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摘要：目前，变压器实时监测的主要技术手段是在线监测技术。这种技术手段的应用对变压器的故障诊断起着重要的作用。对于整个电力系统来说，保证电力系统中相应设备的安全运行，可以有效地减少电网事故的发生，减少电厂自身在电网发生故障时的经济损失。
关键词：电力变压器；智能化配置；故障预测
1 电力变压器智能化的意义
变压器在电力系统中主要承担交流电压变换、输送电能的工作，是电力系统内的功能核心，电压器的可靠性和稳定性关系到电力电网是否可以安全稳定的运行。变压器主要由金属材料和绝缘材料组成，是工业装备中电工材料的典范，绝缘材料比金属材料更容易损耗设备，尤其是其中的有机绝缘材料，易老化变质而直接降低了机电运行的强度。随着电力系统技术要求的提高，变压器智能化提上了发展日程。同时计算机技术、通信技术和传感技术的发展也为电力部门的电气设备设施和电力系统运行提出了更多更高的需求和发展机遇。电力系统只有不断提高电力设备的技术附加值和可靠性，才能在将来电力系统发展面对危机和挑战时沉稳应对，避免扩大损失和造成不良的社会影响。
2 变压器智能化配置
基于变压器运行的可靠性和经济性，提出了变压器智能配置的两种不同的理论方法。第一种方法是从变压器长期稳定运行的角度来讨论变压器长期稳定运行中发生故障的概率，然后讨论传感器对这些故障的检测贡献能力。传感器按重要性排序，讨论变压器的智能配置。首先，建立了由正常运行、绕组故障和铁心故障7种状态组成的变压器马尔可夫模型。利用变压器的可靠性统计数据，计算了变压器长期运行中出现故障状态的概率。根据传感器能否对故障进行观测，构造了故障观测矩阵，计算了故障状态的概率向量。由此判断变压器传感器的重要阶数，并根据传感器的重要阶数对变压器进行智能化。
第二种方法是将层次分析法和粗糙集理论相结合来研究变压器的智能化过程，选择了三种典型的电力变压器智能化配置方案，分析变压器各个智能化配置方案的全寿命周期成本,将变压器运行的可靠性和经济性指标作为准则，建立变压器智能化配置的层次分析模型，运用粗糙集理论，建立准则和子准则的专家决策表，利用加权平均属性重要度衡量层次结构中各准则的重要性，计算各备选方案相对于决策目标的综合权重，并将权重进行排序，得到最优备选配置方案。
以上两种方法从不同的角度对变压器的智能化理论进行了研究，提出了两种不同的智能化理论，为变压器制造部门设计智能变压器提供了的理论支持，减少了智能化过程中的主观因素的影响。
3 电力变压器的故障预测
3.1 短路故障分析
变压器短路故障包含多种形式，如短路电流引起的绝缘过热故障、短路电动力引起绕组变形故障等，会造成变压器工作的异常。
3.1.1 短路电动力引起绕组变形故障
当变压器受短路冲击时，短路电流过大，继电保护延时或不动，绕组烧坏严重。当短路电流不太大时，绕组会发生轻微变形。如果不及时维护，轭架的接板、拉杆和紧固绕组在多次短路冲击后会造成变压器损耗。坏的。短路电流引起的变形会随着短路电流的影响而逐渐加剧。导体会产生拉应力，内部绕组会被压缩。当变压器绕组出口处短路时，将承受较大的径向和轴向电压力。径向电磁力会使绕组向外膨胀，造成相绝缘损伤。功率压缩绕组损坏匝间绝缘。
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3.1.2 短路电流引起绝缘过热故障
当变压器发生短路，绕组间将会通过比额定电流大几十倍的短路电流，变压器严重发热，热稳定性差，严重损坏变压器绝缘材料，造成变压器击穿和损毁事故。变压器的出口短路主要包括单相接地短路、两相短路和三相短路，其中单相短路故障占大部分。对220KV三相绕组变压器而言，变压器发生短路故障时，强大的短路电流会导致绝缘材料受热过多而发生损坏。
