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摘要：变压器是电力系统中至关重要的设备，对变压器的状态进行监测非常重要。随着科学技术的不断发展，智能变压器在线监测成为了未来变压器监测的发展方向。本文针对智能变压器在线监测的关键技术进行了相关介绍。
关键词：智能变压器 在线监测系统
1引言
在电网系统中，变压器是重要的设备。通过变压器的智能化，可以提供精确的电力变压器状态信息，实现远程控制，延长运行周期，降低运行和维护费用。
对于变压器的工作状况，国内外的电力部门多年来普遍采用定期停电后进行预防性试验(离线)来掌握其信息以决定能否继续运行，存在需要停电、试验真实性和实时性差等缺点在此基础上逐渐发展起了一些参数的在线监测技术[1]，如套管介损、铁芯电流、油中气体、局部放电、油中微水、热点温度、绕组变形等，部分解决了停电试验的一些缺点，近年来已在此方面取得一定经验和成效，但仍存在诸如监测的参数不全、各家自成系统、相互兼容性差、不能统筹考虑、有时需要改动设备而实施困难等缺点，还不能保证全面、实时的反映设备的运行状况，缺乏相应的标准。随着科技水平的提高，可以全面获取变压器运行状态数据的智能在线监测系统成为发展趋势。
2国内外研究现状
我国从上世纪70年代采用变压器在线测试，80年代开始实现数字化测量，从90年代开始采用多功能微机在线监测。目前国内相关研究院所都不同程度地开展了一些状态检修的试验研究工作[2-3]，国内的多家电力研究部门和高校已经研制出了各种在线监测装置，陆续投入到大中型发电厂和变电站进行使用。这些系统主要有两种形式：集中式和分散式。集中式可对所有被测设备定时或巡回自动监测，分散式是利用专门的测试仪器测量信号。
国外的变压器状态监测技术发展较早，目前基于计算机网络技术的设备管理、事故分析和预警系统在美国、加拿大等国家已普遍应用，如美国GE能源公司研制出了HYDRAN 201系列油中溶解气体在线监测装置，通过选择性气体渗透膜对可燃性气体(H2,CO,C2H2,C2H4)进行监测。
3在线监测系统功能
智能变压器在线监测系统自动完成对电力变压器负荷及温度、铁芯接地电流、油中微水、油中溶解气体、局部放电、套管绝缘、冷却器和有载分接开关等状态信息的采集；依据获得的变压器状态信息，采用基于多信息融合技术的综合故障诊断模型，结合变压器的结构特性和参数、运行历史状态记录以及环境因素，对电力变压器工作状态和剩余寿命作出评估；对已经发生、正在发生或可能发生的故障进行分析、判断和预报，明确故障的性质、类型、程度、原因，指出故障发生和发展的趋势及其后果，提出控制故障发展和消除故障的有效对策，达到避免电力变压器事故发生、保证设备安全、可靠、正常运行的目的。
4监测单元工作原理
4.1微水在线监测系统
水分对变压器油的绝缘特性会产生巨大的影响。变压器油中微水在线监测系统由湿度传感器、数据采集器和数据处理服务器等组成。变压器油中微水在线监测系统包含有HC系列电容式高精度及高稳定性的敏感元件—湿度传感器，此元件对变压器油中水分非常敏感；油中水分含量不同，敏感元件的电容值不同，数据采集处理器将电容值转化为数字量，再经数据处理后，通过现场总线发送到数据处理服务器；数据服务器对接收到的数据进行分析和计算，得到变压器油中水分的含量ppm及水活性aw，并根据变压器油中水分的含量，判断是否产生与此相关的故障或预测将要产生的故障。
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4.2变压器色谱在线监测系统
变压器在运行过程中，其绝缘油在过热、放电、电弧等作用下会产生故障特征气体，故障特征气体的成分、含量及增长速率与变压器内部故障的类型及故障的严重程度有密切关系。因此，通过监测变压器油中溶解的故障特征气体，可以实现对变压器内部故障的在线监测与诊断。
