波法、超高频法、气相色谱法、光测量法、红外监测法等[1]。通过传感器采集局部放电时产生的特征量，送至数据处理装置，可对变压器局部放电实时在线监测。

（1）脉冲电流法。

脉冲电流监测法是通过监测阻抗来监测变压器套管末屏接地线、外壳接地线、铁芯接地线及绕组中由于局部放电引起的脉冲电流而获得视在放电量等局放特征量。

（2）超声波法。

超声传感器固定在变压器外壳上，利用压电晶体作为声电换能器，将变压器内部局部放电产生的超声脉冲信号转换成电信号，放大后传送至监测系统。

（3）超高频法。

超高频法的基本原理就是使用UHF天线来检测局部放电产生的超高频电磁波。具有灵敏度高，抗干扰能力强的优点，并能够对放电源进行定位。

（4）气相色谱法。

气相色谱法是利用变压器发生局部放电时内部固、液体绝缘材料因老化或缺陷而产生的如C2H2、C2H4、CH4、C2H6、H2、CO等各种特征气体溶解在油中的含量进行测量分析来判断其故障。

（5）红外检测法。

红外检测是基于局部放电引起的局部温度升高，通过红外探测器和热成像来实现检测。

（6）光测量法。

光检测法是检测局部放电产生的光辐射。

2.2 变压器油色谱分析的在线监测。

变压器油中溶解气体色谱分析的在线监测方法是基于油中溶解气体理论，它直接在现场实现油色谱的定时在线智能化监测与故障诊断。

在正常运行温度下，油和固体绝缘材料老化过程主要产生CO和CO2；在油纸绝缘材料中存在局部放电时，油裂解主要产生H2和CH4；在故障温度高于正常运行温度不多时，油裂解的产物主要是CH4；随着故障温度的升高，主要产生C2H4和C2H6；在温度高于1000℃时，油分解产生较多的C2H2；当故障涉及到固体绝缘材料时，会产生较多的CO和CO2。

2.3 变压器铁芯多点接地的在线监测

变压器正常运行中，带电绕组通过寄生电容的耦合作用，使铁芯对地产生悬浮电位，存在着电位差，当两点之间的电位差达到能够击穿其间的绝缘时，便产生放电。为了消除这种现象，把铁芯与外壳可靠地连接起来，使它与外壳等电位，但当铁芯或其他金属构件有两点或多点接地时，接地点就会形成闭合回路，造成的环流有时可达数十甚至上百安培，引起局部过热，导致油分解，绝缘性能下降，甚至使铁芯烧坏，造成变压器重大事故。

因此在变压器运行过程中，能实时监测变压器铁芯及夹件接地电流变化至关重要。变压器铁芯接地电流监测装置通过检测安装在变压器铁芯接地线上的电流互感器信号，可实时监测变压器铁芯接地电流，并将监测数据传输到后台，结合分析软件实现在线监测及故障诊断。

3 基于大数据、多种原理的变压器智能在线监测方法

近年来，基于变压器故障类型采用局部放电、油色谱分析、铁芯接地检测等原理研制了各种在线监测系统，部分监测系统已经应用于生产现场，取得了良好的效果和经济效益。但采用多种监测装置对于同一台变压器进行在线监测存在现场空间占用过大、部分设备重复设置问题。本文提出的基于大数据的电力变压器智能在线监测方法，通过对各监测装置进行模块化设计，并依托现有的EMS系统、监控系统、继电保护及故障信息子站系统采集的变压器运行负载趋势及其他电气数据，智能采集变压器的多种状态信息，依据大数据及专家系统，对获取的海量和井喷式数据，进行抽取、集成、比对、分析，实现对变压器的故障诊断和状态评估。

4 结语

本文通过阐述变压器局部放电、油中溶解气体、铁芯接地等在线监测的方法，提出融合多种原理的变压器智能在线监测方法，通过使用大数据、专家系统分析，判断变压器运行状态，为变压器安全、可靠、经济运行提供技术支撑。

参考文献

[1] 杨永明.电力变压器局部放电在线监测中干扰的识别和抑制方法的研究[D].重庆大学，1999.