1. 概述

變壓器是電力系統(tǒng)中重要的也是昂貴的關(guān)鍵設(shè)備，它承擔(dān)著電壓變換，電能分配和轉(zhuǎn)移的重任，變壓器的正常運(yùn)行是電力系統(tǒng)安全、可靠地經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和供用電的重要保證，因此，必須大限度地防止和減少變壓囂故障或事故的發(fā)生。但由于變壓器在長(zhǎng)期運(yùn)行中，故障和事故是不可能完全避免的。引發(fā)變壓器故障和事故的原因繁多，如外部的破壞和影響，不可抗拒的自然災(zāi)害，安裝、檢修、維護(hù)中存在的問題和制造過(guò)程中留下的設(shè)備缺陷等事故隱患，特別是電力變壓器長(zhǎng)期運(yùn)行后造成的絕緣老化、材質(zhì)劣化等等，已成為故障發(fā)生的主要因素。

2. 變壓器狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)架

正因?yàn)樽儔浩鞴收系牟豢赏耆苊?，?duì)故障的正確診斷和及早預(yù)測(cè)，就具有更迫切的實(shí)用性和重要性，重要用電單位對(duì)變壓器的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)正在逐漸推廣普及。

3.變壓器監(jiān)測(cè)裝置

變壓器主要監(jiān)測(cè)參數(shù)如下表所示：

3.1變壓器油中溶解氣體組分和水分感知

圖 2、新型無(wú)載氣免維護(hù)型油中溶解氣體在線感知裝置

新型變壓器油色譜在線感知系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定量循環(huán)清洗、進(jìn)油、油氣分離、樣品分析，數(shù)據(jù)處理，實(shí)時(shí)報(bào)警；快速地在線感知變壓器等油浸式電力高壓設(shè)備的油中溶解故障氣體的 含量及其增長(zhǎng)率，并通過(guò)故障診斷專家系統(tǒng)早期預(yù)報(bào)設(shè)備故障隱患信息，避免設(shè)備事故，減 少重大損失，提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性。

3.2變壓器鐵芯接地泄漏電流感知

主變壓器加裝鐵芯接地泄漏電流監(jiān)測(cè)裝置，該裝置采用嵌入式結(jié)構(gòu)、就地測(cè)量、數(shù)字傳 輸，針對(duì)變壓器鐵芯接地和變壓器油溫實(shí)施在線感知及診斷，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)內(nèi)部絕緣受潮或受 損、鐵芯多點(diǎn)接地、箱體內(nèi)異物、油箱油泥沉積等故障。當(dāng)變壓器鐵芯泄漏電流達(dá)到報(bào)警限 值時(shí)，自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，對(duì)事故做到早預(yù)防早處理，為此類設(shè)備的狀態(tài)檢修提供可靠技術(shù)依據(jù)。

3.3變壓器振動(dòng)與噪聲感知

變壓器綜合振動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置采集主機(jī) 電力變壓器繞組、鐵芯及附件諸如油泵、風(fēng)機(jī)的振動(dòng)引起了整體的振動(dòng)。當(dāng)繞組的壓緊力下降時(shí)，變壓器整體的振動(dòng)特性也將發(fā)生變化。因此可以從箱體的整體振動(dòng)信號(hào)的分析得 出變壓器整體振動(dòng)及繞組緊固情況。

圖 3、變壓器綜合振動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置

電力變壓器振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用在線式測(cè)振儀進(jìn)行電力變壓器振動(dòng)信號(hào)的現(xiàn)場(chǎng)采集，隨即 存儲(chǔ)于測(cè)振儀，隨后可通過(guò) USB 接口導(dǎo)入安裝有專用分析、診斷軟件的用戶計(jì)算機(jī)做進(jìn)一步分析。

3.4變壓器局部放電感知

電力變壓器局部放電信號(hào)高速采集裝置采用高速信號(hào)采集技(ADC+FPGA+ARM)， 兼容高頻脈沖電流、超聲波、暫態(tài)對(duì)地過(guò)電壓及超高頻局部放電傳感器，能準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)設(shè)備內(nèi)可能產(chǎn)生的局部放電信號(hào)，并具有良好的抗干擾能力，可滿足現(xiàn)場(chǎng)相對(duì)復(fù)雜的電磁環(huán)境和 高頻信號(hào)干擾的要求。

