電力變壓器狀態(tài)檢修及在線監(jiān)測(cè)實(shí)際應(yīng)用

吳子豪，張小平，周藝環(huán)（國(guó)網(wǎng)陜西省電力公司電力科學(xué)研究院，陜西省西安市710099）

電力變壓器狀態(tài)檢修及在線監(jiān)測(cè)實(shí)際應(yīng)用

吳子豪，張小平，周藝環(huán)（國(guó)網(wǎng)陜西省電力公司電力科學(xué)研究院，陜西省西安市710099）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及市場(chǎng)化制度的深入，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)發(fā)生了非常大的變革。傳統(tǒng)的電力變壓器已經(jīng)不能滿足不斷快速增加的電能需求量，為了保證電網(wǎng)能夠更加安全可靠的運(yùn)行需要更加準(zhǔn)確、高效、及時(shí)的對(duì)變壓器進(jìn)行檢修和檢測(cè)，電力變壓器的狀態(tài)檢修以及在線監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。本文主要介紹電力變壓器狀態(tài)檢修及在線監(jiān)測(cè)的實(shí)際應(yīng)用情況，希望能夠?qū)ο嚓P(guān)人士起到一定的參考作用。

電力變壓器；狀態(tài)檢修；在線監(jiān)測(cè)

引言

社會(huì)的快速發(fā)展必然帶來較大的能源需求量，作為最基礎(chǔ)也是最重要的電力能源越來越受到了人們的關(guān)注。另外隨著電網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)模的不斷增加以及向著跨區(qū)域、超高壓的方向的發(fā)展，對(duì)于電力系統(tǒng)的安全性要求不斷提升。電力變壓器作為電力系統(tǒng)最重要的設(shè)備承載著電能的傳輸和轉(zhuǎn)換，因此其運(yùn)行情況直接決定著電力系統(tǒng)的安全性和可靠性，所以要提升電力變壓器的運(yùn)行維護(hù)以及檢修水平。變壓器的狀態(tài)檢修及在線監(jiān)測(cè)是通過現(xiàn)代化先進(jìn)技術(shù)手段，對(duì)于變壓器進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，及時(shí)獲得有效信息，通過科學(xué)的方式進(jìn)行分析診斷，從而獲得變壓器的狀態(tài)情況，進(jìn)而決定對(duì)其進(jìn)行檢修的策略，這對(duì)于電力系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展具有非常重要的理論以及實(shí)際意義。

1 電力變壓器的狀態(tài)檢修

對(duì)于電力變壓器來說，在其運(yùn)行管理過程中最主要的工作之一就是對(duì)設(shè)備的檢修。設(shè)備檢修工作所能達(dá)到的質(zhì)量情況直接決定了電網(wǎng)系統(tǒng)是否能夠安全、可靠的運(yùn)行。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速上漲，對(duì)于電能的需求和要求都在不斷提升，對(duì)于供電可靠性和安全性都有更高的要求，以前的檢修方式（周期檢修）已經(jīng)不符合現(xiàn)代設(shè)備運(yùn)行要求，有可能危及電網(wǎng)安全性，所以需要找到更加現(xiàn)代化、更加安全可靠的檢修方式。

電力變壓器的狀態(tài)檢修屬于全新的、優(yōu)化升級(jí)的管理方式，其不但是非常先進(jìn)的維修手段，也是現(xiàn)代設(shè)備管理理念的良好體現(xiàn)。電力變壓器的狀態(tài)檢修主要是為了解決傳統(tǒng)周期性檢修的各種問題而提出的全新的檢修方式。狀態(tài)檢修是非常主動(dòng)的檢修方式，是對(duì)于電力變壓器的預(yù)知性檢修，通過對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)來確定出設(shè)備的狀態(tài)從而確定檢修對(duì)策。此種檢修方式能夠在很大程度上避免無畏檢修的次數(shù)，提升檢修的針對(duì)性，獲得更好的檢修效果，提升了供電的可靠性，同時(shí)也很大程度上降低了檢修的費(fèi)用，相比于傳統(tǒng)檢修模式具有一定的優(yōu)越性。

2 電力變壓器的在線監(jiān)測(cè)

電力變壓器的在線監(jiān)測(cè)就是將全新的傳感技術(shù)、色譜分析技術(shù)和人工智能技術(shù)進(jìn)行良好的融合，從而實(shí)現(xiàn)變壓器的在線監(jiān)測(cè)，確保變壓器的安全運(yùn)行。此技術(shù)已經(jīng)成為了現(xiàn)代變壓器故障診斷最重要的技術(shù)之一，也是今后一段時(shí)間的發(fā)展方向。

