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变压器状态检修及故障诊断研究

作者:摘 要 来源:电子技术与软件工程 论文栏目:计算机论文     更新时间:2019-07-13   浏览

本学术论文《变压器状态检修及故障诊断研究》,转载自学术期刊《电子技术与软件工程》2014年12期 发表过的职称 论文,原文作者:摘 要,由中国学术论文网编辑整理录入,仅供您在电力变压器,在线监测,状态评估,故障诊断等方面参考学习。

摘 要

电力变压器的运行状态对直接影响着电力系统的安全性与稳定性,变压器状态监测与故障预防显得非常重要。本文分析了近年变压器状态在线监测技术的发展情况,总结了变压器状态评估方法的研究进展,评述了采用的故障诊断技术,展望了该技术的发展前景。

【关键词】电力变压器 在线监测 状态评估 故障诊断

电力变压器在电力系统中承担着电压的变换、电能的分配等职能,其运行的可靠性直接影响着电力系统的安全性与稳定性,作用极其重要。一直以来,对电力变压器状态的监测多采用定期检修的方式,但该方式很难及时掌握变压器的运行状态,以致可能出现盲目维修、停电检修时间过长、检修周期不合理、欠维修或者过度维修的弊病。

随着电力系统的迅速发展,对变压器状态监测与故障预防显得更加重要。变压器状态检修的核心工作是及时掌握变压器的运行状态,并采用合理的方法对存在的风险和隐患进行准确评估,从而制定出科学的检修计划,进而维护电力系统安全运行。本文分析了近年变压器状态监测与故障诊断技术的研究进展,并结合实际工作经验探讨了各种方法的优缺点。

1 变压器状态在线监测技术

1.1 铁心接地在线监测技术

该技术相对比较成熟,可以及时发现铁心及夹件多点接地,防止局部过热。当铁心上沉淀有油泥或金属碎屑时,会出现多点接地,进而形成闭合回路。因为变压器在强磁场下运行,主磁通穿过上述回路时,会形成感应电流,危及电压器的运行。单点接地时,电流非常小,接近于零;当多点接地时,匝内将有环流流通,通常可达几十安。该法中,使用钳形电流表测试接地电流时,要注意排除干扰,一般采用钳形电流表紧靠接地线,测得一个电流值,再将地线钳入,测第二次电流值,两次电流值之差则为实际接地电流。

1.2 局部放电在线监测技术

采用在变压器内局部放电的方式,产生超声波、脉冲电流、光辐射、超高频电信号等检测信号,经过合理的处理,能够掌握变压器的运行状态。

超声检测法。变压器局部放电时,会产生高频电气扰动进而能产生超声波。经相应的传感器将超声波信号转化为电信号,从而掌握变压器的局部放电水平。该方法具有抗干扰能力强、使用方便等优点,符合预防性试验要求。

脉冲电流法。局部放电时,在阻抗、变压器套管末屏接地线、外壳接地线、铁心接地线及绕组中都会产生脉冲电流,通过检测脉冲电流,把pC作为衡量放电强弱的指标,该法是国际上第一个标准的局部放电检测方法,目前应用也最为广泛。但其存在频率低、频带窄、信息量少等确实,如何有效地识别真正的局放信号与抑制干扰是该法要解决的关键问题。

光测法。局部放电时变压器油中会产生波长为500-700nm的光辐射,通过光纤检测技术,能够对局部放电进行检测,目前光纤传感器主要分普通石英光纤和荧光光纤两种。该法不受电磁场的干扰、信噪比好、灵敏度高。

超高频检测法(UHF)。该检测技术近年来得到了较快发展,通过检测局放产生的超高频电信号,实现局部放电的检测和定位,本质上是一种无线电技术。其工作频率范围是300-3 000 MHz,灵敏度可达到1 pC。但是变压器中,复杂的绝缘结构会增加检测难度。深入研究油-隔板绝缘和箱壁对超高频电磁波传播机理是今后的研究方向。

1.3 油色谱在线监测技术

变压器油色谱在线监测技术主要是通过监测油中微量气体的变化来掌握变压器是否出现放电、过热等缺陷。按照油气分离和检测原理可以分为:气相色谱法、燃料电池法、光声光谱法等。

气相色谱法主要监测包括CH4、C2H2、C2H4、C2H6、CO、CO2、H2等气体,一般采用N2作为载气,通过色谱柱对气体进行分离,再由检测器对各气体含量进行检测,该法需要定期补充载气和更换色谱柱。

光声光谱法是利用气体分子吸收特定频率的电磁波后,温度上升,从而使气体热能升高,致使气体与周围介质产生压力波动,根据气体的光声效应,会产生特定的声信号,再通过高灵敏微音传感器和压电陶瓷传声器检测到声信号,来判断变压器的状态。该法无需载气,维护也比较简单。

