基于漏油实验的配电变压器可靠性评估方法

郭国伟，刘献，林棣伟

（广东电网有限责任公司佛山供电局，佛山 528000）

引言

配电变压器作为配电网中的重要电气设备，在电能传输、电能分配、电能转化等方面发挥着关键作用。由于配变应用场景众多，一旦出现故障将影响配电网的可靠运行，为降低故障检修成本，配电变压器的故障评估具有重要意义[1-5]。

目前在投配电变压器的主要类型为油浸式变压器，油浸式变压器漏油故障是其常见故障，变压器漏油会导致绝缘下降、变压器发热、甚至损坏，危害配电网安全可靠性，准确评估配电变压器漏油状态，及时运维避免设备故障，是供电企业重要的工作之一[6-8]。

对于配电变压器是否出现漏油故障，现有采用的工程手段是通过人工定期巡检，以目测的方式进行检测，但效率低下且无法提前发现和防范漏油故障。而在理论研究上，文献[9]选用了三角形和梯形结合的方式对变压器故障进行诊断，并建立电力变压器状态评价模型同时生成评价表，应用模糊数学的分析方法，实现电力变压器故障的解决方案，但对漏油故障评估针对性不强。文献[10]两起变压器呼吸器异常情况，介绍了呼吸器漏油现象,并对变压器呼吸器漏油的原因进行了详细分析，但未提及变压器漏油故障评估方法。

针对上述问题，本文基于自主设计的配电变压器漏油检测实验，在充分分析和拟合实验数据的基础上构建变压器油位变化、油箱内部压强与温度的关系，通过该映射关系，结合现场采样数据建立配电变压器的可靠性评估模型。现场的验证实验数据表明，评估模型能有效反映实验数据间的内在规律，对以后配变漏油故障的可靠性评估具有一定参考意义。

1 配变可靠性评估模型

配电变压器的可靠性评估直接关系到设备的运行安全性、经济性和可维护性。常见的可靠性评估指标有运行时间、故障时间、故障次数、故障率、维修时间、维修次数、维修率等，大多与设备的故障问题有关，因此配变的可靠性评估与其故障评估紧密相连，若能降低设备其故障发生率也将显著提高配电变压器的运行可靠性。漏油故障作为最常见的故障，本文即以漏油故障的评估来表征配电变压器的可靠性大小。

1.1 漏油实验设计

造成配电变压器漏油的主要原因是绝缘老化、电气击穿、环境恶劣等因素，这些因素电网长期运行下来难以避免。漏油故障的发生将导致变压器绝缘性能下降，增加电击风险，同时漏油会干扰运维人员对变压器储油柜内密封状况和油位计指示的监视和判断。为检测变压器是否发生漏油，本文自主设计了漏油检测实验，设计思路如图1 所示，先记录配变正常运行的油压、油位、油位在线监测数据，然后研究油压与油温、油压与油位的内在映射关系，再通过人为放油来模拟漏油的情况，以此来分析配电变压器漏油后的油压与油温、油压与油位关系是否符合规律。

图1 漏油实验设计思路

根据上述实验设计思路，本文自主设计漏油实验方案来实现配变漏油的监测和评估，如图2 所示。

图2 漏油实验方案示意图

具体实验流程为：

1）变压器运行后，记录油压、油温、油压的在线监测数据；

2）根据数学拟合方法对油压和油温及油压和油位的数据进行拟合；

3）在油压过大时，压力释放阀泄压后，由于气体含量减少，重新对油压和油温及油压和油位的数据进行拟合，需要注意的是每次压力释放阀泄压后都需要重新记录数据、拟合数据。

4）放油模拟漏油场景，记录油压、油温、油压的在线监测数据，将油压、油温、油压数据代入到2）中的油压和油温及油压和油位的拟合关系中，判断数据是否符合拟合的数学关系。

1.2 漏油评估模型构建

基于上述实验数据和结论，本文采用使用温度，压力，油位状态三者数据建立模型，利用温度，压力，油位状态三者之间的映射关系，建立得到评估漏油情况的模型。

根据测试数据，获取合格配电变压器合理参数范围。通过测试可知，合格变压器的绝缘油位置和油箱内部压力关系很大，而压力值则在变压器使用过程中，随着变压器的绝缘油温度变化而变化，并且能形成规律。经过数据拟合成压力和温度的关系公式。

