原晟淇

摘 要：目前電力市場的競爭環(huán)境對電氣設(shè)備安全可靠的經(jīng)濟運行提出了更高的要求。本文主要介紹當前先進的電氣設(shè)備監(jiān)控技術(shù)，及其在變電站中主要設(shè)備如變壓器，電容器，斷路器，組合補償設(shè)備，避雷器中的實際應用，可以降低設(shè)備的運行和維護成本，并改善供電效果，并對提高設(shè)備可靠性和市場競爭力有一定的指導和參考意義。

1.背景

目前，國內(nèi)已經(jīng)投入大量的變壓器在線監(jiān)測裝置。但據(jù)統(tǒng)計，許多已安裝的在線監(jiān)控設(shè)備沒有起到作用。 許多設(shè)備自身具有較高的故障率，且其對于被測設(shè)備的故障監(jiān)測準確率也很低，對變壓器的在線監(jiān)測帶來了許多負面影響。 因此，提高變壓器在線監(jiān)測設(shè)備的可靠性，及其故障診斷的準確性已成為變壓器在線監(jiān)測系統(tǒng)的主要任務。

隨著電力系統(tǒng)向超高壓、大容量方向發(fā)展，確保電氣設(shè)備的安全運行越來越重要。停電事故對工業(yè)生產(chǎn)和居民生活的影響和損失也在增加。因此，需要對電氣設(shè)備的運行狀態(tài)進行實時在線監(jiān)測，及時反映其絕緣劣化程度，以便采取預防措施，避免停電或事故。同時，狀態(tài)監(jiān)測也是設(shè)備維護中的一項在國內(nèi)外推廣和實施的關(guān)鍵支持技術(shù)。變電站是電力系統(tǒng)的重要組成部分，通過各類方法和設(shè)備，對變電站內(nèi)外設(shè)備進行在線狀態(tài)監(jiān)測，能提高設(shè)備的運行可靠性，降低設(shè)備的運維成本，對延長設(shè)備的使用壽命具有現(xiàn)實意義。

2.變壓器的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷方法

隨著電力需求的快速增長和電力系統(tǒng)的快速發(fā)展，電力行業(yè)面臨著提高設(shè)備利用率，降低設(shè)備運行成本，提高電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的挑戰(zhàn)。 這要求操作者更準確地掌握電力設(shè)備的操作。 而變壓器作為電力系統(tǒng)的主要運行設(shè)備，能夠正確監(jiān)測其運行狀況，在早期準確診斷其潛在故障，對電力輸配電中的電能傳輸至關(guān)重要。由于變壓器的故障，油中氣體的成分與變壓器故障的類型和嚴重程度密切相關(guān)。因此，對變壓器油中的氣體變化及其發(fā)展趨勢進行監(jiān)測是常用的變壓器狀態(tài)監(jiān)測方法。

圖1.變壓器的狀態(tài)監(jiān)控

2.1變壓器狀態(tài)監(jiān)測

為了實現(xiàn)電氣設(shè)備的可靠維護，最基本的是實現(xiàn)對其的狀態(tài)監(jiān)控，有必要實時，全面，真實地掌握電氣設(shè)備的運行狀態(tài)，及時獲得其運行時的各種狀態(tài)參數(shù)，以及它的變化趨勢。通過這種方式，可以對設(shè)備的潛在缺陷和故障進行準確的分析和判斷。狀態(tài)監(jiān)測包括離線監(jiān)測和在線監(jiān)測。所謂的離線檢測是在電氣設(shè)備停電后中進行各種測試，如傳統(tǒng)的預防性測試。在線監(jiān)測通過各種傳感器、計算機和通信技術(shù)，能夠在電氣設(shè)備通電時進行實時監(jiān)控。由于離線檢測需要停電，且測試周期較長，不能實時監(jiān)控電氣設(shè)備狀態(tài)參數(shù)的發(fā)展趨勢，并避免可能的故障，離線檢測不是狀態(tài)監(jiān)測維護的理想選擇，因而在線監(jiān)控成為首選。

2.2變壓器故障診斷

變壓器故障診斷的正確性直接決定變壓器是否需要維修。因此，研究變壓器故障診斷技術(shù)非常重要。變壓器故障診斷的主要任務是根據(jù)變壓器的內(nèi)部絕緣情況，分析和確定變壓器是否有缺陷或故障。