電力變壓器局部放電信號(hào)高速采集裝置采集單元單通道采樣率高可達(dá)100M/S，具有極強(qiáng)的信號(hào)捕捉能力?？瑟?dú)立安裝在被監(jiān)測(cè)變壓器附近，周期性地對(duì)被監(jiān)測(cè)電力設(shè)備進(jìn)行掃 描，捕捉變壓器中發(fā)生的各類放電的原始信號(hào)。針對(duì)電力設(shè)備內(nèi)局部放電頻譜寬的特性，采 用多通道同時(shí)采集方式，并兼容不同類型局部放電傳感器。通過(guò)多路通道信號(hào)的采集、濾波、 比對(duì)，確保檢測(cè)數(shù)據(jù)的真實(shí)、完整、可靠，大限度地減少和消除干擾信號(hào)。

變壓器聲電聯(lián)合局部放電現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)示意圖如下：

接觸式超聲傳感器

將傳感器貼在變壓器油箱外殼表面，適用于固體及充油設(shè)備的局部放電信號(hào)源探測(cè)，能 有效檢出油浸式設(shè)備內(nèi)部絕緣缺陷。

3.5變壓器繞組溫度監(jiān)測(cè)

變壓器油溫關(guān)系到變壓器的絕緣材料的壽命，當(dāng)變壓器內(nèi)有機(jī)絕緣材料老化時(shí)，其機(jī)械 強(qiáng)度降低，無(wú)法承受正常工作的外力。最終導(dǎo)致變壓器發(fā)生電氣故障，無(wú)法工作。對(duì)于按照 GB1094 設(shè)計(jì)的變壓器，在熱點(diǎn)溫度 98℃下相對(duì)熱老化率為 1。此熱點(diǎn)溫度與“在環(huán)境溫 度為 20℃和熱點(diǎn)溫升為 78K 下運(yùn)行”相對(duì)應(yīng)。相對(duì)老化率定義為：

此函數(shù)表示相對(duì)老化率隨熱點(diǎn)溫度變化規(guī)律，從公式中可以看出溫度每增加 6 度，相對(duì) 老化率增加一倍。

變壓器油溫監(jiān)測(cè)示意圖

3.6在線電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)

認(rèn)證級(jí)在線電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置具有強(qiáng)大的電能質(zhì)量分析、高端 RTU（含 PLC 控制功能）、故障錄波、諧波分析功能。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量的連續(xù)在線監(jiān)測(cè)，精度高、多種通信路徑、通訊傳輸符合   TCP/IP 協(xié)議；高精度測(cè)量電力系統(tǒng)各參變量，如電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、視在 功率、功率因數(shù)、線損、變壓器損耗等。

3.7 紅外、紫外與可見光圖像融合感知

主流的紅外熱成像技術(shù)是利用物體發(fā)出的不可見紅外能量轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢姷臒釄D像，并通過(guò) 熱圖像的溫度分布找出絕緣子的異常發(fā)熱點(diǎn)。針對(duì)設(shè)備放電的情況，如很容易就可以觀察到 過(guò)熱點(diǎn)的紅外圖像時(shí)，電氣設(shè)備的絕緣狀態(tài)已經(jīng)極度惡化。因此，為診斷絕緣子的早期故障， 及時(shí)預(yù)報(bào)該局部放電的發(fā)展趨勢(shì)和預(yù)測(cè)相關(guān)設(shè)備的絕緣劣化程度，采用紫外成像技術(shù)能很好 的解決這一問題；另外，為靈敏地檢測(cè)設(shè)備的中后期問題，仍需利用紅外熱成像監(jiān)測(cè)技術(shù)的 優(yōu)勢(shì)；再利用原始的可見光成像能直觀找出故障位置的優(yōu)點(diǎn)，采用這三種成像技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)， 統(tǒng)一的監(jiān)測(cè)電氣設(shè)備，能保障線路與設(shè)備的正常運(yùn)行，有效避免事故發(fā)生。

4.變壓器在線監(jiān)測(cè)平臺(tái)目標(biāo)

變壓器在線監(jiān)測(cè)平臺(tái)需要具備聯(lián)網(wǎng)及通信能力，建設(shè)過(guò)程如下：

變壓器數(shù)據(jù)感知設(shè)備如下：