李琪
（四川明星电力股份有限公司 四川遂宁 629000）
摘要：在输电以及配电网络当中，电力变压器是其中的一个极其重要设备，以往的离线试验以及定期检修形式对于现代化状态维护的要求已经不能够进行有效满足。基于此，本文首先对电力变压器状态监测与故障诊断技术进行了详细的分析，希望能够为实际当中的应用提供必要的参考。
关键词：变压器；状态监测；故障诊断
1引言
电力变压器运行状态对于整个电力系统的安全运行具有直接的影响，在以往，主要是通过预防性试验和定期检修对变压器进行相关内容的检测，而这种方式存在着极大的弊端。在当今社会中，随着科技的不断进步，电力变压器的状态监测和故障诊断能够有效的弥补传统的检测方式，为此，对于电力变压器状态监测以及故障诊断进行研究具有极其重要的意义。
2电力变压器在线监测与故障诊断分析
2.1电测法
（1）局部放电在线监测技术
1）脉冲电流法
这种方法是利用检测外壳接地线、阻抗、绕组及变压器套管末屏接地线中由于局放引起的脉冲电流，从而能够得到在放电量，通过对于放电产生的脉冲电流进行检测，这种方式具有众多的优势，同时也是第一个国际上有标准的局部放电检测方法，在实际当中应用相对比较广泛。一般这种方式的频率测量范围小于1MHz，测量频率和信息量相对比较小，且频带窄，但是所得到的数据由于依照IEC60270 标准进行，使得数据具有可比性比较大。有效地识别和抑制干扰，同时真正的提取信号是这种方法在应用中关键所在。
2）超声检测法
众所周知，在变压器当中会存在着局部的电流，从而有高频的电气扰动出现，同时产生超声波，向周边进行传播。在变压器油箱外壁上利用超声波传感器的安装，就能够将其向电信号进行转变，从而测量出局部放电水平。超声传感器在油箱外壁上安装的位置不同，就会使得它同放电点之间的距离存在着差异，进而超声信号接收的时间存在着差异。为此，这种方式能够对于局部放电量的位置和大小进行有效的测量。在近几十年来，这种检测技术以其使用方便和抗干扰能力较强在实际当中得到了极大程度的推广。
3）光测法
光测法是利用变压器中发生局部放电后存在的不等波长的光辐射来识别发生故障的种类，并且这种形式对于电磁场不会受到任何的干扰，检测信号具有优异的信噪比，同事另名都也比较高，利用光电传感器的组合就能够将定位局部放电源完成。这种方式的检测主要是应用光纤检测技术得以实现。
根据接收光信号的原理，光纤传感器分为荧光和石英光纤2种。由于数值孔径的影响，普通石英光纤只能够对于孔径角内的光信号进行相对应的传输，而局部放电的光信号相对来说比较小，为此，这种检测形式灵敏度比较有限。荧光光纤纤芯内部所含有的荧光分子相对比较多，通过透明包层后，外界光传输到光纤中以后，由于激荧光分子带来的影响就会使之成为发射中心，一旦其方向同纤芯－包层界面全反射条件相满足，就会被光电传感器检测，这种形式由于不存在数值孔径角，为此灵敏度相对比较高，其工作原理如图1所示。
图1 荧光光纤接收感应光信号原理图
4）红外热像法
由于变压器内部存在的相关问题就会造成区域温度增加，利用红外热像技术就能够对于所需要检测目标的红外辐射信号进行相对应的接收，并将其向标准视频信号进行转化，将其显示在监视器上，这种方式结果直观、反应灵敏且使用方便，但是这种监测方式对于故障点处于变压器深处或者是局部无明显过热的情况下效果相对来说不够好。
5）超高频检测法
这种监测方法是利用检测变压器内部局放所存在的超高频电信号来定位以及检测局部放电，从本质上来说，这周方法属于无线电技术。在近些年来，超高频局放检测技术发展相对比较快速，超高频检测法应用于GIS局放在线检测时，具有优异的灵敏度。通常情况下，电力变压器中局放出现在油－隔板绝缘部位，由于受到绝缘系统结构复杂就会对电磁波的传播造成影响，使得检测难度加大。
（2）绕组变形在线监测
这种方法指的是在电动力或者是机械力的条件下，导致绕组的形状和尺寸出现改变的不可逆转，比如说匝间短路或者是径向尺寸变化等等。当前对于出现绕组变形的变压器，应用的监测方法主要有频响分析法、低压脉冲法以及短路电抗法，但是这种方式存在一定的弊端，需要变压器退出运行。
（3）铁心接地在线检测
1）行波定位
行波在进行传播的过程当中遇到导线阻抗改变时就会出现反射以及折射的现象，反射波经过2倍的两点距离同波同导线上的传播速度之比的时间就能够达到所设定的观察点，同时就会与这所在处的反射波进行相对应的叠加，在丢家完成以后的波形就会受到两点之间距离的影响。
