苏明
东莞市新意念电气安装工程有限公司 523900
摘要：介绍了大型电力变压器故障在线监测系统的结构模型，叙述了检测过热、放电故障的传感技术和色谱气体分析等新技术的应用成果，强化了变压器状态维修的新理念，并以实例论证了变压器故障智能化诊断系统TFDANN推广应用的价值及其重要性.
关键词：状态维修；在线监测；传感技术；色谱分析；人工神经网络
引言：变压器是电力系统中重要的设备，其运行状况好坏直接影响系统的安全稳定运行。状态维修是一种维修成本低、停电时间短、设备利用率高的变压器维修策略，受到国内外电力企业的青睐。状态检修要求对设备状态进行跟踪和预测，在设备由于存在潜在故障状态开始劣化但尚未发展到功能故障前，通过状态评价及其发展趋势预测、故障诊断等方法确定潜在故障点，从而明确维修的部位和时间，及时采取维修措施以避免功能故障的发生。近年来，领域专家对运行中变压器局部过热、局部放电在线监测进行了深入持久的研究，对变压器过热、放电故障实施在线监测，并结合智能化诊断的人工神经网络分析变压器运行状况，以便及时确定变压器故障的性质.由于人工神经网络在故障诊断中发挥了重要作用，人们越来越重视人工智能技术在该领域的开发和应用，也为电力工程师诊断变压器故障开辟了新的途径.
正文
1 变压器状态维修
变压器状态维修是一种全新、优化的管理模式，状态维修不仅是先进的维修手段，也是现代设备管理理念的应用.
1.1 状态维修的理念
变压器状态维修是针对传统的电气设备进行定期的“计划检修”存在各种弊端，而提出的一种全新检修概念.变压器维修有3种模式：故障维修（BM）；计划维修（TBM）；状态维修（CBM）.故障维修（BM）是变压器早期的维修方式，只是在变压器出现故障时才采用.计划维修（TBM）的基础是变压器预防性试验，是指对变压器定期安排大修小修，尽可能将故障隐患消除在出现之前，由于计划维修在现场对变压器吊芯大修风险很大，可能会使故障率增加，另外也可能因“过度检修”造成巨大损失，甚至会影响变压器寿命.变压器状态维修（CBM）的基础是变压器在线监测，是设备修管理发展及现代科技进步的必然结果，也是电力系统提高供电安全性、可靠性，保证供电质量，降低运行、维修费用的需要.状态维修（CBM）可通过变压器运行历史、检修及试验状态、监测的重要数据分析其趋势，以预测、诊断、评估变压器故障和寿命，并使变压器检修实现优化配置.
1.2 在线监测与状态维修
变压器在线监测技术能及时地诊断出运行中变压器早期的潜伏性故障，防止突发事故而造成停电.近年来，随着传感技术、计算机技术、网络技术的迅速发展，变压器在线监测技术不断改进、创新和完善，使变压器由传统的计划维修向先进的状态维修过渡，为变压器实行状态维修打下了坚实的基础。
2 变压器在线监测
为了确保大型电力变压器的安全运行，电力部门采用了各种不同且行之有效的监测手段.目前，利用先进的传感技术、色谱分析（DGA）与人工智能（AI）的完美结合，实现了变压器的在线监测，这一高新技术正代表了当今对变压器故障诊断的发展方向.
2.1 变压器在线监测技术
近年来，随着“状态维修”概念的深入，变压器在线监测技术已成为领域专家关注的热点.上海电力学院科研人员经过多年的研制，成功开发了一套新型电力变压器在线监测系统，该系统包括传感器、色谱分析法则和人工智能诊断系统.变压器在线检测系统模型，如图1所示.
图1中，传感技术部分由气体传感器、电流传感器、温度传感器组成.由于变压器在线检测项目的不同，需要采用各种不同类型的传感器，将获取的被测信号（电的或非电的）转换成单一的电磁（模拟）信号，并通过电缆传输到信号处理器和A/D转换器，最后传输到计算机，由智能化故障诊断系统处理。
2.2 温度传感器
变压器在线监测是一项很有发展潜力的新技术，传感器特性是在线监测的关键，传感器的实质是用来模拟人类的感官功能.本系统主要针对运行中变压器局部过热、局部放电等故障进行监测.
