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摘要：在线监测变压器的运行状态可及时地掌握变压器设备内部绝缘的真实状况，尽早发现变压器内部存在的故障隐患，本文将对变压器常见的在线监测技术进行介绍，并对在线监测技术发展前景进行了展望。
关键词：在线监测 内部故障 故障诊断 故障分析
大型高压输变电设备尤其是变压器的安全稳定运行，是保证供电可靠性的基础，也是电力安全生产的根本保证。随着输变电能力的不断提高，变压器的可靠运行及故障诊断越发显得重要。从故障统计的数据情况来看，对于变压器及其他各种电力设备而言，外部故障发生的次数远远大于内部故障发生的次数。内部故障发生次数不超过总体故障次数的10%，但是内部故障对于设备本身及电网可能造成的损害远远大于外部故障。
大多数电力变压器的早期潜在故障是随着运行时间而发展的，变压器的故障主要体现在本体、套管、绕组、铁芯和分接调压开关等，而过热及冲击电压也加速了绝缘老化的过程。在线监测变压器的运行状态可及时地掌握变压器设备内部绝缘的真实状况，尽早地发现变压器内部存在的故障隐患，对变压器的安全稳定运行具有非常重要的意义。
1 油中溶解气体在线监测
对变压器油中气体的检测分析是对变压器运行状态进行判断的重要监测手段。变压器在运行中由于种种原因产生的内部故障, 如局部过热、放电、绝缘纸老化等都会导致绝缘劣化并产生一定量的气体溶解于油中，不同的故障引起油分解所产生的气体组分也不尽相同, 从而可通过分析油中气体组分的含量来判断变压器的内部故障或潜伏性故障。对变压器油中溶解气体采用在线监测方法, 能准确地反映变压器的主要状况, 使运检人员能随时掌握各站主变压器的运行状态, 以便及时作出决策，预防事故的发生。变压器油中溶解气体在线监测的关键技术包括油气分离技术、混合气体检测技术。
2 局部放电在线监测
变压器局部放电在线监测技术，是根据超声波原理将高频声波传感器放在油箱外部，测取局部放电或电弧放电所产生的暂态声波信号。局部放电在线监测采用高性能传感器，如铁氧体磁芯的电流电压转换型传感器，因为这种传感器可将传感信号与变压器一次侧有效隔离。
根据国内外运行经验，变压器若出现几千pC的局部放电量，仍然可以继续运行，但如果局部放电量达到10000 pC以上时，则表明变压器绝缘的缺陷已经十分严重。从变压器内部出现局部放电到绝缘击穿，有一个演变过程。对局部放电监测的阈值报警和视在放电量的历史数据的发展趋势的分析，可以判断变压器内部的绝缘状况。阈值报警就是当高频信号的幅值和每周期脉冲个数达到设定的阈值，以及脉冲波形达到脉冲宽度和频度时，由局部放电监测装置自动发出的阈值报警信号。
根据变压器局部放电过程中产生的电脉冲、电磁辐射、超声波、光等现象, 相应出现了超声波检测法、光测法、电脉冲检测法、射频检测法和UHF超高频检测法。
3 绕组变形在线监测
有关变压器的故障分析表明，绕组是发生故障较多的部件之一。变压器绕组变形是指在机械力或电动力的作用下，绕组的尺寸或形状发生了不可逆转的变化，如轴向和径向尺寸的变化，器身位移，绕组扭曲鼓包、匝间短路等。造成变压器绕组变形的原因主要是变压器绕组承受不住运行中遭受的各种短路故障的冲击，尤其是变压器出口或近距离短路故障引起的巨大冲击，或者变压器在运输和安装过程中发生的意外碰撞。
随着我国电网容量的日益增大，短路容量也随之增大，变电站进出线路运行环境恶劣，各种过电压、外部短路时有发生。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆变压器发生突然短路故障时，在变压器绕组内流过很大的短路电流，短路电流在与漏磁场的相互作用下，产生很大的电动力，虽然这种暂态持续时间很短，但是变压器还是可能会遭到损坏，其绕组很可能发生变形。变压器绕组发生变形后，有的会立即发生损坏事故，但更多的是仍能继续运行。这样可能会形成某些已经发生绕组变形的变压器仍看成是正常的变压器在电网中运行的局面。由于变压器绕组变形存在累积效应，如果不及时发现和修复变形，就埋藏了事故隐患，遇到过电压等情况，就可能引发较大的事故。
