在線監(jiān)測及紅外診斷在變壓器故障分析中的應(yīng)用

3變壓器在線監(jiān)測及故障診斷
由于變壓器是電力系統(tǒng)中非常重要的電氣設(shè)備，對其進(jìn)行監(jiān)測和保護(hù)就顯得特別重要，比較成熟的有傳統(tǒng)的變壓器繼電保護(hù)，它包括主保護(hù)，后備保護(hù)和附加保護(hù)等，這些保護(hù)對變壓器的安全運(yùn)行起到非常重要的作用，特別是再結(jié)合相關(guān)電氣和物理化學(xué)試驗(yàn)，基本上能保證變壓器正常運(yùn)行。然而許多缺陷只有在運(yùn)行狀態(tài)下才能有效發(fā)現(xiàn)，設(shè)備故障前常常會出現(xiàn)一些異常狀態(tài)，而這些狀態(tài)無法通過傳統(tǒng)的保護(hù)檢測到，而在線監(jiān)測方式可以較好的解決這個問題，維護(hù)人員可以及時得到最新和最準(zhǔn)確的變壓器運(yùn)行狀態(tài)。這就是目前得到國內(nèi)外專家認(rèn)同的設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測。變壓器狀態(tài)監(jiān)測，涉及到的主體部件為：磁路、繞組及固體絕緣、液體絕緣、（氣體絕緣）和冷卻系統(tǒng)。擬診斷的故障為：過熱性故障、放電性故障、過熱兼放電故障、機(jī)械故障和進(jìn)水受潮等。常用的局部放電監(jiān)測與診斷，多采用電脈沖信號法和超聲法。對電信號和聲信號聯(lián)合監(jiān)測取得理想的定量和定位效果，根據(jù)視在放電量、分布圖譜和放電源的定位，來判斷故障[1]。在新的南方電網(wǎng)制定的預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程中，已經(jīng)把油色譜在線監(jiān)測和紅外成像診斷寫入規(guī)程中。

3.1變壓器油色譜在線監(jiān)測
多年來通過離線采樣分析油中溶解氣體組分含量的變化，結(jié)合電氣試驗(yàn)診斷設(shè)備內(nèi)部故障，是國內(nèi)外公認(rèn)不二的有效手段，為設(shè)備的安全運(yùn)行作出了巨大貢獻(xiàn)。然而，現(xiàn)行的監(jiān)測技術(shù)存在一定的局限性。我國2001年修訂的GB/T7252油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則，肯定了這種趨勢，將油中溶解氣體的在線監(jiān)測作為其他方法予以推薦，旨在引起重視和規(guī)范。

經(jīng)過多年實(shí)踐得出油中溶解氣體在線監(jiān)測的特點(diǎn)[4]：
⑴ 監(jiān)測儀器可靠性要高，能長期穩(wěn)定運(yùn)行；
⑵ 監(jiān)測儀必須盡可能檢測流動油，保證結(jié)果的及時性和準(zhǔn)確性；
⑶ 在線監(jiān)測的診斷方法；
⑷ 在線監(jiān)測要求有一定的自動化程度；
⑸ 在線監(jiān)測儀的造價要低。

目前對氣體進(jìn)行的采樣還多采用薄膜滲透法，而對氣體的檢測也有多種方法，比較先進(jìn)的傳感器是采用色譜柱載氣分離法，結(jié)合相應(yīng)的診斷方法，如三比值法、基于模糊理論、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、基于灰色理論、基于專家系統(tǒng)的診斷方法，在實(shí)際應(yīng)用中已取得較好效果。

目前國內(nèi)外研究和制造油色譜設(shè)備的廠家不少，測試手段和取樣側(cè)重點(diǎn)各不相同，如中能公司（加拿大公司中國代理）設(shè)計的簡易在線色譜儀主要監(jiān)測變壓器的單氫和總烴；重慶海吉公司對氣體組分進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析及專家系統(tǒng)診斷；而河南中分及寧波理工兩家在國內(nèi)采用在線色譜柱分離油中溶解氣體，能夠定性和定量測出氫氣、CH4、C2H2、C2H4、C2H6、CO2、CO七種氣體組分，通過其現(xiàn)場MIS系統(tǒng)能迅速的把測量結(jié)果傳輸?shù)焦ぷ髡竞凸芾碚呗?lián)網(wǎng)的計算機(jī)中，為準(zhǔn)確得出變壓器運(yùn)行狀態(tài)提供了比較可靠的數(shù)據(jù)分析。根據(jù)現(xiàn)場安裝后的效果反饋，定量分析氣體組分的設(shè)備更能夠準(zhǔn)確提供變壓器的運(yùn)行狀態(tài)，是以后的重點(diǎn)發(fā)展方向，目前一些有實(shí)力的公司和研究室正在致力于研究光聲傳感器，使得在線色譜儀中不再攜帶載氣裝置，延長設(shè)備使用壽命和監(jiān)測精確度。
雖然油色譜在線監(jiān)測技術(shù)也存在一些缺陷，如安裝位置受變壓器自身?xiàng)l件限制，測量需要載氣條件，不能完全代替現(xiàn)在的氣相色譜分析等，但它畢竟代表一種方向，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國內(nèi)外對電力設(shè)備的安全運(yùn)行給予了極大的重視，因此對在線監(jiān)測提出了更高的期望。例如，監(jiān)測系統(tǒng)必須有效地檢測好幾種形式的故障(熱，機(jī)械，介質(zhì)等)，該系統(tǒng)必須把誤報警減到最少并能可靠和長期穩(wěn)定運(yùn)行，這涉及到了各個科研生產(chǎn)部門，如化工、冶金、材料、半導(dǎo)體、電訊、計算機(jī)等。但是迄今為止，現(xiàn)有系統(tǒng)的進(jìn)展還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠完善和先進(jìn)，還不能滿足應(yīng)用到多種目的的技術(shù)經(jīng)濟(jì)要求，有待于今后進(jìn)一步研究和開發(fā)新型的、可靠的和多功能的監(jiān)測裝置。

