摘要：随着计算机技术的快速发展，改变了传统的人为对变压器进行维护和监测的情况。先进的电气设备变压器操作便捷，监测准确，能够排除潜在的故障，有利于保障电力系统的安全运行，避免事故的发生。本文从变压器的故障诊断与在线监控的含义及组成入手，进而对油中溶解气体、变压器局部放电故障的诊断和在线监测进行深入探讨。
关键词：电气设备变压器；故障诊断；在线监测
1电气设备变压器的故障诊断与在线监测的含义及组成
1.1变压器故障诊断与在线监测的含义
1.1.1故障诊断的含义
变压器的故障诊断是指以在线监测所得的各项数据作为诊断流程的数据输入，对其进行分析、评估、判断等，进而了解到变压器产生故障的类型、发生部位、严重程度等情况，最终对变压器的维修等提出合理的建议，确保变压器的正常运行。
1.1.2在线监测的含义
变压器的在线监测是利用各种传感器、测量手段对变压器的运行情况进行在线监测，对与其运行性能相关的电、声波等信号进行采集，进而为故障的诊断奠定坚实的基础。
1.2在线监测与故障诊断系统的组成
变压器的故障诊断与在线监测系统主要包括以下几个单元：其一，信息检出单元。由传感器检出反映待测设备状态的物理量并将其转换为合适的电信号；其二，数据采集单元。它是对传感器变送来的信号进行预处理，主要作用是抑制干扰，进而进行A/D的转换和采集记录；其三，信息传输单元。其是将采集信息传送到后续单元。而对固定装置来说，由于数据处理单元远离现场，所以需要配置专门的信息传输单元。对于便携式的装置来说，只是需要读信号进行相应的变换、隔离；其四，数据处理单元。主要是对采集的数据进行处理、分析，比如提取特征值等，从而为故障的诊断提供有效的数据；其五，诊断单元。它是对处理后的数据、历史的数据、规程及运行的经验等做分析比较，再对设备的状态以及故障的部位进行判断，为下一步实施的措施提供相应的依据。
2油中溶解气体的故障诊断与在线监测
2.1油中溶解气体的在线监测原理
当前，油中溶解气体的在线监测的方式主要有色谱监测、红外光谱监测、传感器监测等。其中，对变压器的油中溶解气体色谱实施在线监测，主要是通过变压器中的溶解气体组分进行监测，再进行分析；同时，还要对相应的浓度进行在线监测，进而做出进一步的分析。另外，由于受电、氧、热、局部电弧等因素的影响，会使其发生变质，产生H2、CO2、C2H2、CH4、C2H4、C2H6等气体。技术人员通过对油中溶解气体色谱进行应用，进而分析气体的含量、产气速率等，实现对变压器内部是否具有过热性故障或是放电性故障做相应的诊断[1]。
2.2色谱在线监测的流程
2.2.1脱气。通过采用渗透膜脱气等方法，把油中所含的气体分离出来。
2.2.2气体分离。通常情况下，为了简便易行，往往只监测H2。因此，可以采用渗透膜脱气法对油中溶解的H2进行收集。如果需要监测多种的气体，依旧需要采用色谱柱分离不同组分，那么常常采用鼓泡脱气法并用空气作为载气。
2.2.3气体鉴定。半导体气敏传感器与待定气体接触后，其电气性能会发生相应的改变，从而来鉴定气体的组成。
2.3故障的诊断
不同性质的故障所产生的溶于油中的气体的组分以及其浓度是有所不同的，基于此对气体成分的鉴定即可进入诊断的程序，利用专家知识库对变压器运行状态进行评估，进而获得检修建议，对变压器进行检修或是维护，保证变压器在正常状态下工作。
3变压器局部放电的监测与诊断
3.1局部放电产生的效应
局部放电在线监测与诊断不容忽视，需要引起工作人员足够的重视。因为它在多种因素的干扰下，严重影响识别的准确度，所以，要从电气设备的材料入手，确保电气设备的正常运转。而当变压器的某个部分的电场强度超过其周围电介质的绝缘强度时，这个部位便会发生局部放电，如果局部放电不进行处理将会对变压器造成严重的事故。局部放电会产生以下的效应：在相关电回路中产生电脉冲信号；会有电磁辐射；产生相应的声辐射；放电部位的材料会发生化学变化。针对以上不同的效应，就可以利用监测技术对其进行测量，进而了解变压器放电故障发生的部位和严重的程度。
3.2局部放电在线监测
变压器局部放电在线监测系统原理图如图1所示。安装在接地线与套管末端引下线上的3（电流传感器）提取放电的脉冲电流信号；而安装在外壳上的2（超声传感器）提取局部放电的声波信号；电流和声波信号通过4（数据采集与控制单元）并进行模数转换，最后送入计算机系统进行数据处理和储存。
1-变压器；2-超声传感器；3-电流传感器；
4-数据采集与控制单元；5-光纤；6-计算机中心
图1变压器局部放电状态监测原理图
3.3局部放电的诊断
3.3.1视在放电量
当下多数产品的局部放电试验的标准中，往往是以视在放电量来评定局部放电性能的重要指标。电力设备预防性试验规程DL/T596- 1996中有明确的规定，如表1所示：
表1局部放电量表
从表格中可以看到，在离线试验的时候，在线端电压为1.5Um/
（其中的Um为最大工作电压值）时，放电量通常不超过500PC；在线端电压为1.3Um/
时，放电量通常不超过300PC。但是对于新投入运行或是经大修之后的变压器进行故障诊断时，不能单纯地把以上的标准作为参考，简单地认为在上述放电量以下故障就会发生。此外，因变电场所通常会有各种电磁和无线电的干扰，致使在线监测装置达不到相当高的分辨率。
3.3.2分布谱图
在一定的测量间隔时间里，采集并记录每次放电的放电量q、放电时外加电压的相位及放电重复次数n，经统计、制表等处理，能够得到各种分布谱图：-q、q-n、-n等二维谱图及-q-n三维谱图。对这些谱图进行详细的分析，就可以对故障类型和严重程度进行识别。
3.3.3放电源定位
放电源的定位可以通过声波信号来确定。当变压器局部发生放电时，采集放电产生的电信号与3组声波信号并对电、声信号到达各自传感器的时间差进行记录，以电信号作为时间的参考标准，根据声波信号与电信号传播速度的特点建立相应的数学模型，进而分析计算后便可求得放电源的位置。同时，也可以通过电信号进行定位。当变压器绕组内部发生放电时，放电脉冲就会沿着绕组线圈向两端进行传播。所以，通过对绕组高压端和中性端布置相应的传感器传播来的电信号进行采集，就能够依据两端响应的比值与放电源位置呈线性的关系进而确定放电源的位置[2]。
结论
总而言之，电气设备变压器故障的诊断与在线监测，在电力系统中发挥着十分重要的作用。可以采用局部放电、油中溶解气体的故障诊断与在线监测的方法，及时诊断出电气变压器发生故障的部位，进而分析其原因，解决好设备出现的问题，进一步有效保障电气设备稳定安全、有序地运行。
参考文献
[1]邓永路.电气设备在线监测技术的研究[J].通讯世界,2017(20): 139-140.
[2]孟庆宇.电力变压器在线监测故障的方法研究[J].山东工业技术,2016(13):201.
论文作者:张田丰
论文发表刊物:《电力设备》2018年第16期
论文发表时间:2018/10/1
标签：在线论文; 变压器论文; 气体论文; 局部论文; 故障论文; 故障诊断论文; 单元论文; 《电力设备》2018年第16期论文;