變壓器狀態(tài)檢測與故障

隨著電力負(fù)荷逐漸增大，電力系統(tǒng)穩(wěn)定性要求日益增高，變壓器類電氣設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)日益受到普遍關(guān)注，越來越多的研究、生產(chǎn)部門正在積開發(fā)和應(yīng)用該技術(shù)，目前已有全面推廣之勢。在這種情況下，全面、客觀、深入的認(rèn)識該技術(shù)，了解其目前技術(shù)狀態(tài)，比較、認(rèn)識其和現(xiàn)行預(yù)防性檢修體系的優(yōu)劣性及關(guān)系，對于正確開發(fā)應(yīng)用和推廣這一新技術(shù)及更好保障電力生產(chǎn)的可靠安全性將具有一定意義。

狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)的重要性

變壓器是連接發(fā)、輸、配電環(huán)節(jié)的重要電力設(shè)備。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電力負(fù)荷和電壓等級的增大，變壓器的運(yùn)行可靠與否對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定影響更加明顯。變壓器在運(yùn)行時，受到電、熱、機(jī)械、環(huán)境等各種因素的影響，其性能會逐漸劣化，運(yùn)行狀態(tài)變差，可能導(dǎo)致發(fā)生各類故障。

為了盡量減少和避免故障的發(fā)生，長期以來電力系統(tǒng)的傳統(tǒng)做法是不斷地研究、總結(jié)，實(shí)施各種有效的定期預(yù)防性試驗(yàn)、檢修等方式。與遇到事故維修相比，這種預(yù)防性試驗(yàn)、檢修方式有著本質(zhì)的進(jìn)步。但是，定期計(jì)劃檢修存在著盲目性，且預(yù)防性試驗(yàn)大多是離線進(jìn)行的，試驗(yàn)時需停機(jī)、停電，造成經(jīng)濟(jì)損失。對于一些重要的設(shè)備，不能輕易停運(yùn)，使得定期試驗(yàn)難以完成。即使能夠停運(yùn)待檢設(shè)備，也往往因運(yùn)行中與停運(yùn)后變壓器狀態(tài)差異，試驗(yàn)結(jié)果會有偏差。另一方面，檢查維修可能會造成維修過度，對變壓器性能有所損傷。

變壓器的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷

變壓器的故障診斷技術(shù)從以時間為基準(zhǔn)的方式轉(zhuǎn)變到以狀態(tài)為基準(zhǔn)的方式，其內(nèi)容包括狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷兩個方面：前者通過提取故障的特征信號為狀態(tài)維修提供檢修依據(jù)，后者則分析、處理所采集的狀態(tài)信息。變壓器的在線監(jiān)測技術(shù)研究大致包括以下內(nèi)容：（1）故障機(jī)理分析；（2）在線監(jiān)測手段；（3）監(jiān)測信息的傳遞、處理和存儲；（4）故障特征量的提取；（5）故障診斷的方法和理論分析。

電力工業(yè)主要采用充油式變壓器，在某些特殊場合也采用干式變壓器或者六氟化硫變壓器。目前國內(nèi)外對于變壓器的狀態(tài)監(jiān)測，多采用局部放電監(jiān)測和超聲定位技術(shù)、紅外技術(shù)、微水分析技術(shù)。對于變壓器的高壓套管，通常采用介質(zhì)損耗因數(shù)的數(shù)字化在線測量技術(shù)。對于故障較多的有載調(diào)壓開關(guān)，采用有載故障診斷在線裝置測量觸點(diǎn)磨損及機(jī)械和電氣回路等。除此之外，油溫、線匝繞組溫度、負(fù)載電流及電壓、冷卻泵風(fēng)扇運(yùn)行等參數(shù)也在監(jiān)測之列變壓器狀態(tài)監(jiān)測。涉及到的變壓器主體部件為：磁路繞組及固定絕緣液體的絕緣，氣體絕緣和冷卻系統(tǒng)。擬診斷故障為：過熱行故障、放電性故障、過熱兼放電故障、機(jī)械故障和進(jìn)水受潮等。常用的局部放電監(jiān)測與診斷，多采用電脈沖信號發(fā)生法和超聲法，對電信號和聲信號聯(lián)合檢測去的理想的定量和定位效果，根據(jù)視在放電量、分布圖譜和放電源的定位來判斷故障。油中溶解氣體組分含量的分析（DGA），首先依據(jù)溶解平衡原理采用各種不同原理脫氣，方法如：真空、滲透膜、氣體洗脫等，將油中氣體脫出，再用分離柱進(jìn)行分離，再經(jīng)檢測器監(jiān)測（如TCD、FID等），或各種原理的傳感器對不同組分氣體進(jìn)行監(jiān)測，后依據(jù)國內(nèi)外通用的組分比值法或多維圖視法，結(jié)合電氣試驗(yàn)和離線定期試驗(yàn)結(jié)果，綜合分析診斷出潛伏性故障。近期還發(fā)展了復(fù)合滲透膜電化學(xué)/燃料電池紅外監(jiān)測等技術(shù)進(jìn)行油中溶解氣體組分含量的分析。由于DGA分析判斷的準(zhǔn)確性已被國內(nèi)外所認(rèn)可，該技術(shù)成為各國研究的熱點(diǎn)。