燃料电池法,是利用渗透膜原理将油中的气体析出,再通过燃料电池原理来检定气体,检定器燃料就是被检定的气体,所以无须外源,整个装置结构相对简单。因为变压器发生放电或过热的故障时都有H2产生,所以该法以监测H2为主,成本较低,能够起到预警的作用。

1.4 其他在线监测方法

变压器状态的在线监测方法还有很多,如绕组变形法,当变压器绕组发生变形或位移时,会使得短路阻抗发生变化,通过在线测量变压器三相电压和电流值,采用递推最小二乘法计算出短路电抗和电阻,从而掌握变压器的状态;变压器振动法,此法是在变压器上安装振动加速度传感器,来监测变压器运行时的振动信号,通过对振动信号的分析,来掌握变压器绕组运行状态;此外还有:绝缘电阻法、红外热像法、绝缘功率因数测试法、激励电流法等。

将来对在线监测技术研究,首先应研究技术标准,对运行条件、测量精度、安全性等都应该提出统一的要求;再者,目前在线监测设备还缺少数据传输功能,这限制在线监测功能的发挥,加强监测设备通信功能的研究,建设综合的在线监测设备平台,实现远程分析电力系统各变压器的运行状态,是今后一个重要发展方向。

2 变压器状态评估与故障诊断

变压器状态的发展和故障的发生按照一定规律的,一般情况下,变压器的整体性能是连续变化的,通过一些重要的参数分析,能够确实变压器所处的状态,并预测未来的发展趋势。通常在使用寿命内,变压器运行状态处于量变过程,虽然各参数会有变化但整体不影响功能的发挥,这是渐变过程;当量变到一定程度,引起实质性变化时,变压器就将出现功能性障碍,这被称为突变过程。

在渐变过程,从防范故障的角度出发,根据监测到的运行数据,对变压器状态进行评估,划分出类似于良好、较好、合格、注意与严重等不同的状态,以采取相应的措施,这对电力系统的安全平稳运行至关重要。突变过程就意味着变压器发生故障了,此时的状态评估也就是故障诊断。

2.1 状态评估

变压器状态评估的关键是先根据预防试验得到非破坏性量,然后通过一定的指标评价模型,划分出变压器的运行状态。例如:模糊学习矢量量化网络模型,该方法中DGA数据将被模糊分类器分成不同的子类,每个类分别与模糊学习矢量量化网络进行培训,该法认为状态评估是多属性决策问题,根据工程实践,该评估指标包括:油水分含量、油固体含量、油老化程度、局部放电级,机械强度和绝缘表面污秽度等,其评估的准确性优于之前模糊诊断和BP神经网络;还有通过模糊数学综合评判、灰靶理论、物元理论、贝叶斯网络等方法对变压器运行健康状态进行综合分析,达到其状态评估的目的。

尽管国内外对状态评估技术开展了很多研究,像模糊数学和灰靶理论也探讨了量化指标的研究,但当前还存在:定性指标不宜量化、需要人为制定的定量指标评判标准不好统一、缺乏大量评估实例的验证、现场测试数据受干扰较大等诸多不利因素,所以,目前的评价方法较多集中在定性评价,今后还需要进一步研究可靠、准确、量化的状态评估系统。

2.2 故障诊断

电力变压器故障主要以热故障或电气故障两种类型的为主。变压器发生局部过热、放电和绝缘纸老化等故障后,变压器油和由纤维素组成的固体绝缘材料老化产生故障气体的几率大大提升,对变压器油中气体的检测分析是目前应用最广泛的故障诊断手段。自该方法问世以来,各国对其都进行了较多的研究与改进,当前对油中气体检测分析的方法有数十种,比较常用的有:三比值法、特征气体法、改良Rogerns法、Duval法等。

其中三比值法是最为通用的方法,缺点是编码不全。模糊诊断针对三比值法的缺点进行了改进,在油色谱法的基础上,通过模糊关系矩阵,对获得的数据和色谱进行分析;再结合故障特征模式,实现了变压器故障识别和诊断,该方法克服了传统三比值法的弊端,是一种非常有效的故障识别方法。

3 结束语

变压器在线监测、状态评估与故障诊断等技术的应用,大大提高了变压器的运行效率,减小了不必要的损失,确保了电力系统的可靠性。今后,用先进的传感、通信技术和计算理论,建立远程监测诊断中心为平台,实现对变压器的在线监测、状态评价、风险评估及故障诊断,并根据数据属性和故障模式判别,制定出合理的检修策略,进一步提高供电的可靠性,这将是未来该技术研究和发展的一个重要方向。

参考文献

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[4]吉亚民.大型变压器状态评估及故障诊断技术研究[D].北京:华北电力大学,2012.

作者简介

刘健(1984-),男,毕业于华北电力大学电气工程学院。大学本科学历。现供职于国网浙江龙游县供电公司。研究方向为电力系统自动化。

作者单位

国网浙江龙游县供电公司 浙江省衢州市324400轩辕书社

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