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摘要：电力变压器是风电场最关键的设备之一，它的正常运行对风电场安全、可靠、经济运行具有重要意义。在线监测技术应用是实现风电场集约化管理、减少运维人员工作量必不可少的手段。本文通过对风电场电力变压器几种在线监测技术详细介绍，为风电场实现无人或少人值守，加快推进建设智慧型风电场提供了一种思路。
关键词：风电场；变压器；在线监测技术
1 前言
电力变压器是风电场最关键的设备之一，它的正常运行对风电场安全、可靠、经济运行具有重要意义。变压器在线监测的目的，就是通过对变压器特征信号的采集和分析，判别出变压器的状态，以期检测出变压器的初期故障，并监测故障状态的发展趋势。实现预维修、状态检修，将变压器故障缺陷消灭在萌芽状态，减少风电场停运时间，节约生产成本。
电力变压器的在线监测技术应用是实现风电场集约化管理、减少运维人员工作量必不可少的手段。现就已在风电场逐步推广应用且技术成熟的几种在线监测技术进行详细介绍。
2 变压器油色谱在线监测技术
风电场绝大多数主变压器是油纸或油和纸板组成的绝缘结构。当变压器内部发生热故障、放电性故障或者油、纸老化时均会分解产生各种气体。这些气体在油里经对流、扩散，不断地溶解于绝缘油中。发热和放电的产生程度不同，所产生的气体种类、油中溶解气体的浓度、各种气体的比例关系也不相同。
通过对特征气体的获取、辨识以及根据特征气体进行油气分析，可以发现变压器内部潜在的油脂劣化、放电故障、绝缘老化等通过电气量和温度监控不易发现的内部缺陷。目前风电场主要是在定期维护时进行油的色谱分析或者在变压器运行异常时才提取油样进行化验分析。存在取油样不及时、油样污染、需要专业实验室化验及不能准确反映取样和变压器负载关系，对油色谱分析结果所反映变压器真实运行工况有偏差的缺陷。
变压器油色谱在线监测，能够在不影响变压器工作的同时，实时对变压器的工作情况进行监测，并将所监测的情况传递给运维技术人员。运维技术人员能够通过所传来的信息，对可能发生故障的变压器进行及时的修复与处理。
变压器油色谱在线监测主要由油样的采集、分离、色谱的分离，数据的收集处理，主站单元等单元所组成。通过真空分离法、动态顶空分离法、膜渗透分离法等手段实现特征气体的获取，在气体辨识中有色谱法、光谱法、传感器法等，通过下三比值及改良三比值法、大卫三角法、援例分析法等数据分析，准确判断变压器运行工况及潜在缺陷。
3 变压器铁芯在线监测系统
投入使用的电力变压器在正常工作状态下，铁芯接地电流很小，为毫安级，最大为100毫安。若铁芯存在两点以上接地情况，则接地点之间便可能形成回路从而产生环流。当两点电位差达到能够击穿二者之间绝缘时便产生断续火花放电而损坏变压器内部绝缘固件，从而使绝缘油分解，产生可燃性气体，还可能使接地片熔断，烧坏铁芯，导致事故发生。目前风电场惯用的检测手段是检测溶解在绝缘油中的故障气体，以及对设备的绝缘油采样后进行气体色谱分析和用钳形电流表测变压器铁芯外引接地套管的接地下引线的电流，以便尽快地发现潜伏性故障。然而，在检测铁芯多点接地现象时，区分微弱的接地故障电流与强电磁环境干扰等有一定的难度，因此，这种方法步骤多、操作复杂，且不能在线分析，检测的精度和时效性都存在问题。
变压器铁芯接地电流在线监测系统不用断开被测变压器铁心的接地引下线，对运行中的变压器不造成安全隐患，具有防外界电磁、电场干扰，测量精度高，数值准确，体积小、重量轻，易于安装。通过安装在变压器铁芯接地线上的电流互感器，获取原始数据，微机处理器将采样得来的信号进行计算处理后，根据运算结果，控制限流电阻的投切，通过显示终端显示测量数据。
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4 变压器局部放电的在线监测技术
