金义锋
广东圣辉电力工程有限公司
摘要：变压器作为电力系统中最重要的电气设备之一，，随着电网电压的不断提高和输送容量的增加，变压器的故障对电网的安全运行将产生严重的影响。研究变压器故障在线诊断方法，尽早发现变压器的潜伏性故障对提高变压器的运行维护水平，具有重要的意义。本文主要探讨电力变压器在线监测振动法的运用。
关键词：振动法；变压器；监测
变压器是电力系统中最重要的设备之一，它具有电压变换、电流变换、阻抗变换、隔离等主要功能，是发电厂和变电所中必不可少的电力设备。随着我国电力系统的快速发展和规模的迅速扩大，电压等级和容量不断升高，使电力设备的可靠性变得尤为重要，特别是电力系统中最昂贵的大型变压器的运行可靠性更为重要。由于单机容量的迅速增加，发电厂和变电所中越来越广泛地应用大容量高电压油浸变压器作为主变压器.电力变压器发生故障将直接影响电网的稳定性和发电厂或变电站的运行及用户的安全生产，特别是多点接地故障，轻则降低可靠性，影响电网的正常运行，重则会发生爆炸，造成人身和财产的重大损失。国内外历年统计表明，发生短路故障时引起的变压器绝缘损坏事故是变压器事故的首要原因，这将导致绕组变形，甚至损坏绕组纵绝缘.磁路故障则居于其次，包括铁心叠片松动、铁心多点接地等.变压器的铁心和绕组是比较容易发生故障的部件，国内外的很多变压器事故都与变压器绕组及铁心的压紧状况，绕组的位移及变形有关。
随着电力系统自动化水平的提高，国内外研究者对变压器振动法展开了研究，这是一种新型的变压器在线监测方法.与常规的诊断绕组变形的方法（如FRA法和短路阻抗法等离线诊断方法）相比，振动法通过粘贴在箱壁上和镶嵌在器壁上的加速度传感器来获得系统的振动信号，可以在线监测变压器的工作状况，对电力系统的正常运行无任何影响，能够安全、可靠地监测变压器内部的工作状态，具有良好的应用前景。在实际运行中发现，变压器振动主要是由绕组振动和铁心振动所引起的.因此，通过振动法监测变压器绕组和铁心的工作状况，成为国内外近20年来的研究热点，也是当前一项非常重要和迫切的课题。
1 变压器的常见故障
变压器的故障复杂多样，故障类型可分为较多种.。根据变压器故障发生的位置，可分为铁心故障、绝缘故障、套管故障、分接开关故障等；按照变压器的结构，可分为铁心故障、线圈故障、油质故障和附件故障；按照变压器回路，可分为磁路故障、电路故障和油路故障。而变压器出口短路故障对变压器本身的影响是最严重的，同时还存在变压器油流带电故障、保护误动故障、渗漏故障等。按照故障性质，可分为放电故障和热故障，而变压器的有些故障可能既反映为热故障同时又存在放电故障的特征，因此很难以某一范畴规范划分变压器的故障类型。
根据电力变压器的本体分类，包括内部故障和外部故障两种.内部故障是指变压器内部（油箱内部）发生的故障，主要有不同相之间发生的相间短路、单相线圈的匝间短路、各绕组或引线与变压器油箱接地等；外部故障为油箱外部套管上发生的故障，如短路电流的多次作用引起的绝缘垫片损坏和绕组变形，或由于变压器内部的绝缘材料和绝缘油发热而产生的大量气体使油箱内部的气压迅速增加，发生变压器油箱爆炸的严重事故等.