2.2.1 红外传感器
变压器上层油温的异常变化，可以反映出变压器的过热故障，本系统采用红外温度传感器（全辐射式），对变压器上层油温进行监测，由于红外传感器测温是远距离、非接触的，故适合于带电体、高温及高压的变压器温度测量，且测温反应快、灵敏度高、准确度高.测温范围从低温到高温几乎覆盖变压器所有的过热故障.红外传感器测温原理根据测量变压器所辐射出来的全波段辐射能量来确定其温度，遵从斯蒂芬-玻尔兹曼定律，即：
式中：Eb 被测变压器全部辐射能量；
σo 斯蒂芬-玻尔兹曼常数；
T 变压器的绝对温度；
斯蒂芬-玻尔兹曼定律表明，变压器（过热）的温度愈高，辐射能量就愈大。由定律分析可知，需用绝对黑体接收被测对象发出的所有波长的全部能量，来对应被测对象的绝对温度.常用的测量变压器温度的红外传感器是用来接收目标辐射，并转换为电信号的器件.
2.2.2 光纤温度传感器
热辐射温度光纤传感器是利用光纤内产生的热辐射来传感温度的一种器件，这种传感器的灵敏度是一种分布灵敏度，可确定位于光纤上任何位置的温度，由于只探测热辐射，故无需任何光源.这种传感器可用来监视一些大型电气设备，如电机、变压器等内部热点温度，可有效地解决变压器设备中热点测量的技术问题.我们将热辐射光纤传感器的传感探头嵌入变压器绕组、铁心等探测热点，测得的信号经光纤传送至探测器，经由探测器将光信号转换为电信号输出.热辐射光纤传感器可直接测量变压器绕组、铁心的实时温度，改进了变压器的预测建模技术，达到实时互测变压器绕组、铁心温度状态的目的.
3 变压器检修和维护方法
变压器的维修是指为了保证变压器维持其正常的变电以及传输电能功率的功能，在其发生故障后或预计要发生故障但并未故障时采取一些手段和方法使变压器工作在正常无危险状态，使其能满足用户以及电网对电能质量的需求，即达到用户对变压器设备功能的期望值。当前企业最主要的生产成本之一就是设备维修费用，对于昂贵的电力变压器，是企业必不可少的，其维修费用可以占到设备维修费用的50%以上。一直以来，为了保证变压器的正常运行，电力系统主要采用定期对电力变压器进行维修的方法，包括变压器试验、小修、大修等。按照我国电力行业标准，10 kV及以上电压等级的变压器投运5 a需要进行一次大的检修，以后每隔10 a必须进行一次大修，每年进行一次小修理。
根据这种规定，要求变压器不管工作状态如何，到规定时间就必须检修，这样就造成了对不需要检修的运行状态良好的变压器进行了不必要的检修，在设备尚未发生缺陷时就进行停运检修甚至更换变压器，造成极大的浪费。另一方面，随着设备电气设备智能化水平的逐步提高，各种等级电压的变压器设备复杂度也不断提高，这就使得用于变压器检修的人力、物力、财力等投入不断加大，维修成本和代价变得越来越高，因此需要有一种合理的检修和维护的方法，从降低成本和保证变压器的可靠性两方面综合考虑，实现最优化。目前常用的维护维修方法有以下几种。
3.1 发生故障后维修
当变压器发生故障后为了使其正常工作保证生产继续进行对变压器进行维修，这是最先采用的方式。这种方式比较被动，有明显的缺点：因为我们不能确定故障将会在何时发生，也不知道具体哪个设备会发生故障，所以没法制定计划，一切都是不定性的。
3.2 根据计划维修
根据制定计划对变压器进行维修，即使变压器正常运行，也要例行检修维护。维修周期的制定以经验和统计学理论为基础。计划维修的缺点是维修周期的制定没有严谨的依据。如果计划制定不合理，过度维修或者维修间隔很长，这就带来变压器零部件甚至变压器更替频繁，资源的严重浪费，再者带来变压器设备运行在临界故障状态。不过计划维修优势在于维修时间是预先知道的，可以提前制定安排生产计划和维修计划，提高生产效率，节省维修成本和时间。
4 结语
本文基于对电力变压器的故障诊断以及检修维护方法的理论研究，提出两种对变压器故障进行诊断的常用有效的方法：油中溶解气体分析法；基于计算智能的方法。在此基础上，列出目前常用的维修方法：故障后维修、计划维修、基于状态的维修、预知式维修。并对不同方法的优缺点进行论述，之后提出两种维修方式：将变压器模块化，制定不同的标准维护；考虑环境对其长期的影响，采取必要的防护措施。
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论文作者:苏明
论文发表刊物:《基层建设》2016年2期
论文发表时间:2016/5/30
标签：变压器论文; 在线论文; 故障论文; 状态论文; 计划论文; 传感器论文; 方法论文; 《基层建设》2016年2期论文;