3.2 变压器放电故障
变压器放电故障包括局部放电、高能量放电和火花放电三种类型，以下做简要的分析。
3.2.1 局部放电故障
变压器绝缘体内部的油膜、气隙边缘或导体边缘发生局部放电。局部放电的初始能量较低。变压器绝缘子内部发生放电时，由于绝缘材料的不同，可能产生油局部放电或气泡局部放电。造成局部放电的原因很多，如固体绝缘材料有空洞或油中有气泡时，其抗压强度低于绝缘材料，容易在气隙中产生放电;如果制造质量较差，容易带入杂质、水分和气泡，承受高电场强度和放电；如在油处理时不彻底导致析出气泡，引起放电。
3.2.2 电弧放电故障
变压器电弧放电含有很高的能量，常会击穿绕组匝层间绝缘，其次会对地闪络、引线断裂和分接开关飞弧等故障。电弧放电故障出现后，变压器会炭化变黑，当放电故障涉及到固体绝缘时，还会产生一氧化碳和二氧化碳。电弧放电故障的电能密度大，冲击电介质，使绝缘纸烧焦、穿孔，融化烧毁金属材料，甚至还有可能导致爆炸事故。此类故障难以实现预测，也没有明显的征兆，因而需要加强监控研究。
3.2.3 火花放电故障
火花放电的原因有悬浮电位、油中的杂质等，当油中有杂质时，火花放电就开始从油中发展。在高电场下会产生气体，气泡增大，导致整个气路油隙火花放电。火花放电也可能发生在低压及其放电程度。悬浮电位引起的火花放电可发生在高电位金属零件上，如衬套、调压绕组、紧固金属螺栓、硅钢片磁屏蔽等。火花放电一般不会很快击穿绝缘材料，更容易被发现和处理。
4 电力变压器故障的诊断技术
4.1 变压器绕组变形故障的测试与诊断
电力网设备最核心的组成部分之一就是电力变压器，所以其运行的可靠程度将直接决定着电力系统的安全水平。但是，由于受到设计工艺及制造技术、维护水平等因素的限制，造成电力变压器时常发生故障，尤其是近年来频繁发生的电力变压器短路故障，对电力系统的运行安全带来严重的消极影响。一旦电力变压器绕组而产生机械的局部变形之后，变压器内部的电容和电感等参数的分布必将发生改变。因此，我们应当科学使用一定的故障诊断测试技术、方法，对变压器的每一个特定绕组参数进行测量，并仔细分析比较测试的结果，致力于诊断出电力变压器绕组的倾斜、扭曲、移位以及鼓包等各种变形现象。站在测试手段的角度，我们最常使用的电力变压器故障诊断方法包括低压脉冲法、阻抗法及频率响应分析法等。
4.2 变压器红外诊断技术
变压器故障红外诊断技术是指对运行中的变压器进行非接触式无损检测，对温度分布场进行大面积扫描，完成局部缺陷定点测温，准确识别变压器设备表面温差变化，通常为0.1-0.5℃。红外仪器将结合计算机技术，对电力变压器设备红外热像进行精确处理，实现故障数据的统计、分析、存储、显示等多种技术功能。红外测温诊断技术不会受到现场电力变压器设备高压强电场的干扰，不会对电力变压器的正常运行造成不利影响。而红外诊断技术能够保证诊断仪器与带电部件保持足够的安全距离，因此该故障诊断技术非常安全，具有较高的可靠性和经济性。相对温差法、温度识别法、历史数据分析法和相似比较法是红外诊断技术中最常用的故障诊断方法。
5 结语
变压器作为电力系统中重要的一个构成要素，关系到电力的具体传输和使用，电力变压器智能化是科技发展的产物，也是电力系统不断完善的趋势。利用高新技术发展电力变压器智能化，并且对使用过程中的故障进行准确预测，可以保障安全用电。
参考文献：
[1]刘媛.电力变压器智能化配置和故障预测的分析[J].中国设备工程,2018.
[2]杨战光.智能变电站在线监测系统工程应用与研究[J].科学与财富,2015.
论文作者:杨佳俊,钱子聪
论文发表刊物:《防护工程》2018年第35期
论文发表时间:2019/3/5
标签：变压器论文; 故障论文; 绕组论文; 电力变压器论文; 绝缘材料论文; 电力系统论文; 技术论文; 《防护工程》2018年第35期论文;