常見的變壓器故障有許多測試診斷方法。常見方法有：直流電阻測量，油色譜分析，絕緣性能測試，局部放電測試，邊緣電阻和吸收比測量，介質(zhì)損耗角正切測量，直流漏電流測量，繞組變形測試，低壓短路阻抗測試等。變壓器的故障診斷主要分為三個階段：傳感器診斷，實驗測試和智能檢測。

2.3意義

變壓器在線監(jiān)測系統(tǒng)可以實時掌握變壓器的實際情況，使變壓器大修從“一刀切”式的定期維護變?yōu)橥ㄟ^預測進行維護狀態(tài)。但在實際應用中，變壓器在線監(jiān)測系統(tǒng)仍存在許多問題。與傳統(tǒng)和離線維護方法相比，在線監(jiān)測設(shè)備不夠成熟和完善，運行環(huán)境差，操作上有較多問題。

在此背景下，本文主要研究新的故障診斷方法，并結(jié)合已有、成熟的傳統(tǒng)故障診斷方法來診斷變壓器故障，提高變壓器故障診斷的準確性。對故障狀態(tài)的預測也進行了研究，提出了一些新的方法，使變壓器狀態(tài)監(jiān)測更加健康，為電力系統(tǒng)帶來更大的社會效益和經(jīng)濟效益。

3.電氣設(shè)備的紅外診斷技術(shù)

隨著現(xiàn)代紅外技術(shù)的不斷成熟和完善，電氣設(shè)備的紅外監(jiān)測技術(shù)發(fā)展出了遠距離，非接觸，準確，實時，快速等優(yōu)點。它不存在電源故障，不需采樣，不會崩潰，可以實時在線快速監(jiān)控和診斷電力設(shè)備的大多數(shù)故障，因此它受到國內(nèi)外電氣公司的高度重視，并得到了迅速的發(fā)展。它的漸漸成為各個工廠設(shè)備運行的基礎(chǔ)，成為以確保設(shè)備的正常運行的一個重要的技術(shù)手段。

3.1紅外輻射的基本定律

3.1.1黑體輻射-普朗克定律的譜分布規(guī)律

一個黑體在溫度為T（K）附近的單位波長區(qū)間內(nèi)，單位表面區(qū)域向整個半球空間發(fā)射的輻射功率受波長 和 影響，其中 （T），波長 與溫度T 滿足以下關(guān)系：

式中， C1 為第一輻射常數(shù)， ， C2為第二輻射常數(shù)， 。

式 （1） 顯示了普朗克黑體輻射定律的數(shù)學關(guān)系，它給出了黑體在溫度T（K）下的光譜分布。

3.1.2黑體輻射光譜運動規(guī)律

黑體輻射光譜的運動規(guī)律。Wien一維位移定律揭示了黑體輻射光譜分布的峰值波長 與其絕對溫度T成反比。

從上式可以計算出，室溫下的黑體通常具有9.7 的輻射峰，分布在8-12 之間。

3.1.3輻射功率隨溫度的變化 - Stephen Boltzmann定律

Stephen-Boltzmann定律描述了黑體單位表面區(qū)域發(fā)射到整個半球空間的所有波長的總輻射功率隨其溫度的變化。

式中， ， 被稱為Stephen- Boltzmann常數(shù)。

Stephen-Boltzmann定律指出，溫度高于絕對零度的物體會自發(fā)地進行紅外熱輻射，并且黑體的單位表面區(qū)域發(fā)射的總輻射功率與其開爾文溫度的四次方成正比。 因此，物體的溫度稍微的變化將引起物體發(fā)射的輻射功率的大范圍變化。

4結(jié)論

變電站電氣設(shè)備的在線監(jiān)測和故障診斷是變電站狀態(tài)維護的主要配套技術(shù)措施，非常重要。同時，它還需要與其它技術(shù)手段結(jié)合，實現(xiàn)從定期維護到在線狀態(tài)監(jiān)測的完全過渡。另外，由于沒有系統(tǒng)的測量數(shù)據(jù)和經(jīng)驗，在全國范圍內(nèi)實現(xiàn)各變電站在線監(jiān)測數(shù)據(jù)的共享，更好地促進狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)的發(fā)展是未來的研究方向。

在線監(jiān)測和故障診斷是國內(nèi)外輸配電設(shè)備維護方式的主要發(fā)展趨勢。然而，配電設(shè)備在線監(jiān)測和狀態(tài)維護的研究與實踐是一項復雜的系統(tǒng)工程，需要在理論和技術(shù)上不斷創(chuàng)新。在國內(nèi)外眾多學者的共同努力下，在線監(jiān)測和故障診斷手段將廣泛應用于輸配電工程。

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