对于已经发生绕组变形的变压器，用目前的常规试验方法如频响分析法、短路阻抗法等可以发现问题，其主要方法是在现场采取吊罩检查的方法，通过施加低压脉冲并比较响应变化的低压脉冲法，测量变压器短路电抗并与历史数据比较的短路电抗法，测量变压器频率响应并比较其变化的频响分析法。这些方法需要变压器退出运行，即离线检测方法，不能在线监测变压器绕组状况以便及时发现故障。
4 铁心接地在线检测
变压器运行的时候,铁心周围存在着交变磁场,在磁场的作用下,铁心带电绕组受到寄生电容的耦合作用,对地产生悬浮电位。悬浮电位过高会击穿变压器各组件之间的绝缘层,产生局部放电,对变压器造成损害,也会威胁现场人员的人身安全。为消除悬浮电位的影响,一般将变压器铁心通过外壳接地,使其与大地等电位,但仅允许一点接地,如果有两点或者两点以上同时接地,则铁心与大地之间将形成电流回路,产生环流。铁心多点接地造成的危害主要有：一是使铁心损耗增加，铁心局部过热，甚至烧坏；二是过热造成的温升，将使变压器油分解，产生的气体溶于油中，可能会引起绝缘油性能下降，油中气体不断增加并析出，可能导致气体继电器动作而使变压器跳闸。因此，及早地发现和处理铁心接地问题对变压器的安全运行有非常重要的意义。监测变压器铁心多点接地的方法主要有三种，即监测变压器绝缘油特征气体的色谱分析法，基于铁心局部发热的红外法和直接监测铁心接地电流的电气法。
5 振动频谱在线监测
变压器油箱表面的振动与使其振动的变压器绕组及铁心的压紧状况、位移及变形状态密切相关，故在线测量油箱表面振动可反映有载调压开关、绕组和铁心的机械性缺陷，也可对内部局放进行检测和定位。目前，美国、俄罗斯和加拿大等几个国家正在研究利用振动信号分析法在线监测变压器，振动监测常采用压电式加速度传感器，安装在变压器铁壳外，频率从几Hz到20kHz，最高80kHz。目前俄罗斯已进入现场试用，结果证实该法适于各类变压器，准确率高达80%～90%。其不足在于未充分研究绕组振动特性，如测试位置对振动信号测量的影响及不同压紧状况下绕组振动信号的特征等。
6 变压器在线监测技术展望
变压器的在线监测可以及早发现设备内部可能存在的缺陷或性能劣化，为检修提供判断，提高供电可靠性和经济性。因此，变压器的在线监测具有十分广阔的发展前景，其发展方向主要是由对单台的设备进行监测向整个系统的在线监测延伸，并根据系统设备的运行情况，由专家系统判定最优化的运行计划。再就是实现设备的远程监测和状态监测系统与其他系统联网，增强系统的安全性和可操作性。
虽然包括变压器在线监测在内的电力设备在线监测技术已经发展了几十年，但在线监测系统的选型、日常运行、判据分析、状态评价等方面仍缺乏相应的标准、规范，运行单位对在线监测系统按电力设备的日常管理、维护工作有待规范。还有抗干扰等技术问题、设备的可靠运行和维护问题、经济效益问题等。随着科学技术的不断发展进步，国内外标准的发布执行，电力设备在线监测技术必将是未来高压设备监测研究的重点。
参考文献
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论文作者:张加岩,马健
论文发表刊物:《电力设备》2016年第4期
论文发表时间:2016/6/3
标签：变压器论文; 在线论文; 绕组论文; 铁心论文; 故障论文; 局部论文; 气体论文; 《电力设备》2016年第4期论文;