电力变压器故障在线监测方法研究

杨斌 戴舒

摘要：电力变压器是电力网中的重要元件之一。随着我国智能电网的发展，对电力变压器可靠性的要求越来越高。分析变压器故障类型，归纳、总结变压器故障在线监测的方法，以期为实现变压器故障智能检测、保证变压器安全可靠运行提供参考。

关键词：变压器；故障；在线监测；方法

中图分类号：TM41 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2015）06-0043-02

随着科学技术的进步和电网行业的大力发展，电网在能够输送电能的基础上，更要求节约化、智能化。变压器作为电力系统的核心设备，其工作可靠性和智能化的高低，对整个系统的运行具有重要的影响。

1 电力变压器故障类型

电力变压器故障种类繁多，其划分方式也较多。常见的变压器故障类型如表1所示。

以辽宁省电力有限公司为例，在1999—2009年间共发生变压器事故24次，这些事故主要为220 kV及以上的电压等级。套管和调压开关是变压器最容易发生故障的部位，因为这两个部位裸露在外，容易受外界应力的作用而发生机械故障；变压器油问题也是变压器异常的主要原因，并且污染严重；铁芯接地和绕组线圈的绝缘损伤也有发生。变压器的故障复杂多样，做好全面预防和诊断需要完善的检测系统和体系。

2 智能变压器在线监测方法

2.1 变压器油中溶解气体的监测方法

油浸电力变压器中主要绝缘材料是变压器油和绝缘油纸，这两种材料在放电和热作用下，会分解产生多种气体，而变压器内部故障都伴随着局部过热和局部放电现象，使油、纸或油和纸分解产生甲烷、乙烷、乙炔等气体。当故障不太严重且产气量较少时，所产生的气体大部分溶解于绝缘油中。由于发热和放电的严重程度不同，所产生的气体种类、油中溶解气体的浓度、各种气体的比例关系也不相同，因此，对油中溶解的气体进行气相色谱分析便可发现变压器内部的发热和放电性故障。由于油中溶解气体分析法可以在带电情况下进行，通常采用特征气体法、IEC三比值法和大卫三角法进行故障诊断。

2.2 局部放电的监测方法

局部放电是变压器常见的影响绝缘故障之一。有效的局部放电监测方法主要有以下几种：

1） 超声检测法。变压器在强电场下发生局部放电的同时，必然有一系列的现象，如声、色、质等。对超声波的监测一般采用超声传感器，通过灵敏的传感器技术能够有效地锁定局部放电的部位，并能判断放电的强弱。该方法的优点在于受其他因素影响较小，定位准确性很高，研究也很深入。但是，变压器本身元件构成复杂，绝缘材质多样化，声波在不同介质中的传播速度也不一样，这些因素会严重影响超声传感器的准确度。

2） 光测法。局部放电是不均匀电场的发电形式，常常伴有光现象。对光波进行监测和分析，从而定位局部放电的位置和强弱，是有效手段之一。理论上，局部放电产生的光波波长是不同的，并且在一定范围之内（研究证实，波长一般为500～700 mm）。把光信号转换成电信号，再对电信号加以识别，便可以挖掘局部放电的发生特性。不过该方法主要停留在实验室阶段，原因在于光测量法需要的装置结构复杂、成本高且灵敏度不够好，在实际现场的应用很少。

3） 化学检测法。局部放电伴随着绝缘纸质结构的损坏，与此同时会有新的物质产生。对这些新物质的结构和状态进行测量，便可反映出局部放电的故障所在。生成的新物质多为气体，对这些气体进行分析和监测，可实现对故障的识别。但是，由于变压器和生成物具有复杂特性，该方法目前尚未有统一的执行标准，且只能有效识别早期的可能性故障，对瞬时性故障的监测显得乏力。

4） 脉冲电流法。脉冲电流法的本质是测量与变压器相连接的各个接地线的视在放电量，若有局部放电现象发生，产生的脉冲电流必然增大。该方法的试验研究已有一段时期，也制定了一定的行业方法标准，但是应用效果并不理想。

