變壓器是電力系統(tǒng)中重要的也是昂貴的關(guān)鍵設(shè)備，它承擔(dān)著電壓變換，電能分配和轉(zhuǎn)移的重任，變壓器的正常運(yùn)行是電力系統(tǒng)安全、可靠地經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和供用電的重要保證，因此，必須最大限度地防止和減少變壓囂故障或事故的發(fā)生。但由于變壓器在長(zhǎng)期運(yùn)行中，故障和事故是不可能完全避免的。引發(fā)變壓器故障和事故的原因繁多，如外部的破壞和影響，不可抗拒的自然災(zāi)害，安裝、檢修、維護(hù)中存在的問題和制造過(guò)程中留下的設(shè)備缺陷等事故隱患，特別是電力變壓器長(zhǎng)期運(yùn)行后造成的絕緣老化、材質(zhì)劣化等等，已成為故障發(fā)生的主要因素。
變壓器狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)架
正因?yàn)樽儔浩鞴收系牟豢赏耆苊猓?i>對(duì)故障的正確診斷和及早預(yù)測(cè)，就具有更迫切的實(shí)用性和重要性，重要用電單位對(duì)變壓器的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)正在逐漸推廣普及。
變壓器監(jiān)測(cè)裝置
變壓器主要監(jiān)測(cè)參數(shù)如下表所示：
變壓器油中溶解氣體組分和水分感知
新型無(wú)載氣免維護(hù)型油中溶解氣體在線感知裝置
新型變壓器油色譜在線感知系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定量循環(huán)清洗、進(jìn)油、油氣分離、樣品分析，數(shù)據(jù)處理，實(shí)時(shí)報(bào)警；快速地在線感知變壓器等油浸式電力高壓設(shè)備的油中溶解故障氣體的 含量及其增長(zhǎng)率，并通過(guò)故障診斷專家系統(tǒng)早期預(yù)報(bào)設(shè)備故障隱患信息，避免設(shè)備事故，減 少重大損失，提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性。
變壓器鐵芯接地泄漏電流感知
主變壓器加裝鐵芯接地泄漏電流監(jiān)測(cè)裝置，該裝置采用嵌入式結(jié)構(gòu)、就地測(cè)量、數(shù)字傳輸，針對(duì)變壓器鐵芯接地和變壓器油溫實(shí)施在線感知及診斷，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)內(nèi)部絕緣受潮或受損、鐵芯多點(diǎn)接地、箱體內(nèi)異物、油箱油泥沉積等故障。當(dāng)變壓器鐵芯泄漏電流達(dá)到報(bào)警限值時(shí)，自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，對(duì)事故做到早預(yù)防早處理，為此類設(shè)備的狀態(tài)檢修提供可靠技術(shù)依據(jù)。
變壓器振動(dòng)與噪聲感知
變壓器綜合振動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置采集主機(jī)電力變壓器繞組、鐵芯及附件諸如油泵、風(fēng)機(jī)的振動(dòng)引起了整體的振動(dòng)。當(dāng)繞組的壓緊力下降時(shí)，變壓器整體的振動(dòng)特性也將發(fā)生變化。因此可以從箱體的整體振動(dòng)信號(hào)的分析得出變壓器整體振動(dòng)及繞組緊固情況。
電力變壓器振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用在線式測(cè)振儀進(jìn)行電力變壓器振動(dòng)信號(hào)的現(xiàn)場(chǎng)采集，隨即 存儲(chǔ)于測(cè)振儀，隨后可通過(guò) USB 接口導(dǎo)入安裝有專用分析、診斷軟件的用戶計(jì)算機(jī)做進(jìn)一步分析。
變壓器局部放電感知
電力變壓器局部放電信號(hào)高速采集裝置采用高速信號(hào)采集技(ADC+FPGA+ARM)， 兼容高頻脈沖電流、超聲波、暫態(tài)對(duì)地過(guò)電壓及超高頻局部放電傳感器，能準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)設(shè)備內(nèi)可能產(chǎn)生的局部放電信號(hào)，并具有良好的抗干擾能力，可滿足現(xiàn)場(chǎng)相對(duì)復(fù)雜的電磁環(huán)境和高頻信號(hào)干擾的要求。
