浅析变压器在线检测技术及其故障诊断

　　摘要:随着电力系统电压等级、容量的不断发展，电力系统关键设备越来越多，越显得复杂多变。变压器作为电力系统中关键的设备之一，它不仅仅是承担着电压变换，它还担负着电能分配的任务。但是由于各种原因变压器在运行可能会发生各种的故障，影响电力系统安全运行及供电可靠性，我们必须要对各种故障进行快速诊断以及排除其故障产生。主要方法有油中溶解性气体分析及检验、局部放电检测、绕组温度检测等在线检测技术。
　　关键词:在线检测；变压器；故障
　　0引言
　　近些年来，电力变压器事故时常出现，这些事故会直接影响到电网的安全运行。变压器的稳定运行是保证工农业生产各种设备正常运转的基础条件。经过对故障类型进行深入地分析，适时准确地检测出故障因素并及时的采取有效措施，是保证电网和电力设施安全的一项十分重要的工作。
　　1常见故障及原因
　　变压器的常见故障主要存在短路故障、放电故障、绝缘故障、局部发热故障、声音异常故障等。以下对其中几项进行分析、探讨：
　　1.1短路故障
　　变压器的短路故障一般是发生在变压器的出口电路。若发生短路故障，变压器绕组可能通过额定电流数十倍的短路电流Ist，短路电流会在绕组上产生大量的热及电动力，从而使绕组变形甚至绝缘损坏，还会使其内部的压紧装置、引线、套管和油箱发生变形、位移等损伤，更甚者还会产生火灾。
　　1.2放电故障
　　变压器的放电故障主要是分为局部放电以及火花放电和高能量放电三种类型。在变压器正常工作过程中，绝缘层内的气隙、油膜发生放电的现象称为局部放电。火花放电主要是油中掺入了杂质。电弧放电是高能量放电，常出现在绕组匝间层绝缘击穿后。
　　1.3绝缘故障
　　变压器绝缘是变压器在正常工作、运行的基本条件。电力变压器绝缘有主绝缘和绕组纵绝缘，主绝缘一般是指辐向主绝缘（即绕组与铁心间，高、低压绕组间以及高压绕组的相间）和绕组端部主绝缘（绕组端部至接地体间和两绕组之间的端部）以及引线至接地体和其相对应部分的绝缘等，绕组纵向绝缘是指满足变压器运行中沿线段间及匝间电位梯度而采取的绝缘措施。电力变压器通常采用矿物油作为绝缘和散热的媒质，采用绝缘纸及纸板来绝缘。在长时间运行中，这些化合物由于受电场，水分、温度、机械力的作用，会逐渐劣化，引起故障，并最终导致变压器寿命的终结。
　　2在线监测技术
　　2.1油中溶解性气体分析及检测
　　因为变压器内部发生不同的故障，则会产生不一样的气体，故此通过分析油中气体的成分、含量、产气率和相对百分比，可以对变压器绝缘情况进行诊断。如H2，CO，CO2、CH4，C2H6，C2H4和C2H2常被作为分析的特征气体。在检测出气体及成分后，用油中可燃性气体含量判断法、特征气体法、比值法、故障产气速率判断法判断变压器的内部故障。
　　IEC60599（1999）导则典型故障分类
　　故障类型 C2H2/C2H4 CH4/H2 C2H4/C2H6
　　局部放电 痕量 <0.1 <0.2
　　低能量放电 >1 0.1-0.5 >1
　　高能量放电 0.6-2.5 0.1-1.0 >2
　　低温过热t<300℃ 痕量 >1 <1
　　中温过热300℃<t<700℃ <0.1 >1 1-4
　　高温过热t>700℃ <0.2 >1 >4
　　
　　目前，多组分气体在线监测技术主要有气相色谱、电鼻子法、傅里叶变换红外光谱、光声光谱法等。目前利用气相色谱法(DGA)检测绝缘油中溶解气体的含量(见图1)，以此来判断充油电力设备内部故障的类型及其严重程度。这种方法在技术上非常成熟，因采用相对测量原理而不会带来积累误差，具有良好的性价比而得到广泛应用。
　　
　　图1变压器色谱在线监测法流程图
　　2.2局部放电在线检测技术
　　变压器在内部出现故障或运行条件恶劣时会因局部场强过高而产生局部放电。放电水平及其增长率的明显变化，能够指示变压器内部正在发生的变化。但是变压器正常运行时，由于受到电网的影响，其内部的局部放电不易被检测出来，需要在其内部安装传感器进行检测。
　　传感器的安装如图2所示。
　　
　　图2变压器内部绕组安装传感器示意图
　　装置的原理是利用变压器绕组在特定频率范围内等值电路的特点，导出变压器绕组内部产生局部放电时首末端电压(或电流)比值与放电点位置的关系，据此定出故障点位置。
　　变压器局部放电在线测量定位时，需要采集每一绕组的首端及末端信号并进行放大、滤波及数据处理。采用多路模拟开关接入接口电路，利用单片机进行控制和数据处理，可依次对每个变压器的每个绕组进行测量及定位。
　　2.3绕组温度在线检测技术
　　绕组温度检测(见图3)主要用于监测变压器绕组的温度，给出越限报警，并在需要时启动保护跳闸。
　　
　　图3变压器绕组测温示意图
　　绕组温度检测系统主要由宽带光源、耦合器、测温探头、分析仪等组成。
　　由宽带光源发出的光束经耦合器后沿光纤进入测温探头。测温探头主要包括感温元件———光纤温度传感器和配件。光纤温度传感器是物理量的变换元件，它实现温度的改变到光信息的变化。光纤温度传感器的输出光信号经耦合器后进入分析仪，并由分析仪解调出变化的光信息，即可得到变化的温度数值。
　　3结语
　　综合以上所述，变压器作为电网中的重要设备之一，虽然配有避雷、接地等多重保护，但是由于变压器内部结构相当复杂、电场、热场均不均匀，产生故障率仍然是不可避免的，甚至可以说故障率依然很高。但是我们通过对变压器常见故障进行在线监测技术的分析，也能有利控制变压器在正常维护过程中及时、准确地判断故障因素，适时采取有效的防护措施，确保设备的安全运行。随着技术的不断进步，可以应用自动化技术和信息技术进行现场故障状态分析，并发出故障类型信号，使维护人员快速反应并排除故障。
　　参考文献:
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　　[4]朱德恒，严璋，谈克雄.电气设备状态监测与故障诊断技术

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