2）基于接地电流检测
受到金属碎屑或者是油泥沉淀等相关方面因素的影响，铁心就会出现多点接地问题，从而存在闭合回路，在强磁场的条件之下，变压器工作通过这一回路，感应电流就会出现在接地引线上，对于变压器的安全稳定运行以及相关检修人员的人身安全造成不同程度的威胁。地线上电流在铁心单点接地时等于零或很小，出现多点接地时，一般可达几十安。
（4）变压器振动法在线监测
这种方式主要就是将振动加速度传感器科学合理的安装在变压器器壁上，然后对于变压器在工作过程当中所存在的信号进行有效的获取，然后分析绕组振动信号将在线监测变压器绕组的得以真正的实现，这种方式对于变压器绕组状态信息能够安全快速的获取。
（5）绝缘电阻法
这种方式从测试设备来说，是一种比较老且相对廉价的技术，它对于绕组绝缘表面所存在的污染以及水分能够有效的识别，特别是绝缘材料存在的裂纹以及小孔的问题。在进行测试时，利用极化指数对于绕组绝缘清洁以及干燥度进行描述。当直流电压通过绕组以后，1分钟以及10分钟的电阻值分别记作为R1和R2，如果R2/R1小于1.2，此时则表明有极化物质。
（6）绝缘功率因数测试
所谓功率因数指的就是介电损耗与充电伏安两者之间的比值，绝缘系统中应用的如果是交变电压，电损耗的特征就是功率因数，这种方式是对于绝缘质量数据进行获取的一种最为有价值的形式，对于新变压器来说，可以接受的功率损耗标准是0.5%。
2.2非电测法
（1）油中溶解气体分析
这种方式用于初期的故障诊断，故障气体是固体绝缘材料老化和变压器油的产物，当变压器出现绝缘纸老化、放电和过热现象，大大提升变压器油和纤维素的老化几率，同时产生气体，判断变压器运行状态的重要手段就是检测分析变压器油中气体，其中所使用的的方法主要就是特征气体法以及改良三比值法。
（2）聚合度测量法
在电力变压器当中，所使用的的固体绝缘材料组成通常情况下都是一系列植物纤维，它们都属于大分子多糖。通常情况下，对于一个新的绝缘纸而言，其平均链长为1200左右，当聚合度值为200~500时，聚合度和强度值为线性下降，500~900时，纸的强度缓慢下降。使用时间比较长以后，聚合度值变为150~200，机械强度变为原始值的四分之一，纸变为深棕色且更脆，这也就是意味着绝缘纸寿命的终结，其下图为绝缘纸的抗拉强度和聚合度之间的关系曲线。
图2 抗拉强度和聚合度之间的关系曲线
（3）基于高效液相色谱技术的糠醛法
固体绝缘物也常被用作牛皮纸，主要成分为纤维素，在氧气及热等相关因素的作用下会有五种糠醛将会释放出来，而只有二糠醛相对来说比较稳定，其它的物质在经过一定的时间以后将会转变为二糠醛。就当前的实际来看，主要就是通过人工的方式来萃取糠醛，再利用液相色谱法确定其浓度，然后将其转变为聚合度，这样就能够表明纸的状态，这种诊断技术可以不停机监测，同时将变压器油的干扰排除。
（4）水含量分析法
水的存在会增加损耗因数以及电导率，同时降低强度。常用的测水法就是Karl Fischer滴定法，对于固体绝缘中的水分通过平衡曲线进行相对应的评估。而Oomen对于变压器油通过薄形胶片电容湿度传感器进行有关的测试，Neimanis等人对于油浸纸中的水分通过近红外光谱法进行测量。这些测量结果都表明，能够很好的评估含水量。
3.结束语
综上所述，在电力系统当中，变压器发挥着极其重要的作用，同时也影响着电力系统安全以及稳定的运行，并且变压器的状态监测与故障诊断对于设备使用优化老化元件性、翻新及保证其可靠等方面具有直接的影响。本文对于变压器状态监测和故障诊断主要从电测法以及非电测法两个方面进行了详细深入的论述，在众多的方法当中，油色谱法以其较高的可靠性以及测量精度和对于潜在安全隐患可以预测等众多的优点而成为一种广泛应用的在线动态监测方法，并且这种形式的测量也较为行之有效，得到了众多研究者的认可。
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作者简介：
李琪（1975.6-），男，本科，工程师，四川遂宁人，主要从事电气自动化、变电检修等方面工作。
论文作者:李琪
论文发表刊物:《河南电力》2018年16期
论文发表时间:2019/1/23
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