變壓器的在線監(jiān)測技術(shù)
論文摘要：文章論述了國內(nèi)外變壓器在線監(jiān)測的基礎(chǔ)研究領(lǐng)域近期的發(fā)展現(xiàn)狀，介紹了變壓器在線監(jiān)測涉及的基本概念，以及兩種基本的檢測方法、局部放電法和變壓器油色譜分析法，討論了這兩種方法的機理及性質(zhì)，同時論述了局部放電模式識別的過程、所采用的各種方法的優(yōu)缺點，以及變壓器油色譜分析法的現(xiàn)狀及發(fā)展狀況。
隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，電力事業(yè)迅速增長，裝機容量和電網(wǎng)規(guī)模日益增大，人們對電力系統(tǒng)中設(shè)備的運行可靠性的要求不斷提高，在現(xiàn)代電力設(shè)備的運行和維護中，電力變壓器不僅屬于電力系統(tǒng)中最重要的和最昂貴的設(shè)備之列，而且是導(dǎo)致電力系統(tǒng)事故最多的設(shè)備之一，它的故障可能對電力系統(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與診斷技術(shù)作為重要的科研攻關(guān)項目，現(xiàn)今大多數(shù)運用的技術(shù)有局部放電法，和變壓器油色譜分析法等。
一、變壓器在線監(jiān)測研究現(xiàn)狀
(一)變壓器局部放電(PD)在線監(jiān)測
1.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：電流脈沖，電波、超聲波，C2H2，C2H4，C2H6，CH4，H2，CO等氣體，光信號，超高頻電磁波。對上述五種信號進行測量，可以確定變壓器內(nèi)部局部放電的嚴重程度。因此五種信號的監(jiān)測都有人研究。在這些檢測方法中，電流脈沖法是最靈敏的。但是變電站現(xiàn)場電信號的干擾也是比較大的，因此采用常規(guī)的電流脈沖法，很難進行測量。超聲波法及油中氣體分析法現(xiàn)場干擾較少，但超聲波法靈敏度低，對于那些深藏在絕緣內(nèi)部的放電往往檢測不到。同時超聲波信號的傳播時延大多是用電流脈沖信號觸發(fā)計時器來獲得。在現(xiàn)場使用時，局部放電產(chǎn)生的脈沖電流信號，往往淹沒于高的干擾脈沖之中而無法分辨，難以觸發(fā)計時器工作，從而導(dǎo)致監(jiān)測系統(tǒng)作出錯誤的判斷。
2.方法：(1)差動平衡法：比較進入測量系統(tǒng)的兩個信號，一個來自中性點傳感器，另一個來自變壓器鐵芯接地傳感器。當變壓器內(nèi)部產(chǎn)生局部放電信號，它在變壓器中性點及鐵芯接地傳感器上，產(chǎn)生兩個方向相反的電流脈沖。而當變壓器外部存在干擾信號時，他在這兩個傳感器上產(chǎn)生的電流脈沖方向相同，適當選擇頻率，對這兩個電信號進行比較，就可以對電暈干擾加以抑制。(2)超聲波檢測法：利用超聲波傳感器，在變壓器外殼上檢測局部放電產(chǎn)生的聲信號。一方面當變壓器內(nèi)部發(fā)生局部放電時，所產(chǎn)生的電流脈沖信號就被檢測到，另一方面分布在油箱壁上的幾個超聲波傳感器也會檢測到聲波信號。但它要比電脈沖延遲某個時間，根據(jù)這個延遲時間，就能確定傳感器和放電發(fā)生點之間的距離，從而確定放電點的位置。(3)電氣定位法：利用超聲波傳播的方向和時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。
(二)變壓器油中溶解氣體(DGA)在線監(jiān)測
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。當故障不太嚴重，產(chǎn)氣量較少時，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，對油中溶解的氣體進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。
2.方法及其發(fā)展
(1)一般采用常規(guī)氣相色譜儀進行變壓器油率溶解氣體的定期檢側(cè)，即試驗人員到變電站抽取部分脫出氣體注入氣相色譜儀的進樣口，用氣相色譜儀檢測，輸出結(jié)果，最后將結(jié)果與標準進行比較判斷。
(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分析裝置，即將常規(guī)色譜分析儀的脫氣和氣體濃度檢測兩部分置于變壓器安裝現(xiàn)場，在技術(shù)上實現(xiàn)自動化分析，顯然，這種油色譜自動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)程序上實現(xiàn)了自動，從技術(shù)經(jīng)濟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)測裝置。在變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測裝置的研究中，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分析裝置的結(jié)構(gòu)，而且實現(xiàn)了在線監(jiān)測。
(4)氣體檢測單元上作出變革，不用復(fù)雜的色譜儀，而用氣敏傳感器對分離氣體檢測。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多種氣體都具有相同的敏感度，因此，人們最先研究成功的在線監(jiān)測裝置是監(jiān)測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)測裝置功能有限，但因其比常規(guī)色譜法進了一步而得到了廣泛應(yīng)用。
二、變壓器在線監(jiān)測研究發(fā)展趨勢及研究方向
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是能測量多種氣體含量。測量范圍寬，靈敏度高精度高，響應(yīng)快，選擇性良好可靠性高，壽命長，可以實現(xiàn)連續(xù)分析和自動控制。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組分的特征吸收光譜相吻合而進行測定的。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混合氣體的氣體層。由于被測氣體的含量不同，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。
三、結(jié)語
變壓器作為發(fā)變電系統(tǒng)中重要設(shè)備，安裝在線監(jiān)測系統(tǒng)的必要性已漸漸成為電力行業(yè)的共識，電力變壓器的工作效率代表了電力部門的財政收益，變壓器的在線監(jiān)測提高了運行的可靠性，延緩了維護費用的投入，延長了檢修周期和變壓器壽命，由此帶來的經(jīng)濟效益是非?？捎^的。電力設(shè)備的在線監(jiān)測技術(shù)是今后的發(fā)展方向，具有廣闊的前景。
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