电力变压器在线状态监测技术研究

电力变压器在线状态监测技术研究

罗清严1,尚柯2

1河南中分仪器股份有限公司，河南郑州 450000 2中蓝环境科技有限公司，河南郑州 450000

摘要：当前我国电网建设速度加快，电力部门不断优化现有电网结构，配网运行自动化水平不断提升，造成配网电力变压器结构愈发复杂，对电力变压器运行技术提出了更高的要求。本文分析电力变压器的故障成因及诊断、检修的重要性，结合实际情况给出故障诊断与状态检修的措施，为类似研究提供借。

关键词：电力；变压器；在线状态；监测技术

前言：电力变压器自身故障是造成电网故障的主要原因之一，尤其是作为电力系统主要节点的220kV以上高压及超高压油浸变压器，其安全性尤其关键，由于其覆盖范围大且价格昂贵，发生故障所带来的经济损失不可估量。

1.电力变压器故障成因、预测及检修的重要性

1.1故障成因分析

变压器设备老旧，长时间运行且没有进行定期保养维护，很容易出现击穿内部绝缘的情况，最常见的就是高压计量箱炸裂、烧坏避雷器等问题。少数变压器处于超负荷运行，特别夏季用电量增加，变压器负荷增加，击穿内部绝缘，造成设备出现保护动作，影响到正常运行。电力电缆型会出现被外力破坏的情况，时常被挖断，造成电力变压器跳闸、接地等故障；夏季雷暴雨天气，造成树木到落在电力变压器上，出现电力变压器跳闸；断路器定值匹配不合理、电力变压器规划不科学等，也会影响到电力变压器的安全运行。此外，用户扩容造成负荷增加站内未及时调整定值造成断路器故障等。

1.2故障预测及检修的重要性

电力变压器运行，直接影响到电力供应及人们日常生活、工作，通过强化电力变压器故障预测及检修工作，可以满足智能电网的建设需求。智能电网运行时受到电力变压器运行的影响，因此要做好预测及检修工作，及时发现可能存在的故障，采取有效的处理措施。通过故障预测可以提高故障检修的针对性，提高检修质量与效率，确保整个电网健康运行。同时，适当增加这部分的经济投入，对检修技术进行升级与优化，提高检修质量与效率。

2.变压器在线监测系统应用中存在的问题

电力系统运行的稳定性直接关系着供电质量，在实际的供电中，由于变压器的故障经常会导致系统断电。为了保证广大用户的用电需求量，在实际的运行过程中，要采取有效的措施避免变压器故障，合理的应用变压器在线监测技术，来实时监测变压器的运行情况，及时发现故障并恢复其正常运行。然而在实际的运行过程中，存在以下3个方面的问题。

2.1监测设备和监测技术

在电力系统实际运行过程中应用在线监测技术时，为了保证监测结果的准确性，一定要优化在线监测技术。例如在气体监测和电频监测技术的应用中，要考虑到监测设备的运行情况对于监测结果的影响；当一些监测装置的灵敏度达不到要求时，在监测过程中不能发现一些轻微的异常变化，不能起到很好的监测作用。为了确保监测技术的合理应用，要优化监测产品设备和监测技术。

2.2监测技术开发与研究方面

由于当前的监测技术仅仅局限于一些量值的变化，主要是对变压器的气体和电频进行分析，影响这个过程的因素较多，可能使得结果不准确。为了提升在线监测技术的效果，要对监测技术进行不断的深入开发和研究，要注意研究方向并且要务实，通过多次变压器运行监测实验来优化监测技术，通过技术的完善来保证变压器的良好运行环境。

2.3监测设备的管理

对于变压器的在线监测过程，也涉及到较多的监测设备和监测装置，对于监测系统的管理也直接影响到变压器在线监测技术的结果。如果因为管理制度不健全会导致系统的设备存在故障，这样在实时监测的过程中就会影响监测结果。所以要完善监测设备管理制度，确保监测设备的日常维护和管理，在进行电力系统巡查时同步巡查变压器在线监测系统，保证监测设备的良好运行，从而提升电力系统的稳定性。