相对传统的停电局部放电检测，在线局部放电监测可以长时间连续监测变压器局部绝缘放电情况，当运行中的变压器局部放电超过允许值时，表明其内部绝缘出现问题而必须进行检查。因此在检修工时和经济效益等方面有很大的优势，是目前唯一的一种有效避免变压器突发性事故的监测手段。在线局部放电监测反映的是变压器实际工作状态下的绝缘放电情况，比离线检测更符合设备的实际运行工况。
当运行中的变压器局部放电超过允许值时，表明其内部绝缘出现问题而必须进行检查。合格的局部放电在线监测设备，不仅能准确判断局部放电发生的位置，而且为下一步的检修工作提供可靠的依据。目前主要以超声定位法、电-声联合定位法和电气定位法为主。
4.1 超声波定位法主要是根据在局部放电过程中产生的超声波传播的方向和时间来确定放电位置的。包括电-声定位和声-声定位，当发生局部放电时，由于超声波通过不同介质向外传播，到达油箱壁的时间就不同，在变压器油箱外壳安装多个超声波传 感器，由于空间位置不同，检测到局部放电产生的超声波信号时间不同，通过测量超声波传播的延时时间就能确定局部放电源的空间位置。
4.2 电声联合定位法主要在电-声联合检测法的基础上利用超声波在变压器油和箱壁中的传播速度低于电信号传播速度的特点来实现定位。当变压器内部发生局部放电时，速度较快的电信号先触发监测器，监测器再根据随后超声信号到达的时差大小，推测变压器内部局部放电的位置。
4.3 电气定位可以分为几何定位法和基于模型分析法。当变压器发生局部放电时，产生的放电脉冲沿绕组传播到达测量端，该放电脉冲包含了放电特 性和局部放电定位所需的有用信息，通过对放电脉冲进行分析，可以确定局部放电源的空间位置。
5 变电站红外热成像在线监测系统
电力设备的热故障是引起风电场风机脱网的主要诱发因素。通过红外热像仪的红外图像分析软件对变电站设备的温度场分布及其变化来检测高压设备的热故障被实践证明是一个有效的办法。因此，能准确在事故之前得知电力设备的温度分布情况，实时在线监测电力设备的运行状况是智慧风电场发展趋势。
目前便携红外测温仪，便携式红外热成像仪等红外设备已在风电场广泛应用，但采用便携式红外热成像仪进行设备接点过热检查也存在一些问题。如：不能连续的存储和记录数据。数据不能实时的传输记忆和存储，由于其便携的特性，依靠电池的电力供应往往是限制了测量区域。而变电站红外热像仪在线监测系统可克服便携式红外热成像仪使用过程中的一些不足，做到对电力设备实时监测，确保监测范围或指定的目标设备红外热图像的监控、温度场的数据的采录、存储及分析。
变电站红外热像仪在线监测系统主要由监控系统主机、图象存储设备、分析软件、红外热像仪、摄象机、云台等组成。具有实时对电力设备温度监测、数据存储、报警、信息查询、视频回放、辅助故障诊断等功能。
此外，变压器微水在线监测、变压器套管介损监测、变压器绝缘老化程度在线监测、变压器浸入波过电压监测、变压器绕组热点温度在线监测等技术也已在电力系统中广泛应用。
6 结语
随着国家装备制造业水平的提高，信息化、智能化技术的高速发展，建设智慧型风场，对风电场进行集约化管理，实现风电场无人或少人值守已是大势所趋。要实现这一目标，在线监测技术在风电场的加快推广应用必不可少。
参考文献：
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[2]李景禄.电力系统状态检修技术.中国电力出版社，2011
[3]陈强，王勇.红外诊断技术在变电设备状态检修中的应用.江苏电机工程，2008（01）
[4]鲍利军.电力变压器局部放电在线监测技术介绍.南方电网技术，2008（06）
论文作者:赵彦飞
论文发表刊物:《河南电力》2018年19期
论文发表时间:2019/4/12
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