章波

【摘 ?要】電力變壓器故障診斷技術(shù)能夠檢測出變壓器運(yùn)行中發(fā)生的故障，并對(duì)故障類型做出準(zhǔn)確判斷。絕緣油試驗(yàn)就是一種很重要的故障診斷方法，該方法能夠有效排查變壓器的潛在故障，保障變壓器的正常運(yùn)行。我國對(duì)變壓器設(shè)備的維護(hù)主要實(shí)行定期檢修制度，依靠人工巡檢的方法周期性的檢驗(yàn)和維護(hù)電力設(shè)備，即對(duì)設(shè)備進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)。本文從在線故障診斷和離線故障診斷兩個(gè)方面介紹了油浸式電力變壓器的故障診斷方法，并探討了變壓器遠(yuǎn)程監(jiān)測技術(shù)在實(shí)際工程中的運(yùn)用，研究了變壓器故障診斷技術(shù)的發(fā)展情況。

【關(guān)鍵詞】變壓器; 在線故障診斷; 離線故障診斷; 遠(yuǎn)程監(jiān)測;

目前實(shí)際工程中常用的變壓器故障診斷試驗(yàn)項(xiàng)目包含：電氣試驗(yàn)、油色譜分析、油化試驗(yàn)、局部放電試驗(yàn)、紅外測溫和繞組變形試驗(yàn)六類，這些檢測項(xiàng)目對(duì)不同故障類型具有不同的靈敏度和有效性。如何科學(xué)合理地利用變壓器的故障信息，準(zhǔn)確判別變壓器的故障類型和嚴(yán)重程度，是電力變壓器狀態(tài)檢測和維修的關(guān)鍵。

本文基于實(shí)際中應(yīng)用最廣泛的油浸式變壓器故障診斷法，分別從變壓器在線和離線診斷技術(shù)對(duì)變壓器故障診斷技術(shù)進(jìn)行探討，提出了變壓器遠(yuǎn)程檢測技術(shù)的運(yùn)用和發(fā)展前景，為判別變壓器受損情況和故障修復(fù)的技術(shù)發(fā)展提供依據(jù)。

1 電力變壓器故障診斷的基礎(chǔ)理論

變壓器油色譜分析是反映油浸式變壓器故障狀況最重要、最直觀的診斷方法，可以為變壓器的故障判斷提供可靠的依據(jù)。許多變壓器故障診斷試驗(yàn)都是在變壓器油色譜分析的基礎(chǔ)之上進(jìn)行拓展和延伸的。通過測量變壓器油中溶解的各種氣體成分和濃度的變化情況，就可以發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部可能存在的潛在故障，以便在變壓器故障早期就能夠及時(shí)進(jìn)行維修。

合格的變壓器油是澄清透明的礦物油，無雜質(zhì)沉淀及固體懸浮物。如果變壓器油在循環(huán)過程中受到污染或使用過久已經(jīng)老化，變壓器油色就會(huì)由澄清漸變?yōu)闇\紅色直至變?yōu)樯詈稚?，并伴有沉淀物和絮凝物質(zhì)產(chǎn)生。通常，變壓器油呈淺棕色時(shí)就應(yīng)該及時(shí)更換新油。當(dāng)變壓器內(nèi)部出現(xiàn)故障時(shí)，變壓器油的顏色也會(huì)發(fā)生變化。常見的變壓器油變質(zhì)現(xiàn)象中，若變壓器油呈乳濁狀，說明油中含水量過高;油色發(fā)暗，說明變壓器油老化變質(zhì);油色發(fā)黑并帶有異味，則說明變壓器內(nèi)部存在故障。

在進(jìn)行故障診斷時(shí)，通過對(duì)變壓器油的外觀、PH值、含水量、水溶性酸、閃點(diǎn)、油中氣體組分含量、界面張力、凝點(diǎn)、體積電阻率等各個(gè)物理和化學(xué)性質(zhì)的檢測，就可以推斷出變壓器運(yùn)行狀態(tài)的異常變化，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障并采取相應(yīng)的措施消除設(shè)備故障，防止劣化的變壓器油繼續(xù)損害設(shè)備，保證變壓器的正常運(yùn)行。