3.变压器油中溶解气体的在线监测

3.1局部放电在线监测

测量局部放电能有效地发现变压器内部绝缘的固有缺陷，以及因长期运行使绝缘老化而产生的局部隐患。测试局部放电是及时发现变压器潜伏故障的重要手段。目前，交接及预试标准要求变压器出厂及大修后必须进行局部放电试验。离线局部放电试验采用的是脉冲电流法，即通过接在套管末屏处检测阻抗检测变压器绝缘中由于局部放电而产生的脉冲电流。但如果将这种方法用于局部放电的在线监测，就会由于测量频率低、频带窄（几十至几百kHz）而造成获得的信息量少，因此抗干扰性能很差。目前比较成熟的变压器局部放电在线监测技术为超声波法和超高频法。

3.2超声波法

当变压器内部发生局部放电时，不仅产生电脉冲信号，同时还产生超声波信号，因此可通过同时产生的超声波信号和电信号判断变压器内部的绝缘状况。超声传感器的频带约为70~300kHz，以避开铁芯的铁磁噪声和变压器的机械振动噪声（一般在45kHz以下）。

3.3超高频法

超高频检测法是通过检测变压器局部放电产生的超高频电磁波信号来获得局部放电信息。在变压器局部放电测量时，现场干扰信号的频谱一般小于300MHz，超高频检测法是在300~1500MHz宽频带内接收局部放电所产生的超高频电磁脉冲信号。由于超高频信号在空间传播时衰减很快，故变压器箱体外部的超高频电磁干扰信号（如空气中的电晕放电），不仅频带比油中局部放电信号的窄，其强度也会随频率增加而迅速下降，进入变压器金属油箱内部的超高频分量相对较少，因而可以避开绝大多数的空气放电脉冲干扰，但该方法一般需要对变压器进油管阀门进行改造以安装传感器。通过综合比较，这2种方法都属于非电量测量，不影响设备正常运行。超高频法的精度更高，抗干扰能力更强，但是造价更高，同时需要对变压器油管阀门进行改造。超声波法发展时间相对较长，技术比较成熟，安装比较方便，同时可以使用声-电联合法可以发挥各自的优点，保证局放检测的可靠性。

4.绕组温度在线监测

现有的高压油浸变压器内部绕组“热点”温度测量方法，主要有热模拟测量法、间接计算测量法和直接测量法。

4.1热模拟测量法

基于热模拟测量法的绕组温度计是把变压器顶部油的温度以及工作时的电流反映的温度综合以后，获得一个能够反映绕组温度的模拟值，它的温度指示仪表显示的温度值一部分来自于变压器内油层温度直接测量值，另一部分是由变压器工作时的负载电流经由电阻发热元件产生一部分热量，共同改变指示仪表的示数。热模拟测量法虽然避免了直接测量电绝缘问题，但它测量的并不是绕组真实温度的测量值，测量结果并不准确。

4.2间接计算测量法

间接计算测量法是依据假定的变压器热学模型，通过计算绕组温度升高变化的公式来获得绕组的“热点”温度。这种测量方式操作比较简单，且安全性高，但得到的结果只能表征温度值，并不是变压器运行的真实温度值，因而不能准确判断变压器的实际工作状态。对于220kV以上高压油浸变压器，冷却系统的方法是强油循环，但油的热容比与绕组的热容比差别较大。由于热量传输不均匀的影响，当绕组温度达到一定高温时，油温由于热传输的影响温度远远低于绕组的温度，因此以油顶层温度来标定绕组温度的方法不精准，且具有滞后性、不直观的缺点。

5.结束语：

综上所述，变压器是电力系统中重要的设备单元，其运行情况直接影响到供电质量。结合当前电力需求量较大的新形势，一定要提升电力系统的运行稳定性，目前变压器监测多采用单一方法对其状态进行诊断，可以进一步研究综合以上多种技术对变压器进行全面监测，提高监测结果可靠性。

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