電力變壓器局部放電信號(hào)高速采集裝置采集單元單通道采樣率最高可達(dá)100M/S，具有極強(qiáng)的信號(hào)捕捉能力?？瑟?dú)立安裝在被監(jiān)測(cè)變壓器附近，周期性地對(duì)被監(jiān)測(cè)電力設(shè)備進(jìn)行掃描，捕捉變壓器中發(fā)生的各類放電的原始信號(hào)。針對(duì)電力設(shè)備內(nèi)局部放電頻譜寬的特性，采用多通道同時(shí)采集方式，并兼容不同類型局部放電傳感器。通過(guò)多路通道信號(hào)的采集、濾波、 比對(duì)，確保檢測(cè)數(shù)據(jù)的真實(shí)、完整、可靠，最大限度地減少和消除干擾信號(hào)。
變壓器聲電聯(lián)合局部放電現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)示意圖如下：
接觸式超聲傳感器
將傳感器貼在變壓器油箱外殼表面，適用于固體及充油設(shè)備的局部放電信號(hào)源探測(cè)，能有效檢出油浸式設(shè)備內(nèi)部絕緣缺陷。
變壓器繞組溫度監(jiān)測(cè)
變壓器油溫關(guān)系到變壓器的絕緣材料的壽命，當(dāng)變壓器內(nèi)有機(jī)絕緣材料老化時(shí)，其機(jī)械 強(qiáng)度降低，無(wú)法承受正常工作的外力。最終導(dǎo)致變壓器發(fā)生電氣故障，無(wú)法工作。對(duì)于按照 GB1094設(shè)計(jì)的變壓器，在熱點(diǎn)溫度 98℃下相對(duì)熱老化率為 1。此熱點(diǎn)溫度與“在環(huán)境溫 度為 20℃和熱點(diǎn)溫升為 78K 下運(yùn)行”相對(duì)應(yīng)。相對(duì)老化率定義為：
此函數(shù)表示相對(duì)老化率隨熱點(diǎn)溫度變化規(guī)律，從公式中可以看出溫度每增加 6 度，相對(duì)老化率增加一倍。變壓器油溫監(jiān)測(cè)示意圖
在線電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)
認(rèn)證級(jí)在線電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置具有強(qiáng)大的電能質(zhì)量分析、高端 RTU（含 PLC 控制功能）、故障錄波、諧波分析功能。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量的連續(xù)在線監(jiān)測(cè)，精度高、多種通信路徑、通訊傳輸符合 TCP/IP 協(xié)議；高精度測(cè)量電力系統(tǒng)各參變量，如電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、視在 功率、功率因數(shù)、線損、變壓器損耗等。
紅外、紫外與可見光圖像融合感知
主流的紅外熱成像技術(shù)是利用物體發(fā)出的不可見紅外能量轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢姷臒釄D像，并通過(guò) 熱圖像的溫度分布找出絕緣子的異常發(fā)熱點(diǎn)。針對(duì)設(shè)備放電的情況，如很容易就可以觀察到過(guò)熱點(diǎn)的紅外圖像時(shí)，電氣設(shè)備的絕緣狀態(tài)已經(jīng)極度惡化。因此，為診斷絕緣子的早期故障， 及時(shí)預(yù)報(bào)該局部放電的發(fā)展趨勢(shì)和預(yù)測(cè)相關(guān)設(shè)備的絕緣劣化程度，采用紫外成像技術(shù)能很好的解決這一問題；另外，為靈敏地檢測(cè)設(shè)備的中后期問題，仍需利用紅外熱成像監(jiān)測(cè)技術(shù)的 優(yōu)勢(shì)；再利用原始的可見光成像能直觀找出故障位置的優(yōu)點(diǎn)，采用這三種成像技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)， 統(tǒng)一的監(jiān)測(cè)電氣設(shè)備，能保障線路與設(shè)備的正常運(yùn)行，有效避免事故發(fā)生。
變壓器在線監(jiān)測(cè)平臺(tái)目標(biāo)
變壓器在線監(jiān)測(cè)平臺(tái)需要具備聯(lián)網(wǎng)及通信能力，建設(shè)過(guò)程如下：
變壓器數(shù)據(jù)感知設(shè)備如下：
主要功能及特點(diǎn)
1、自動(dòng)測(cè)量接線組別；
2、自動(dòng)進(jìn)行組別變換；
3、自動(dòng)切換相序；
4、自動(dòng)切換量程；
5、自動(dòng)校表；
6、輸入標(biāo)準(zhǔn)變比后，能自動(dòng)計(jì)算出相對(duì)誤差；
7、一次測(cè)量完成，自動(dòng)切斷試驗(yàn)電壓 ；
8、設(shè)置數(shù)據(jù),測(cè)量結(jié)果自動(dòng)保存，可查看以前數(shù)據(jù)；
9、測(cè)量有載變壓器,只輸入一次變比。
主要技術(shù)指標(biāo)
