變壓器的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)

隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電力事業(yè)迅速增長，裝機(jī)容量和電網(wǎng)規(guī)模日益增大，人們對(duì)電力系統(tǒng)中設(shè)備的運(yùn)行可靠性的要求不斷提高，在現(xiàn)代電力設(shè)備的運(yùn)行和維護(hù)中，電力變壓器不僅屬于電力系統(tǒng)中zui重要的和zui昂貴的設(shè)備之列，而且是導(dǎo)致電力系統(tǒng)事故zui多的設(shè)備之一，它的故障可能對(duì)電力系統(tǒng)和用戶造成重大的危害和影響。因此國內(nèi)外一直把電力變壓器在線檢測(cè)與診斷技術(shù)作為重要的科研攻關(guān)項(xiàng)目，現(xiàn)今大多數(shù)運(yùn)用的技術(shù)有局部放電法，和變壓器油色譜分析法等。

　　原理：變壓器故障的主要原因是絕緣損壞，在故障前有局部放電產(chǎn)生，且伴隨下列信號(hào)：電流脈沖，電波、超聲波，C2H2，C2H4，C2H6，CH4，H2，CO等氣體，光信號(hào)，超高頻電磁波。對(duì)上述五種信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，可以確定變壓器內(nèi)部局部放電的嚴(yán)重程度。因此五種信號(hào)的監(jiān)測(cè)都有人研究。在這些檢測(cè)方法中，電流脈沖法是zui靈敏的。但是變電站現(xiàn)場(chǎng)電信號(hào)的干擾也是比較大的，因此采用常規(guī)的電流脈沖法，很難進(jìn)行測(cè)量。超聲波法及油中氣體分析法現(xiàn)場(chǎng)干擾較少，但超聲波法靈敏度低，對(duì)于那些深藏在絕緣內(nèi)部的放電往往檢測(cè)不到。同時(shí)超聲波信號(hào)的傳播時(shí)延大多是用電流脈沖信號(hào)觸發(fā)計(jì)時(shí)器來獲得。在現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)，局部放電產(chǎn)生的脈沖電流信號(hào)，往往淹沒于高的干擾脈沖之中而無法分辨，難以觸發(fā)計(jì)時(shí)器工作，從而導(dǎo)致監(jiān)測(cè)系統(tǒng)作出錯(cuò)誤的判斷。

　方法：（1）差動(dòng)平衡法：比較進(jìn)入測(cè)量系統(tǒng)的兩個(gè)信號(hào)，一個(gè)來自中性點(diǎn)傳感器，另一個(gè)來自變壓器鐵芯接地傳感器。當(dāng)變壓器內(nèi)部產(chǎn)生局部放電信號(hào)，它在變壓器中性點(diǎn)及鐵芯接地傳感器上，產(chǎn)生兩個(gè)方向相反的電流脈沖。而當(dāng)變壓器外部存在干擾信號(hào)時(shí)，他在這兩個(gè)傳感器上產(chǎn)生的電流脈沖方向相同，適當(dāng)選擇頻率，對(duì)這兩個(gè)電信號(hào)進(jìn)行比較，就可以對(duì)電暈干擾加以抑制。（2）超聲波檢測(cè)法：利用超聲波傳感器，在變壓器外殼上檢測(cè)局部放電產(chǎn)生的聲信號(hào)。一方面當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生局部放電時(shí)，所產(chǎn)生的電流脈沖信號(hào)就被檢測(cè)到，另一方面分布在油箱壁上的幾個(gè)超聲波傳感器也會(huì)檢測(cè)到聲波信號(hào)。但它要比電脈沖延遲某個(gè)時(shí)間，根據(jù)這個(gè)延遲時(shí)間，就能確定傳感器和放電發(fā)生點(diǎn)之間的距離，從而確定放電點(diǎn)的位置。（3）電氣定位法：利用超聲波傳播的方向和時(shí)間以及放電脈沖在繞組中的傳輸過程來確定放電位置的定位方法。

　變壓器油中溶解氣體（DGA）在線監(jiān)測(cè)

　　用油中溶解氣體氣相色譜分析判斷變壓器內(nèi)部故障：

　　1.原理：油浸電力變壓器中主要絕緣材料是變壓器油和絕緣油紙。這兩種材料在放電和熱作用下，會(huì)分解產(chǎn)生各種氣體。而變壓器內(nèi)部故障都伴隨著局部過熱和局部放電的現(xiàn)象，使油或紙或油和紙分解產(chǎn)生C2H2，C2H4，C2H6，CH4，H2，CO和CO2等氣體。當(dāng)故障不太嚴(yán)重，產(chǎn)氣量較少時(shí)，所產(chǎn)生的氣體大部分溶解于絕緣油中。此外，發(fā)熱和放電的嚴(yán)重程度不同，所產(chǎn)生的氣體種類、油中溶解氣體的濃度、各種氣體的比例關(guān)系也不相同。因此，對(duì)油中溶解的氣體進(jìn)行氣相色譜分析便可發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部的發(fā)熱和放電性故障。