2 變壓器故障在線診斷法

變壓器在線檢測的目的是通過對(duì)變壓器運(yùn)行過程中特征數(shù)據(jù)的采集和分析，通過計(jì)算比對(duì)判別出變壓器所處的運(yùn)行狀態(tài)，從而在變壓器故障產(chǎn)生的初期就能感應(yīng)到異常的運(yùn)行狀態(tài)，并監(jiān)測故障狀態(tài)的發(fā)展趨勢(shì)。這種方法可以連續(xù)且大量的采集變壓器設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，反映迅速且準(zhǔn)確度高，彌補(bǔ)了周期性預(yù)防試驗(yàn)兩次檢查之間可能時(shí)間間隔過長的缺點(diǎn)。但實(shí)際變壓器運(yùn)行狀態(tài)是復(fù)雜且時(shí)變的，在數(shù)據(jù)收集的過程中普遍面臨著大量噪聲干擾的問題，如何科學(xué)合理的對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行降噪處理，提高數(shù)據(jù)的精確性和可靠性也是在線監(jiān)測技術(shù)亟待提高的方面。另外，在線監(jiān)測的狀態(tài)分析環(huán)節(jié)需要收集大量的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)作為支撐，而如何存儲(chǔ)這些海量數(shù)據(jù)也是該技術(shù)需要解決的問題之一。

2.1 氣相色譜在線檢測技術(shù)

氣相色譜儀被廣泛應(yīng)用在各種變壓器的故障檢測中，該方法具有便捷、高效、靈敏等優(yōu)良特點(diǎn)，可以快速檢測變壓器油中所含各種氣體的濃度。氣相色譜在線檢測技術(shù)的核心步驟是油氣分離。目前在實(shí)際工程中應(yīng)用最廣泛的是通過高分子膜來進(jìn)行油氣分離。高分子膜對(duì)于不同的氣體分子具有選擇透過性，可以直接過濾出樣品油中需要測定的目標(biāo)氣體，該方法的操作流程相比于振動(dòng)脫氣、鼓泡法等傳統(tǒng)方法更加簡單。

2.2 紅外光譜在線檢測技術(shù)

紅外光譜技術(shù)可以直測定油溶氣體的類別和濃度，具有快速準(zhǔn)確、非接觸性及容易操作等特點(diǎn)。實(shí)際工程中一般使用HW-500紅外氣體分析儀，該檢測器對(duì)熱效應(yīng)的敏感度很高，可以直接對(duì)油溶氣體做定量分析。雖然紅外光譜儀可以迅速準(zhǔn)確的檢測多種氣體，但是它無法感應(yīng)變壓器發(fā)生故障時(shí)產(chǎn)生的H2且成本昂貴，所以人們近年來更加注重光聲光譜技術(shù)在診斷變壓器故障方面的研究。

3 變壓器故障離線診斷法

3.1 直觀檢查法

技術(shù)人員直接進(jìn)入配電室檢查室內(nèi)基本電器元件和線路是否存在燒損、冒煙、絕緣損壞、異常放電痕跡和設(shè)備爆炸損壞等現(xiàn)象。該方法簡單直觀，但對(duì)故障狀況分析的程度不夠深入，往往只能在變壓器發(fā)生故障之后對(duì)最為明顯的故障原因進(jìn)行大概的初步判斷，是最基本和簡單的檢查方法。

3.2 電氣預(yù)防性試驗(yàn)法

電氣預(yù)防性試驗(yàn)法是一種評(píng)估電力變壓器性能指標(biāo)是否正常的方法，該試驗(yàn)的方法和種類較多，但實(shí)施流程往往較為繁瑣。有些試驗(yàn)必須要將變壓器拆解之后才可進(jìn)行，有些需要與其他試驗(yàn)項(xiàng)目同時(shí)進(jìn)行，有些則是變壓器投入運(yùn)行之后定期檢查的測試項(xiàng)目，有些需要在特殊環(huán)境下才可進(jìn)行;如交流耐壓試驗(yàn)就是一種破壞性試驗(yàn)，這種試驗(yàn)對(duì)變壓器和電力線路的耐壓要求都很高，現(xiàn)場條件一般很難滿足，并且對(duì)變壓器設(shè)備進(jìn)行頻繁的拆裝并不利于設(shè)備的維護(hù)。