1、變比測(cè)量范圍： 1—10000
2、組別：1—12點(diǎn)
3、精度：1-1000 0.2 級(jí)
1000-10000 0.5級(jí)
4、電源：AC220V ±10%，50HZ
5、使用環(huán)境溫度：-5℃ ─ 40℃
6、使用環(huán)境濕度：＜85%
7、體積：430×320×215mm3
8、重量：8kg
變壓器鐵芯多點(diǎn)接地，是變壓器較常見故障之一，查找和處理都有一定的難度。常規(guī)的方法是吊罩檢查，若直觀上找不到故障點(diǎn)，一般用直流法或者交流法進(jìn)行查找，不但工作量大、費(fèi)用高、停電時(shí)間長(zhǎng)給用戶用電造成影響，而且大型變壓器吊罩存在很大的風(fēng)險(xiǎn)。
一、變壓器鐵芯多點(diǎn)接地故障的判斷
1.測(cè)量鐵芯絕緣電阻：鐵芯絕緣電阻為零或很低，則表明可能存在鐵芯接地故障。
2.氣相色譜分析：利用氣相色譜分析法，對(duì)油中含氣量進(jìn)行分析，也是發(fā)現(xiàn)變壓器鐵芯接地比較有效的方法。發(fā)現(xiàn)鐵芯接地故障的變壓器，其油色譜分析數(shù)據(jù)通常有以下特征：總烴含量超過(guò)“變壓器油中溶解氣體和判斷導(dǎo)則”（ＧＢ７２５２－８７）規(guī)定的注意值（１５０μＬ／Ｌ），其中乙烯（Ｃ２Ｈ４）、甲烷（Ｃ２Ｈ２）含量低或不出現(xiàn)，即未達(dá)到規(guī)定注意值（５μＬ／Ｌ）。若出現(xiàn)乙炔也超過(guò)注意值時(shí)，則可能是動(dòng)態(tài)接地故障。氣相色譜分析法可與前兩種方法綜合起來(lái)，共同判定鐵芯是否多點(diǎn)接地。
3.監(jiān)視接地線中環(huán)流：對(duì)鐵芯或夾件通過(guò)小套管引起接地的變壓器，應(yīng)監(jiān)視接地線中是否有環(huán)流，如有，則要使變壓器停運(yùn)，測(cè)量鐵芯的絕緣電阻。
二、變壓器鐵芯多點(diǎn)接地故障現(xiàn)場(chǎng)簡(jiǎn)易處理方法
1.不吊芯臨時(shí)串接限流電阻
運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)變壓器鐵芯多點(diǎn)接地故障后，為保證設(shè)備的安全，均需停電進(jìn)行吊芯檢查和處理。但對(duì)于系統(tǒng)暫不允許停電檢查的，可采用在外引鐵芯接地回路上串接電阻的臨時(shí)應(yīng)急措施，以限制鐵芯接地回路的環(huán)流，防止故障進(jìn)一步惡化。
在串接電阻前，分別對(duì)鐵芯接地回路的環(huán)流和開路電壓進(jìn)行測(cè)量，然后計(jì)算應(yīng)串電阻阻值。注意所串電阻不宜太大，以保護(hù)鐵芯基本處于地電位；也不宜太小，以能將環(huán)流限制在０．１Ａ以下。同時(shí)還需注意所串電阻的熱容量，以防燒壞電阻造成鐵芯開路。
2.吊芯檢查
（１）分部測(cè)量各夾件或穿心螺桿對(duì)鐵芯（兩分半式鐵芯可將中間連片打開）的絕緣以逐步縮小故障查找范圍。
（２）檢查各間隙、槽部重點(diǎn)部位有無(wú)螺帽、硅鋼片、廢料等金屬雜物。
（３）清除鐵芯或絕緣墊片上的鐵銹或油泥，對(duì)鐵芯底部看不到的地方用鐵絲進(jìn)行清理。
（４）對(duì)各間隙進(jìn)行油沖洗或氮?dú)鉀_吹清理。
（５）用榔頭敲擊振動(dòng)夾件，同時(shí)用搖表監(jiān)測(cè)，看絕緣是否發(fā)生變化，查找并消除動(dòng)態(tài)接地點(diǎn)。
3.放電沖擊法
由于受變壓器身在空氣中暴露時(shí)間不宜太長(zhǎng)的限制，以及變壓器本身裝配形式的制約，現(xiàn)場(chǎng)很多情況下無(wú)法找到其具體確切接地點(diǎn)。特別是鐵銹焊渣懸浮、油泥沉積造成的多點(diǎn)接地，更是難于查找。此類故障可采用放電沖擊法，應(yīng)用此法處理因殘留雜物引起的鐵芯接地故障效果明顯，節(jié)省時(shí)間，節(jié)省人力物力，簡(jiǎn)單實(shí)用。但對(duì)鐵芯絕緣受潮或絕緣擊穿引起的鐵芯接地不能采用此法，仍需吊罩處理。
三、結(jié)論
(1)發(fā)現(xiàn)鐵芯多點(diǎn)接地故障時(shí)，可采用氣相色譜法和監(jiān)視接地電流來(lái)跟蹤監(jiān)測(cè)。
(2)可以通過(guò)直流法和交流法來(lái)判斷鐵芯故障點(diǎn)。
(3)由鐵芯毛刺或浮物引起的接地故障可采用電容放電的方式，但要注意電壓的大小，此方法不需要對(duì)變壓器進(jìn)行吊罩，可減少停電時(shí)間，提高供電可靠性。
(4)在主變安裝和大修時(shí)，要注意對(duì)主變內(nèi)部的清理工作，特別對(duì)鐵芯槽和各間隙處要用油或氮?dú)鈦?lái)沖吹清理。
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