變壓器狀態檢測與故障

隨著電力負荷逐漸增大，電力系統穩定性要求日益增高，變壓器類電氣設備的狀態監測和故障診斷技術日益受到普遍關注，越來越多的研究、生產部門正在積極開發和應用該技術，目前已有全面推廣之勢。在這種情況下，全面、客觀、深入的認識該技術，了解其目前技術狀態，比較、認識其和現行預防性檢修體系的優劣性及關系，對于正確開發應用和推廣這一新技術及更好保障電力生產的可靠安全性將具有一定意義。

狀態監測和故障診斷技術的重要性

變壓器是連接發、輸、配電環節的重要電力設備。隨著經濟的發展，電力負荷和電壓等級的增大，變壓器的運行可靠與否對電力系統的穩定影響更加明顯。變壓器在運行時，受到電、熱、機械、環境等各種因素的影響，其性能會逐漸劣化，運行狀態變差，可能導致發生各類故障。

為了盡量減少和避免故障的發生，長期以來電力系統的傳統做法是不斷地研究、總結，實施各種有效的定期預防性試驗、檢修等方式。與遇到事故維修相比，這種預防性試驗、檢修方式有著本質的進步。但是，定期計劃檢修存在著盲目性，且預防性試驗大多是離線進行的，試驗時需停機、停電，造成經濟損失。對于一些重要的設備，不能輕易停運，使得定期試驗難以完成。即使能夠停運待檢設備，也往往因運行中與停運后變壓器狀態差異，試驗結果會有偏差。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。

變壓器的狀態監測和故障診斷

變壓器的故障診斷技術從以時間為基準的方式轉變到以狀態為基準的方式，其內容包括狀態監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維修提供檢修依據，后者則分析、處理所采集的狀態信息。變壓器的在線監測技術研究大致包括以下內容：（1）故障機理分析；（2）在線監測手段；（3）監測信息的傳遞、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。目前國內外對于變壓器的狀態監測，多采用局部放電監測和超聲定位技術、紅外技術、微水分析技術。對于變壓器的高壓套管，通常采用介質損耗因數的數字化在線測量技術。對于故障較多的有載調壓開關，采用有載故障診斷在線裝置測量觸點磨損及機械和電氣回路等。除此之外，油溫、線匝繞組溫度、負載電流及電壓、冷卻泵風扇運行等參數也在監測之列變壓器狀態監測。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。擬診斷故障為：過熱行故障、放電性故障、過熱兼放電故障、機械故障和進水受潮等。常用的局部放電監測與診斷，多采用電脈沖信號發生法和超聲法，對電信號和聲信號聯合檢測去的理想的定量和定位效果，根據視在放電量、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，再用分離柱進行分離，再經檢測器監測（如TCD、FID等），或各種原理的傳感器對不同組分氣體進行監測，后依據國內外通用的組分比值法或多維圖視法，結合電氣試驗和離線定期試驗結果，綜合分析診斷出潛伏性故障。近期還發展了復合滲透膜電化學/燃料電池紅外監測等技術進行油中溶解氣體組分含量的分析。由于DGA分析判斷的準確性已被國內外所認可，該技術成為各國研究的熱點。

在線監測與故障診斷技術研究存在的問題

狀態監測、故障診斷技術雖然有其不可替代的優勢，但在目前情況下，尚存在很多不足和問題需要解決。已經安裝投運狀態監測系統的單位，決不可高枕無憂，不再有安全憂患。由于變壓器有復雜的結構系統，運行參數間并非全部有嚴格的邏輯和定量關系，其故障現象、故障原理之間具有很大的不確定性，一個故障可表現出多種征兆，監測到的幾個故障起因，同時反應一個故障征兆，故障與征兆之間關系模糊復雜，完全用建立的數學模型來診斷是十分困難的。這種復雜的系統都是模糊的系統。而模糊系統的邊界、結構等概念的外延是模糊的，內涵是灰色的。也就是說，此系統中，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學方法來處理這些模糊現象，并將人工神經網絡系統也注入，才能對變壓器故障診斷這一復雜系統，找出合適的描述方法。同時還要模擬技術專家在進行故障診斷時的經驗及將經驗、規劃模型化，以計算機替代專家，并以遠程通信方式進行傳輸。除此之外，復雜的現場環境也給狀態監測和故障診斷技術的應用帶來困難。到目前，狀態監測和故障診斷技術尚存在以下不足和問題：

（1）受技術條件限制，目前發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，而其他反應設備狀態的項目尚無成熟監測。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測。

（2）早期故障的監測信號極弱，設備運行現場均有較強的磁場和電場干擾，信噪比很低，給狀態監測帶來困難。

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

（4）現行規程中沒有狀態監測的技術要求和指標，使故障診斷中缺乏科學的判據。

（5）現有的監測、診斷系統尚不能完全實現連續不斷實時監測，所以對突發性故障不能準確、及時預報

綜上，變壓器類的電氣設備的狀態監測和故障診斷技術，可以更迅速、連續反映設備的運行狀態，預示運行設備存在的潛伏性故障，提出處理措施，不同程度地延長設備的服役期，減免不必要的維修干擾，大大降低運行成本，易實行自動化和科學化設備管理，是保障電力設備安全經濟運行的有力措施，應大力推廣，實施狀態監視和故障診斷為不可逆轉的發展趨勢。