4 變壓器故障的遠(yuǎn)程監(jiān)測

目前，大多數(shù)檢查方法還是需要工作人員手持測溫儀器或成像儀器定期對(duì)設(shè)備進(jìn)行定期巡檢，然后再對(duì)獲取的溫度數(shù)據(jù)和紅外圖像進(jìn)行人工分析。這種傳統(tǒng)方案不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且可能無法發(fā)現(xiàn)一些變壓器內(nèi)部的潛伏性故障。而紅外檢測技術(shù)具有安全性高、響應(yīng)迅速、操作便捷、非接觸性、可靠度高等傳統(tǒng)常規(guī)檢測方法所不具備的優(yōu)點(diǎn)，因此，基于紅外圖像的電力變壓器遠(yuǎn)程監(jiān)測方式正在成為一種逐步普及的變壓器故障監(jiān)測方法。

基于紅外圖像的電力變壓器遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)由紅外攝像頭、云平臺(tái)、預(yù)警系統(tǒng)、傳輸設(shè)備、監(jiān)控端等模塊組成。根據(jù)變電站選擇多個(gè)合適的位置分別安裝攝像頭和感應(yīng)設(shè)備，通過固定的紅外攝像頭來實(shí)現(xiàn)定期的巡檢，將所得圖像和溫度等信息通過一系列數(shù)學(xué)模型進(jìn)行處理，然后發(fā)送至云平臺(tái)自動(dòng)分析，再通過無線傳輸、光纖、交換機(jī)等通訊設(shè)備實(shí)現(xiàn)信息傳輸及大數(shù)據(jù)分析。計(jì)算機(jī)和配套軟件可根據(jù)需要預(yù)設(shè)置監(jiān)測點(diǎn)，當(dāng)攝像頭獲取紅外圖像存入對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)庫，整個(gè)系統(tǒng)可進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理、實(shí)時(shí)測溫報(bào)警等功能。配合人工操作即可實(shí)現(xiàn)一般性故障的遠(yuǎn)程自診斷功能，這種電力變壓器的遠(yuǎn)程檢測方案在很大程度上減少了人力勞動(dòng)量，在成本管理上具有很大優(yōu)勢(shì)。

結(jié)束語

電力變壓器是組成電力系統(tǒng)的重要成分之一，其安全運(yùn)行直接影響著整個(gè)電網(wǎng)供電的高效性、可靠性、穩(wěn)定性。目前，我國已有很多投入運(yùn)行多年的變壓器，這些多年運(yùn)行的變壓器往往存在如絕緣老化等很多嚴(yán)重的安全隱患，發(fā)生故障的概率會(huì)隨著運(yùn)行年限的延長不斷增大。由于現(xiàn)代社會(huì)生產(chǎn)生活對(duì)電力的高度依賴，變壓器一旦發(fā)生事故將會(huì)導(dǎo)致該區(qū)域停電停產(chǎn)，有時(shí)甚至產(chǎn)生嚴(yán)重的社會(huì)經(jīng)濟(jì)和政治損失。因此，深入的研究電力變壓器故障診斷技術(shù)，對(duì)于電力系統(tǒng)長期保持穩(wěn)定、安全、高效的運(yùn)行具有重要的理論和實(shí)際意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]王偉.油浸式電力變壓器故障診斷技術(shù)的研究[D].濟(jì)南：山東大學(xué)，2008.

[2]楊廷方.變壓器在線監(jiān)測與故障診斷新技術(shù)的研究[D].武漢：華中科技大學(xué)，2008.

（作者單位：佛山市中研非晶科技股份有限公司）