变压器在线监测的应用分析

【摘要】变压器是电网中比较昂贵且重要的电气设备，其安全运行对于保证电网安全可靠运行意义重大。因此对变压器运行状态进行实时或定时的在线监测具有非常重要的意义，本文从在线监测的原理、重要性、方法及存在问题等方面对变压器在线监测技术作一介绍。

【关键词】变压器 在线监测 技术

1.变压器在线监测的原理

检测系统对变压器的套管、油中氢气等方面进行在线监测，由于在线监测系统是在无人看管的条件下运行的，变电站又常常出现一些偶发干扰，这些干扰在某些条件下会导致计算机程序运行混乱、硬件故障或死机等问题。

1.1变压器套管

（1）介质损耗因数的测量

高压设备的介质损耗一般都很小，所以对测量的精度要求很高，而且在现场测量时易受各种形式的干扰，因此要精确而稳定地在线监测设备的介质损耗难度较大。系统使用穿芯电流传感器（CT），结合软、硬件方法对套管进行介损测量。即使用一个穿芯CT取流过被测设备的电流Ic ，参考电压信号U取自该设备所在母线上的PT，通过PT二次侧回路接一组电容CPT将参考电压信号转为参考电流信号，用另一穿芯CT测该电流Ipt，计算出Ic和Ipt的角度差，通过滤波、锁相等硬件信号调理电路，结合傅里叶变换（FFT）算法，计算出介损。

（2）泄漏电流

通过CT2的输出电压Uc，可得出泄漏电流。

（3）母线电压

通过CT1的输出电压Upt，计算可得母线电压：

本系统的测氢探头采用高分子膜渗透油中氢气，直接从油中分离出氢气进行在线监测，弥补了气相色谱法周期性限制和误差大的缺陷，并根据氢气含量的变化情况，预知设备的早期故障，是目前较为理想的手段。测氢探头采用高分子膜渗透油中氢气，直接从油中分离出氢气，采用活化的铂丝作为氢敏元件，通过氢气在铂丝上燃烧，引起铂丝电阻值的变化，来测量氢气含量的。对氢敏元件获得的信号进行采集处理，即可得到氢气浓度。有稳定可靠及寿命长的优点，是国外采用燃料电池作为氢敏元件所不能匹及的。

2.变压器在线监测的重要性

电力变压器的故障率较高，不仅会极大地影响电力系统的安全运行，同时也会给电力企业及电力用户造成很大的经济损失。为了提高电力系统运行的可靠性，减少故障及事故引起的经济损失，要定期对变压器进行绝缘预防性试验。但是，如果变压器停电进行预防性试验，将影响正常供电。因此对变压器运行状况在线监测越来越受到供电部门的重视。在线监测技术的发展与广泛应用是电力系统状态检修的基础，必将在电力生产中起到重要作用。

3.变压器在线监测方法分析

3.1局部放电

局部放电（PD）不仅是绝缘老化的现象和表征，而且又是促使绝缘老化的一个重要因素，故值得进行PD在线监测。研究表明，超高压变压器在工作电压下的长期运行寿命与其绝缘中有无PD密切联系，即PD越弱，则正常运行的寿命越长。同时，在线监测PD可以及时预防或发现突发性故障，这也是它是优于DGA的重要一点。现有的局部放电在线测量方法主要分为电脉冲测量和超声波测量，最近国内外又出现了甚高频（VHF）、超高频（UHF）等方法，但应用最广泛、技术最成熟的则是依据离线测量标准IEC270（或IEC60270）的电脉冲测量方法。应用该方法的系统主要在罗高夫斯基传感器的安放位置、系统的检测频带、抗脉冲型干扰的方法等方面存在差异，而在数据采集、信号处理及显示上并无太大区别。

3.2变压器色谱在线监测系统结构

变压器色谱在线监测系统结构气相色谱法是目前应用较广的分析方法之一，它在石油、轻工、食物及环保等领域有着广泛的应用，长期的运行实践汪明了利用气相色谱法分析变压器内部故障的有效性。实现变压器色谱在线监测的难点和重点主要有以下几个方面。

（1）高效、准确的油气分离，以真实的反映油中溶解气体的含量和变化速度。

（2）自动、智能的色谱数据处理方法，以获取准确的气体浓度信息。

（3）稳定的环境适应能力，以适应室外不同气象条件下的在线监测。

变压器色谱在线监测系统在微处理器控制下进行热油冷却、油中溶解气体萃取、流路切换与清洗、柱箱与检测器温度控制、样气的定量与进样、基线的自动调节、数据采集与处理、定量分析与故障诊断等分析流程。变压器油在内置一体式油泵作用下进入油气分离装置，分离出变压器油中的溶解气体，经过油气分离后的变压器油流回变压器油箱，萃取出来的气体在内置微型气泵的作用下进入电磁六通阀的定量管中。定量管中的气体在载气作用下进入色谱柱，然后检测器按气体流出色谱柱的顺序分别将六组分气体（H：、CO、CH。C：H4、C：H2和C：H6）变换成电压信号。色谱数据采集器将采集到的气体浓度电压量通过通讯总线上传给安装在主控室的数据处理服务器，数据处理服务器根据仪器的标定数据进行定量分析，计算出各组分和总烃的含量以及各自的增长率。油中溶解水分由单独的传感器检测，将数据传至数据处理服务器。最后由故障诊断专家系统对变压器进行故障分析，从而实现变压器故障的在线监测。

4.在线监测技术存在的一些问题

尽管变压器在线监测技术已经发展了几十年，但从成熟产品的角度来考查，国内外的在线监测系统都存在一些共同的问题：首先缺少统一的技术标准，这是它最大的缺陷。绝大多数在线监测系统测量原理基本上都是依据离线试验时的IEC、IEEE标准或者国家标准，但其产品制造、检验、校正、数据分析判断等都没有在线监测技术标准，这使用户很难识别其产品性能是否达到实际监测要求，也给设备的推广及技术革新等带来了难题。其次是抗干扰等技术问题。但是随着为数众多科研人员数十年的实验研究，特别是计算机、传感器、光纤、数据采集等技术的飞速发展，很多参量的在线测量可以将干扰抑制在可以接受的水平上。然后是设备在现场的可靠运行、维护问题。现在国内很多变压器安装了在线监测装置，但据调查实际正常运行的只占30%左右。这里有两方面的原因：一个是监测装置本身稳定性较差；另一方面操作人员水平的高低直接决定了设备的使用情况，需加强对运行人员的在线监测技术培训。

5.结语

电科院开发的电力变压器绝缘在线监测系统已经投入实际应用，取得的运行经验证明，该系统运行稳定，可靠。

参考文献：

[2] 胡响响，陈勇.浅谈实验室通过CNAS监督扩项评审的几点体会[J].科技信息，2010（31）.