变压器色谱在线监测系统可定量、在线监测变压器油中H2、CO、CH4、C2H4、C2H2、C2H6、H2O等的浓度及增长率；并可自动对数据结果进行分析判断，除了常用的三比值法之外，还可运用直观的立方体图示法和大卫三角法等多种方法进行故障诊断，并和历史数据相比较，自动计算产气速率，并结合专家知识库进行综合分析和评估，给出故障分析报告[4]。
4.3变压器局部放电在线监测系统
变压器绝缘故障原因主要是变压器内部发生局部放电，其发展使局部绝缘老化并终致击穿，因此，监测局部放电是变压器绝缘故障在线监测的主要方式。
局部放电在线监测方法大体上可分为四类，即声测法、化学法、脉冲电流法及超高频法。超高频法因具有抗干扰能力强、灵明度高、实时性好且能进行故障定位、已成为目前局放监测技术中主要方法。变压器油及油/绝缘纸中发生的局部放电，其信号的频谱很宽，放电过程可以激发出数百甚至数千兆赫兹的超高频电磁波信号，此电磁波由安装在变压器箱体开窗处的传感器获取，用于实现局部放电监测。采用超高频法的变压器局部放电在线监测系统采用特高频(UHF，0.3-2GHz)传感方式，能够在变压器运行条件下，对其内部局部放电进行监测和定位，及时发现绝缘缺陷，避免绝缘故障。可实现对变压器绝缘状况的动态监视，有效预防电力系统的突发性事故，并可为状态检修提供科学的数据依据。
4.4变压器套管绝缘在线监测系统
高压套管在长期运行中因污秽、化学腐蚀等环境条件变化的影响，绝缘性能逐渐下降，可能形成缺陷。如未及时发现并采取措施，潜在缺陷逐渐发展可能引发绝缘击穿，造成设备损坏，带来巨大损失。套管中各监测单元采用零磁通微电流传感器、高精度同步AD、通过DSP及CPLD实现跟踪电网频率、高精度同步采样，采用优化的傅立叶分析法，求得幅度、相位，进而得到所需的泄漏电流、介质损耗、等值电容等电气参数。
4.5变压器铁芯接地在线监测系统
铁芯多点接地故障已成为变压器频发性故障之一，它在变压器总事故中占第三位。因此对变压器铁芯接地监测是必要的。
变压器铁芯接地在线监测系统由泄露电流监测单元、环境监测单元和数据处理服务器等组成。变压器铁芯接地在线监测系统利用高灵敏度电流传感器，不失真的采集变压器铁芯对地的泄漏电流信号，通过对电流信号的运算和处理，剔除杂波干扰信号，到实际接地泄漏电流信息，最终利用专家系统分析、判断、预测铁芯绝缘的健康状况。
5总结
在智能变压器在线监测系统中，基本都是通过对反映变压器运行状态的参数进行获取分析，从而通过终端来对运行工况进行判断和分析，然而对于这些参数的获取，有着一个非常重要的因素那就是传感器技术，因此传感器技术是其制约条件，如果要合理其有效的完成该系统，那么需要在传感器方面加大研究，制造出精度更高的传感器，从而能对多参数进行监测，否则系统会出现如漏报、误报等一系列问题。同时也可以看到应用在线监测系统的智能化将带来很大的经济效益，因此智能在线监测系统必定是未来智能电网变压器在线监测的发展趋势，发展智能在线监测系统具有非常积极的意义。
参考文献
[1]赵祖康,徐石明.变电站自动化技术综述[J].电力自动化设备,2000,20(1):48-52.
[2]陈伟根. 变压器油中溶解气体在线监测诊断技术及其应用前景.变压器,2002 39（S1）: 90-92.
[3]Tu Yanming,Qian Zheng.DGA based insulation diagnosis of power.transformervia.ANN.Proceedings of the 6thInternational Conference on Properties and Applications of Dielectric Materials,
2000, 1(1): 133-136.
[4]夏向阳.电力变压器故障在线监测与诊断系统:[中南大学硕士学位论文].长沙:中南大学,2004，9-10.
论文作者:陈寰,徐红星,王世刚,牛犇
论文发表刊物:《电力设备》2016年第22期
论文发表时间:2017/1/19
标签：在线论文; 变压器论文; 监测系统论文; 故障论文; 局部论文; 气体论文; 智能论文; 《电力设备》2016年第22期论文;