隨著人們對(duì)于狀態(tài)檢修理念的逐漸接受，變壓器的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)越來越受到人們的關(guān)注，對(duì)于此方面的技術(shù)也進(jìn)行了深入研究，已經(jīng)開發(fā)出了全新的電力變壓器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。此系統(tǒng)主要包括傳感器、色譜分析法則以及人工智能診斷系統(tǒng)等內(nèi)容，其系統(tǒng)模型如圖1所示。

圖1 變壓器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

在此系統(tǒng)中，傳感器方面主要包括氣體傳感器、電流傳感器以及溫度傳感器等等，采用何種傳感器主要是由監(jiān)測(cè)項(xiàng)目來決定的。傳感器可以將測(cè)得的相關(guān)信號(hào)（主要是電信號(hào)和非電信號(hào)）轉(zhuǎn)換成為統(tǒng)一的電磁（模擬）信號(hào)，并且將其傳給信號(hào)處理器以及A/D轉(zhuǎn)換器，最終要輸入到計(jì)算機(jī)內(nèi)，通過智能化的故障診斷系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的處理。

2.1 變壓器色譜分析法

變壓器油中氣體色譜分析法（DGA）是初期診斷變壓器內(nèi)部局部放電故障最好的方法之一。此種方法可以有效監(jiān)測(cè)到變壓器的運(yùn)行情況，能夠?qū)ψ儔浩鞔嬖诘倪^熱情況以及某些故障的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行一定的預(yù)報(bào)。

（1）變壓器油內(nèi)故障特征氣體情況。一般來說，隨著變壓器的逐漸運(yùn)行，其內(nèi)部的絕緣油以及相應(yīng)的絕緣材料會(huì)受到電以及熱方面的影響而發(fā)生老化以及分解，從而產(chǎn)生一定量氣體，這些其他會(huì)有一定量融入到油內(nèi)。

故障氣體的類型以及含量直接決定了變壓器故障的類型以及嚴(yán)重程度。在油以及固體絕緣材料正常老化過程中所產(chǎn)生的氣體主要為一氧化碳以及二氧化碳；若是變壓器發(fā)生故障而出現(xiàn)油溫高于正常情況時(shí)，油裂解就會(huì)產(chǎn)生CH4；隨著故障溫度的不斷上升，逐漸會(huì)產(chǎn)生C2H4以及C2H6；如果溫度達(dá)到1000℃，油會(huì)進(jìn)一步分解而產(chǎn)生較多的C2H2。

（2）氣體的色譜分析?？梢圆捎锰卣鳉怏w法對(duì)于油中溶解氣體分析結(jié)果進(jìn)行解釋，并且診斷出產(chǎn)生這些氣體的故障原因?？梢缘玫剑喝羰且?yàn)檫^熱造成的故障，總烴含量就會(huì)很高；若是因?yàn)榫植糠烹姽收?，H2的含量就會(huì)較高，并且在總烴中CH4占到主要部分；若是因?yàn)榉烹姽收?，則H2和C2H2的含量就會(huì)比較高。DGA方法對(duì)于色譜的分析主要是以三比值法為基礎(chǔ)進(jìn)行的，通過H2、CH4、C2H4、C2H6以及C2H2來形成三對(duì)比值進(jìn)而對(duì)變壓器故障性質(zhì)進(jìn)行判斷。三對(duì)比值通過不同的編碼進(jìn)行表示，同時(shí)對(duì)于這些編碼進(jìn)行組合分析，就是指對(duì)于故障情況根據(jù)程度來進(jìn)行分來，從而做出相應(yīng)的判斷。但是變壓器故障類型不單單由氣體溶度值來決定，同時(shí)也取決于氣體組分之間的相互關(guān)系。

2.2 光聲光譜在線監(jiān)測(cè)在變壓器中的應(yīng)用

光聲光譜法主要是利用檢測(cè)氣體分子對(duì)于激光光子能量的吸收從定量的角度進(jìn)行氣體濃度的分析，將其應(yīng)用在變壓器油的氣體含量在線監(jiān)測(cè)方面具有比較高的靈敏度以及測(cè)量精度，同時(shí)所需的氣樣比較少，不需要任何的載氣，這樣就能夠很大程度上縮短油氣分離的時(shí)間，減少測(cè)量所需時(shí)間，并且便于對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)。此種在線監(jiān)測(cè)方法不用進(jìn)行定期標(biāo)定，也不需要進(jìn)行預(yù)熱，具有較好的穩(wěn)定性以及較長(zhǎng)的使用壽命。所以將光聲光譜法應(yīng)用在變壓器在線監(jiān)測(cè)方面能夠給變壓器的絕緣故障診斷提供非?？煽康臄?shù)據(jù)。