3.2變壓器故障的紅外診斷
紅外技術(shù)是隨著近代光電子技術(shù)發(fā)展而產(chǎn)生的一門嶄新的技術(shù)領(lǐng)域，它的主要原理是基于：任何高于絕對零度（－273.15℃）的物體都會因自身分子運(yùn)動而輻射出紅外線。紅外線是一種電磁波，其波長在0.75～1000 μm之間，按波長范圍分近紅外（0.75～3 μm）、中紅外（3～6 μm）、遠(yuǎn)紅外（6～15 μm）、極遠(yuǎn)紅外（15～1000 μm）。由于物體表面由許許多多單元組成，所以物體表面都存在一個熱輻射能量場，相應(yīng)有一個溫度分布場。紅外成像儀就是利用對物體表面紅外輻射強(qiáng)弱進(jìn)行探測而呈現(xiàn)出物體表面形狀輪廓及溫度分布情況，以便人眼觀察的儀器。紅外圖像的亮暗反映出物體表面溫度的高低，通過對物體表面溫度及溫度場的檢測便可以判斷設(shè)備是否存在缺陷[2]。
紅外檢測作為一種先進(jìn)檢測手段，是電力系統(tǒng)各單位近年來大力推廣應(yīng)用的新技術(shù)。對運(yùn)行中電氣設(shè)備熱故障進(jìn)行紅外檢測，具有不停電、遠(yuǎn)距離、安全可靠、準(zhǔn)確高效地發(fā)現(xiàn)設(shè)備熱故障地有點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)帶電檢測，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)檢修的最有效手段之一。高壓電氣設(shè)備在正常運(yùn)行情況下，將有部分電能以不同損耗形式轉(zhuǎn)化為熱能，使電氣設(shè)備溫度升高，這些電能損耗主要包括由于電阻的電流效應(yīng)引起的發(fā)熱；由于電壓作用在絕緣介質(zhì)上引起的發(fā)熱；由于鐵芯的磁滯、渦流等電磁效應(yīng)引起的發(fā)熱。高壓電氣設(shè)備存在外部和內(nèi)部故障，外部故障可分為：電氣接頭連接不良；表面污穢或機(jī)械力作用造成外絕緣下降。而內(nèi)部故障主要發(fā)生在導(dǎo)電回路和絕緣介質(zhì)上，一般可概括為：導(dǎo)體連接或接觸不良；介質(zhì)損耗增大；電壓分布不均或泄漏電流過大；絕緣老化、受潮、缺油等產(chǎn)生局部放電、磁回路不正常。

對于變壓器而言，紅外診斷主要能發(fā)現(xiàn)的故障有[3]：
⑴ 箱體渦流損耗發(fā)熱。主要由于漏磁產(chǎn)生的渦流引起箱體或部分連接螺桿發(fā)熱。
⑵ 變壓器內(nèi)部異常發(fā)熱。這時的熱譜圖不具有環(huán)流形狀，常常伴有變壓器內(nèi)部油的氣化，可結(jié)合油色譜進(jìn)行綜合分析。
⑶ 冷卻裝置及油回路異常。常出現(xiàn)潛油泵過熱；油路管道堵塞或閥門未能開啟；油枕缺油或假油位；油枕內(nèi)有積水。
⑷ 高壓套管缺陷。介質(zhì)損耗增大；套管缺油；導(dǎo)電回路連接件接觸不良。
⑸ 鐵芯絕緣不良。干式變壓器的熱譜圖比較明顯，而油浸式變壓器需要在吊罩后施加一定試驗(yàn)電壓才能觀測到鐵芯絕緣損壞情況。
目前紅外診斷技術(shù)已在電力系統(tǒng)廣泛應(yīng)用，及時發(fā)現(xiàn)了較多的故障隱患，為電力系統(tǒng)安全運(yùn)行提供了可靠保證。據(jù)初步統(tǒng)