2 振动法监测的原理
通过相关实验和总结，我们发现正常运行的变压器和发生绕组或者是铁心故障的变压器，其器身边面振动的信号有着非常大的区别。而振动监测法主要是通过分析固定在变压器油箱表面的振动传感器的信号变化，来监测变压器内部铁心和绕组的压紧状况、位移及变形状态。
现代变压器呈现出了容量大、电压高等特点，这使得变压器内部的电场和磁场的强度都大幅度的提高，这也就直接导致了变压器的线圈、引线、分接开关等部件都存在着电气，而其在耐热等性能方面也存在着或多或少的问题。
从变压器的结构可知，变压器主体是铁心及套在铁心上的绕组。而变压器器身表面的振动与变压器绕组和铁心的压紧状况、位移情况以及变形的程度有着密切的关系，因此我们可通过对变压器器身表面的振动数据来对变压器进行故障诊断。
2.1基于振动分析的有载分接开关状态监测系统图
其包括前端采集电路和后端专家系统二部分，其中前端采集电路主要是将宽频加速度计感知的振动信号整形，放大，经模数转换后送入前端的ARM芯片，经过数字信号处理后，通过TCP/IP协议经光纤将振动送主控室的服务器，服务器对收到的数据在频域和时域提取特征值，和数据库中的标准模式进行匹配，如有故障迹象则进行报警，并将振动特征值存入数据库，以保存历史数据。另外远程的专家组可以通过Internet对特别的数据进行在线分析，根据历史记录对有载分接开关进行远程诊断和评估，并根据需要对标准数据模型进行升级完善。
图1基于振动分析的有载分接开关状态监测系统
3 振动法实时监测变压器的运用
利用振动法来监测变压器绕组和铁心的状况可以追溯到上世纪80年代中期，美国、俄罗斯和加拿大等几个国家在试验室中对利用振动信号监测绕组和铁心的状态进行了初步研究。近年来，由于振动法监测铁心和绕组的越来越受到各方面的重视，对其做了大量的试验研究和现场测试，总结了丰富的经验，尤其是对运用振动法监测电力变压器的灵敏性和可靠性进行了深入的研究和讨论。但是，由于我国在这方面起步较晚，与国外仍有一定的差距，在测试和研究方向方面仍存在一些不足，以下是本人对振动法实时监测变压器的思考。
首先，及时掌握设备的运行状态，做到按需要进行维修。我们知道变压器的日常维修的重要目的就是压紧线圈和铁心，因此铁心与线圈的压紧状态决定着是否要对变压器进行维修。同时对变压器进行常规维修时需要将设备退出运行，并且维修费用高、维修周期长，因此我们要及时掌握设备的运行状态，做到按需要进行维修。
其次，设计和制造最合适的传感器，并选取合适的位置进行测量。根据振动法监测原理我们知道传感器是获取变压器设备和部件的运行参数的重要元件，因此我们要设计和制造适用于获取变压器设备和部件运行状态参数的传感器。同时对于测量位置的选取也要慎重对待，一般我们可以选在油箱的四个侧面，多个位置进行测量后取其平均值，最大限度的确保数据的准确性。
再次，充分运用计算机及专业软件、专家进行数据分析。我们知道振动实时监测法需要与计算机联网，通过it技术和专业软件对监测到的数据进行分析，组织有经验的专家对数据分析进行综合评定，对相关故障进行最终的诊断和维修。因此我们要将振动法、计算机、专家三要素充分、高效的综合，切实的做好振动法的实时监测。
此外鉴于振动法对变压器进行实时监测并未完善并达到百分之百的可靠性，我们还需要研究并解决一下问题：首先是振动参数的变化与变压器设备的故障之间是否存在着某种相对应的关系；其次是我们在对变压器的电流、电压、温度等常规参数进行监测时，能否最先感应并检测到发生异常的振动参数。
4 结束语
随着电力系统的迅速发展，我们应加强对电力系统变压器故障在线监测技术的研究和开发，在借鉴国外先进经验的同时找出我国相应存在的不足和缺陷，提高电网的管理水平、减小事故经济损失。
参考文献：
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[3]顾晓安，沈密群，朱振江，沈荣瀛，徐基泰.变压器振动噪音特性的实验研究[J].变压器，2003（04）
论文作者:金义锋
论文发表刊物:《基层建设》2015年20期供稿
论文发表时间:2016/3/16
标签：变压器论文; 故障论文; 绕组论文; 铁心论文; 在线论文; 油箱论文; 发生论文; 《基层建设》2015年20期供稿论文;