5） 射频检测法。射频检测的机理是：过程中信号的取得源于电力变压器的中性点。检测信号的频谱处于30 MHz，有效地增加了局部放电的测量效果。该方法测量系统的布置相对可行，而且可以不用更改整个系统的运行模式。但是，该方法不能对A，B，C三相局部放电进行信号区分，也容易在强电磁场中受到干扰。在数字化滤波技术进步的基础上，该方法被日渐接受。

6） 超高频局部放电检测法。超高频能有效监测局部放电的频率带宽，一般在300～3 000 MHz之间，并且抗干扰能力强。

2.3 变压器绕组温度的在线监测方法

根据现有的现场装置使用情况显示，绕组温度值的监测方法有直接、热模拟和间接测量法。

1） 直接测量法是通过感知温度测量仪器来确定温度。常用的传感器有光纤型、荧光光纤型等。该方法的仪器和设备需要在变压器的生产过程中安装，安装布点越广阔，监测的结果越精准。但是该方法日常技术维护相对困难，成本也很高。

2） 热模拟方法建立在变压器热模型的基础上，通过对现场经验进行总结，计算出热点的温度变化计算方程式。目前，该方法是热点计算的代表方法，具有一定的可靠性，并且国际电工委员会也制定了一系列标准。该方法操作便捷，成本低，实用性强。

2.4 变压器铁芯接地电流的在线监测方法

变压器铁芯接地电流监测是一种比较成熟的方法，国内外应用广泛。在变压器故障预防、诊断和维护中，接地电流值是一个准确、快捷的参数值。变压器在正常运行的过程中，铁芯的对地电流值比较微弱，一般呈现毫安级的数值；可一旦发生绝缘损伤，铁芯存在非单一点接地时，对地电流值升级到安培级，这必然致使元件发热，故障恶化时会导致继电保护装置动作。综合全国变电站中该方法的使用情况，其电流获取形式一般为钳形电流表夹。由于变压器周围复杂强场的存在，监测结果存在一定的误差。目前，国内一些厂家的监测设备能够有效发现多点接地现象，但故障后的持续监测功能有待完善。

2.5 变压器振动的在线监测方法

变压器振动在线监测是理论上可行的一种方法，即通过箱体的振动来推断变压器内部是否存在故障。目前，欧美国家一直在对信号的采集和信号的频谱分析进行研究和探讨。俄罗斯在试验中布置了几十台变压器使用振动在线监测，但结果均不理想。

2.6 变压器套管的在线监测方法

根据现场事故资料统计，三分之一的故障问题来自高低压套管。套管在变压器结构中起着支持导线并隔离高压的作用。在变压器常年运行过程中，一旦套管发生故障，绝缘损伤，则整个套管的电容电流变化很大，并脱离正常运行时的初始值。通过分析现场值与标准值的变化差别，能够发现问题所在。安装监测和报警系统，可及时预报信号并进行检修和维护。

参考文献

[1] 周求宽，万军彪，王丰华，等.电力变压器振动在线监测系统的开发与应用[J].电力自动化设备，2014（3）：162-166.

[2] 喻华.智能变压器在线监测的关键技术[J].科技专论，2012（23）：301.

[3] 方琼，朱晓辉.电力变压器在线检测技术的应用及前景探讨[J].天津电力技术，2004（1）：3-6.

Study on the Methods of Power Transformer On-line Monitoring

YANG Bin， DAI Shu

（Shenyang Electric Power Supply Company， Shenyang 110001， China）

Abstract： Power transformer is one of important components in power grid. With the development of smart grid in China， the request to power transformer reliability is getting higher. In the article， it analyzed fault types of transformer， summarized the methods for on-line monitoring power transformer， in order to provide a reference for realizing transformer smart monitoring and guaranteeing its safe and reliable operation.

Key words： transformer； fault； on-line monitoring； methods