　　方法及其發(fā)展

　　（1）一般采用常規(guī)氣相色譜儀進(jìn)行變壓器油率溶解氣體的定期檢側(cè)，即試驗(yàn)人員到變電站抽取部分脫出氣體注入氣相色譜儀的進(jìn)樣口，用氣相色譜儀檢測(cè)，輸出結(jié)果，zui后將結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較判斷。

　　（2）為了克服常規(guī)油色譜分析法的繁瑣而復(fù)雜的作業(yè)程序，人們研制出了油中氣體自動(dòng)分析裝置，即將常規(guī)色譜分析儀的脫氣和氣體濃度檢測(cè)兩部分置于變壓器安裝現(xiàn)場(chǎng)，在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化分析，顯然，這種油色譜自動(dòng)化分析裝置的功能與常規(guī)色譜分析法相仿，結(jié)構(gòu)上未發(fā)生根本變革，僅是作業(yè)程序上實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)，從技術(shù)經(jīng)濟(jì)上限制了它的推廣應(yīng)用前景。

　　（3）人們不得不研究在原理結(jié)構(gòu)上有所變革創(chuàng)新的在線監(jiān)測(cè)裝置。在變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)裝置的研究中，人們首先想到的是在油氣分離上作變革，為此采用由僅使氣體分子通過的高分子透氣膜組成油氣分離單元，從而不僅大大簡化了油中氣體自動(dòng)分析裝置的結(jié)構(gòu)，而且實(shí)現(xiàn)了在線監(jiān)測(cè)。

　?。?）氣體檢測(cè)單元上作出變革，不用復(fù)雜的色譜儀，而用氣敏傳感器對(duì)分離氣體檢測(cè)。由于氣敏傳感器的敏感度與所添加的貴重金屬有關(guān)，工藝上還很難做到一種氣敏傳感器對(duì)多種氣體都具有相同的敏感度，因此，人們zui先研究成功的在線監(jiān)測(cè)裝置是監(jiān)測(cè)變壓器油中的氫氣量。由于不論變壓器內(nèi)部故障種類如何，氫氣是故障產(chǎn)生氣體的主要成份之一，在線監(jiān)測(cè)油中的氫氣量就能判斷變壓器有無異常，然后通過常規(guī)色譜分析法來進(jìn)一步判斷故障種類和程度，因此，雖然這種只能判定有無異常而不能診斷故障種類的在線監(jiān)測(cè)裝置功能有限，但因其比常規(guī)色譜法進(jìn)了一步而得到了廣泛應(yīng)用。

變壓器在線監(jiān)測(cè)研究發(fā)展趨勢(shì)及研究方向

　　1.儀器上：發(fā)展了光學(xué)器件如分紅氣體分析器，紅外氣體分析器的特點(diǎn)是能測(cè)量多種氣體含量。測(cè)量范圍寬，靈敏度高精度高，響應(yīng)快，選擇性良好可靠性高，壽命長，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)分析和自動(dòng)控制。紅外氣體分析器的工作原理基于吸光度定律（I.amhert-Beer定律），從物理特征上可以劃分為不分光型、分光型、傅立葉紅外（FTIR，F(xiàn)ourier Transform InfraRed）型以及基于微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS Micro-Electro-Mechanical System）技術(shù)的微型紅外氣體分析器。分光型紅外氣體分析器是利用分光系統(tǒng)從光源發(fā)出的連續(xù)紅外譜中分出單色光，使通過介質(zhì)層的紅外線波長與被測(cè)組分的特征吸收光譜相吻合而進(jìn)行測(cè)定的。不分光型紅外氣體分析器（NDIR）指光源發(fā)出的連續(xù)紅外譜全部通過固定厚度的含有被測(cè)混合氣體的氣體層。由于被測(cè)氣體的含量不同，吸收固定紅外線的能量就不同。

　　2.理論工具上：模糊理論，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，專家系統(tǒng)及灰色理論在DGA的分析中都有應(yīng)用。

　　變壓器作為發(fā)變電系統(tǒng)中重要設(shè)備，安裝在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的必要性已漸漸成為電力行業(yè)的共識(shí)，電力變壓器的工作效率代表了電力部門的財(cái)政收益，變壓器的在線監(jiān)測(cè)提高了運(yùn)行的可靠性，延緩了維護(hù)費(fèi)用的投入，延長了檢修周期和變壓器壽命，由此帶來的經(jīng)濟(jì)效益是非?？捎^的。電力設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)是今后的發(fā)展方向，具有廣闊的前景