在测试的过程中，变压器绝缘油位缓慢下降，通过数据观察可知，在发生变压器漏油故障时，由于变压器存在密封性的缺陷，导致漏油的发生，而无论温度怎么变化，变压器内部和外部气压最终都会趋向于相等，甚至偏低，由此也可以判断变压器的密闭性能。智能油位计连续测量距离为30 mm，当绝缘油下降25 mm 后，绝缘测试模块发生报警，结合温度和压力的数据变化，可以确定变压器发生漏油故障。

结合实际理论分析，定义101 kPa 为标准大气压，结合实测数据以及理论分析，变压器每次变化10 ℃，压力需变化1 个大气压为合理范围。

2 配变可靠性评估方法

通过设计的漏油实验所测数据以及后续构建的漏油评估模型，通过测量变压器的绝缘油温度、变压器的箱体内部压强数据，以及当前绝缘油油面下降距离（精度1 mm），将数据存储至后台计算机内。存储测得变压器的绝缘油温度、变压器的箱体内部压强历史数据，每10 min 存储一次，累计存储100 条。油压和油温、油压和油位的数学关系需进行拟合处理，将数据散点拟合为各参数数据的变化曲线。绝缘油液面的油位可通过智能油位计实时监测，若无下降则定义为0，其余数据则定义为下降距离；如果绝缘油无下降状态，则继续监测数据，并重新存储数据。若监测到绝缘油油面有出现下降，那么将当前测得变压器的箱体内部压强、绝缘油温度数据代入到油压和油温的数学拟合公式中，判断数据是否符合拟合规律，如果不符合，说明存在漏油故障，并启动漏油告警；如果符合，说明存在假漏油现象，为压强变化导致出现油位下降情况，需要进一步评估是否真实漏油，则将当前测得变压器的箱体内部压强、油液位数据代入到油压和油位的数学拟合公式中，则对拟合规律进行判定。如果不符合，则再进行判断油位是否下降20 mm，如果下降则确认为漏油故障，同时启动漏油告警；如果符合，则判定为假漏油现象，并继续监测数据。

经上述漏油故障的判断之后，系统同时需要对绝缘油模块报警启动进行监测，如果启动，则当绝缘油油位下降距离不满足实验测试数据规律、油位已经下降20 mm 以上并且绝缘性能监测模块发生报警，三个状态同时发生，那么判定变压器漏油严重，启动保护。如果没有启动，则重新继续监测数据，具体的评估方法流程图如图3 所示。

图3 漏油评估方法流程图

3 应用算例

基于上述漏油故障模型，本文以实例进行数据分析采集，在实验环境以及现场环境下进行配电变电器的可靠性评估。实验设备如图4~6 所示，将绝缘油老化传感器安装于油位计下部分，并将传感器的接线通过油位计本体引出，连接到控制器进行数据分析。

图4 普通油位计示意图

图5 l 漏油实验设备示意图

图6 漏油实验设备接线示意图

通过上述实验仪器，进行漏油实验的数据采样与检测，具体环境如图7 所示。

图7 实验环境

在广西百合地区选取一台用户的在油浸式配电变压器，该配变可在线监测油温、油压、油位等油状态数据，所选配变如图8 所示。

图8 广西百合地区油浸式配变现场图

为验证上文所提的漏油评估方法中油压与油温、油压与油位的数学拟合模型的有效性，对上表数据分析油压与油温的分布规律、油压与油位的分布规律是否服从数学拟合模型的分布规律，为直观展示验证结果，将上表数据分析油压与油温、油压与油位的数据绘制散点图，数学拟合模型绘制成拟合曲线，观察散点图与拟合曲线的分布，如图9 所示。

图9 监测数据散点与拟合曲线的分布

从图9 可见，配变正常运行时油压与油温、油压与油位的数据基本符合上文实验得到的两个数学拟合模型，从该实例分析可知，从实验数据推导的油压与油温、油压与油位的数学拟合模型有效，可适用配变的漏油分析。

4 结语

随着配电网规模的不断扩大，变压器漏油故障的准确评估对配电网安全运行具有重要意义。本文依托自主设计的配电变压器漏油实验，在充分分析和拟合实验数据的基础上构建了变压器油位变化、油箱内部压强与温度的关系，提出了配电变压器漏油故障评估流程，通过现场实测数据验证了可靠性评估方法的有效性，有助于及时发现配电变压器漏油故障，提高设备运行可靠性。