在線監(jiān)測與故障診斷技術(shù)研究存在的問題

狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷技術(shù)雖然有其不可替代的優(yōu)勢，但在目前情況下，尚存在很多不足和問題需要解決。已經(jīng)安裝投運(yùn)狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的單位，決不可，不再有安全憂患。由于變壓器有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，運(yùn)行參數(shù)間并非全部有嚴(yán)格的邏輯和定量關(guān)系，其故障現(xiàn)象、故障原理之間具有很大的不確定性，一個故障可表現(xiàn)出多種征兆，監(jiān)測到的幾個故障起因，同時反應(yīng)一個故障征兆，故障與征兆之間關(guān)系模糊復(fù)雜，*用建立的數(shù)學(xué)模型來診斷是十分困難的。這種復(fù)雜的系統(tǒng)都是模糊的系統(tǒng)。而模糊系統(tǒng)的邊界、結(jié)構(gòu)等概念的外延是模糊的，內(nèi)涵是灰色的。也就是說，此系統(tǒng)中，一些信息是確知的，另一些是非確知的，因此，需要采用將性向模糊性逼近的模糊集的數(shù)學(xué)方法來處理這些模糊現(xiàn)象，并將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)也注入，才能對變壓器故障診斷這一復(fù)雜系統(tǒng)，找出合適的描述方法。同時還要模擬技術(shù)專家在進(jìn)行故障診斷時的經(jīng)驗(yàn)及將經(jīng)驗(yàn)、規(guī)劃模型化，以計(jì)算機(jī)替代專家，并以遠(yuǎn)程通信方式進(jìn)行傳輸。除此之外，復(fù)雜的現(xiàn)場環(huán)境也給狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)的應(yīng)用帶來困難。到目前，狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)尚存在以下不足和問題：

（1）受技術(shù)條件限制，目前發(fā)展較成熟的僅有局放定位儀和部分組分含量的在線色譜儀，而其他反應(yīng)設(shè)備狀態(tài)的項(xiàng)目尚無成熟監(jiān)測。因此，在故障診斷中，很多需采集的信息還必須依賴于離線監(jiān)測。

（2）早期故障的監(jiān)測信號弱，設(shè)備運(yùn)行現(xiàn)場均有較強(qiáng)的磁場和電場干擾，信噪比很低，給狀態(tài)監(jiān)測帶來困難。

（3）現(xiàn)有的一些監(jiān)測系統(tǒng)，只能反映設(shè)備故障的發(fā)展趨勢，很難提供設(shè)備故障的類型及故障的危急程度。滲透膜存在滲透率衰減，軟件不能適應(yīng)個案的分析、判定。

（4）現(xiàn)行規(guī)程中沒有狀態(tài)監(jiān)測的技術(shù)要求和指標(biāo)，使故障診斷中缺乏科學(xué)的判據(jù)。

（5）現(xiàn)有的監(jiān)測、診斷系統(tǒng)尚不能*實(shí)現(xiàn)連續(xù)不斷實(shí)時監(jiān)測，所以對突發(fā)性故障不能準(zhǔn)確、及時預(yù)報(bào)

綜上，變壓器類的電氣設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)，可以更迅速、連續(xù)反映設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，預(yù)示運(yùn)行設(shè)備存在的潛伏性故障，提出處理措施，不同程度地延長設(shè)備的服役期，減免不必要的維修干擾，大大降低運(yùn)行成本，易實(shí)行自動化和科學(xué)化設(shè)備管理，是保障電力設(shè)備安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的有力措施，應(yīng)大力推廣，串聯(lián)諧振試驗(yàn)裝置，實(shí)施狀態(tài)監(jiān)視和故障診斷為不可逆轉(zhuǎn)的發(fā)展趨勢。