2.2.1 以光聲光譜法為基礎(chǔ)的變壓器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

以光聲光譜法為基礎(chǔ)的變壓器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要包括幾部分，分別為：油氣分離模塊、光聲模塊、信號(hào)處理模塊、控制模塊、通信和故障診斷等等?，F(xiàn)階段應(yīng)用比較廣泛的以光聲光譜法為基礎(chǔ)的變壓器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 以光聲光譜法為基礎(chǔ)的變壓器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

其運(yùn)行過程為：首先會(huì)從變壓器中提取一定量的油品流入到油氣分離實(shí)當(dāng)中，經(jīng)過相應(yīng)的分離處理之后需要將分離得到的氣體導(dǎo)入到光聲腔之內(nèi)。與此同時(shí)，故障氣體會(huì)在氣體循環(huán)泵的作用之下在光聲腔和油氣分離室之間進(jìn)行循環(huán)性流動(dòng)。通過微音器能夠?qū)收蠚怏w中不同氣體成分含量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，所監(jiān)測(cè)到的信號(hào)首先會(huì)經(jīng)過差分放大處理之后通過鎖相放大器來鎖相放大，這樣就能夠從噪聲當(dāng)中找到較為微弱的有效信號(hào)，之后就可以通過數(shù)據(jù)采集卡來將所得到的信號(hào)輸入到計(jì)算機(jī)內(nèi)進(jìn)行故障的診斷分析。

2.2.2 油氣分離裝置

油氣分離裝置的結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 油氣分離裝置結(jié)構(gòu)示意圖

油氣分離裝置的主要工作過程為：首先要將注油閥、回油閥以及回油泵關(guān)閉，同時(shí)要將電磁閥開啟，之后啟動(dòng)真空泵進(jìn)行抽真空，將抽取氣體排出到外界空氣當(dāng)中而在內(nèi)部形成負(fù)壓；之后進(jìn)行注油，漿回油止回閥和氣體止回閥關(guān)閉掉，并且將注油閥開啟向著油氣分離室中注油，在此過程中要通過流量控制器來計(jì)量，在注入的油量達(dá)到相應(yīng)量的時(shí)候就要關(guān)閉注油電磁閥。當(dāng)油位達(dá)到設(shè)定高度時(shí)就會(huì)觸發(fā)相應(yīng)的傳感器來強(qiáng)制性的將注油電磁閥關(guān)閉來停止注油。在完成了上述的操作之后就要進(jìn)行振蕩脫氣。主要是通過超聲振蕩器進(jìn)行，并且將脫出的氣體輸入到被檢測(cè)光聲腔內(nèi)部。在完成了脫氣檢測(cè)之后就可以進(jìn)行回油。通過回油泵將完成脫氣的油注入到變壓器當(dāng)中，在完成了回油之后就相當(dāng)于完成了脫氣過程。

2.2.3 鎖相放大器

鎖相放大器的結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 鎖相放大器結(jié)構(gòu)示意圖

鎖相放大器主要包括信號(hào)通道、參考通道、相敏檢測(cè)器PSD以及低通濾波器LPF等主要幾部分。

其中信號(hào)通道主要包括低噪音的前置放大器、寬帶放大器以及不同特性的濾波器等等，其主要作用在于放大調(diào)制正弦信號(hào)輸入，將原來較為微弱的信號(hào)進(jìn)行放大，使其能夠推動(dòng)相敏檢測(cè)器工作電壓有效值，同時(shí)能夠?qū)⒉糠值母蓴_和噪聲濾除掉，從而提升PSD的動(dòng)態(tài)范圍。參考通道是鎖相放大器獨(dú)有的特征，是區(qū)別于普通放大器的重要組成部分，其作用在于放大或衰減相應(yīng)的參考輸入信號(hào)，這樣就能夠給PSD提取被測(cè)信號(hào)的頻率特征提供出和被測(cè)信號(hào)頻率相同的信號(hào)。PSD也可以稱之為相關(guān)解調(diào)器，其在鎖相放大器中具有非常重要的作用。PSD主要是利用相關(guān)檢測(cè)原理，由于噪聲信號(hào)和周期信號(hào)沒有相關(guān)性，這樣就可以利用直接計(jì)算待檢信號(hào)和參考信號(hào)位于零點(diǎn)相關(guān)值的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)噪聲的抑制以及對(duì)有效信號(hào)的提取。

3 結(jié)束語

變壓器的狀態(tài)檢修及在線監(jiān)測(cè)是通過現(xiàn)代化先進(jìn)技術(shù)手段，對(duì)于變壓器進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，及時(shí)獲得有效信息，通過科學(xué)的方式進(jìn)行分析診斷，從而獲得變壓器的狀態(tài)情況，進(jìn)而決定對(duì)其進(jìn)行檢修的策略，這對(duì)于電力系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展具有非常重要的理論以及實(shí)際意義。

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2016-11-23