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本文主要闡述了日趨成熟的變壓器在線監(jiān)測技術(shù)，包括其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、監(jiān)測參數(shù)、故障判定等發(fā)展狀況。文中還分析了它與離線檢測、狀態(tài)維修等的關(guān)系，探討了現(xiàn)有題目及其發(fā)展遠景。
以可靠性為中心的狀態(tài)檢驗是電力設(shè)備檢驗的發(fā)展趨勢，在西歐、北美等已得到了實際應(yīng)用，國內(nèi)不少電網(wǎng)公司也已安裝了相關(guān)設(shè)備和軟件系統(tǒng)。現(xiàn)有的預(yù)防性試驗由于離線試驗條件和設(shè)備運行條件有差別，從而存在事故的漏報、早報或誤報等題目。同時，預(yù)防性試驗用度高，停電損失大。
變壓器在線檢測即利用傳感技術(shù)和微電子技術(shù)，對運行中的變壓器進行監(jiān)測，獲取反映運行狀態(tài)的各種物理量，并進行分析處理，對變壓器的運行狀況作出猜測，必要時提供報警和故障診斷。從而盡量避免故障的進一步擴大而導(dǎo)致嚴重事故，指導(dǎo)變壓器的維修時機，為狀態(tài)檢驗提供實時數(shù)據(jù)和重要的參考依據(jù)。因此，在線監(jiān)測是從預(yù)防性檢驗向狀態(tài)檢驗過渡的紐帶和必備的技術(shù)手段。
2變壓器在線監(jiān)測技術(shù)現(xiàn)狀
通過故障模式分析，變壓器的在線監(jiān)測項目主要有油中溶解氣體丈量與分析（DGA）、局部放電丈量（PD）、有載開關(guān)的觸頭磨損等。
2.1油中溶解氣體分析
通過監(jiān)測確定特征氣體，油中溶解氣體分析已被證實對于發(fā)現(xiàn)油浸變壓器內(nèi)部潛伏性故障相當有效和可靠。安裝油中特征氣體傳感器連續(xù)監(jiān)測，可能監(jiān)測到早期的潛伏性故障征兆，從而有助于用戶盡可能采取正確的檢驗措施。但該方法對于突發(fā)性故障反映并不靈敏。已有的DGA技術(shù)能夠確定氣體的類型、濃度、趨勢及氣體的產(chǎn)生速率。油中溶解氣體的變化速率在決定故障發(fā)展嚴重性方面很有價值。
目前國內(nèi)安裝較多的油中氣體在線監(jiān)測裝置是加拿大Syprntec的HYDRAN20li智能型變壓器早期故障在線監(jiān)測系統(tǒng)，其監(jiān)測組分及其響應(yīng)為100％H2十15％CO十8％C2H2十1％CH4，故是一種以H2為主的可燃氣檢測儀，對乙炔不敏感。由于變壓器色譜分析IEC標推將H2排除在考核內(nèi)容之外，部頒標準正在考慮逐步談化H2超標的概念和標準。另外，HYDRAN201i檢測的是混合氣體，故無法用三比值等判據(jù)進行分析，終極將會被全組分DGOA所取代。美國MM公司的TRUEGASTM全組分DGA在世界各地已有多年的運行經(jīng)驗，但目前在國內(nèi)尚無運行實例，而且價格較高。它能檢測H2，4，CHCO，C02等9種氣體。所采集的數(shù)據(jù)經(jīng)處理后使用三比值法、四比值法、氣體諾謾圖法和CIGRE推薦的方法對各次采樣的數(shù)據(jù)進行分析及故障診斷。國內(nèi)的MGA系統(tǒng)及DZJ系統(tǒng)使用復(fù)合式傳感器，可以分中國電機工程學(xué)會高電壓專業(yè)委員會2004年學(xué)術(shù)會議論文別測出H2，CO，C2H2，CH4，C2H6,C2H4等六種氣體，靈敏度從1ppm到10ppm，標稱的壽命在1年到10年之間，基本上可以滿足在線監(jiān)測的使用要求。
2.2局部放電
局部放電（PD）不僅是盡緣老化的現(xiàn)象和表征，而且又是促使盡緣老化的一個重要因素，故值得進行PD在線監(jiān)測。研究表明，超高壓變壓器在工作電壓下的長期運行壽命與其盡緣中有無PD密切聯(lián)系，即PD越弱，則正常運行的壽命越長。同時，在線監(jiān)測PD可以及時預(yù)防或發(fā)現(xiàn)突發(fā)性故障，這也是它是優(yōu)于DGA的重要一點。現(xiàn)有的局部放電在線丈量方法主要分為電脈沖丈量和超聲波丈量，國內(nèi)外又出現(xiàn)了甚高頻（VHF）、超高頻（UHF）等方法，但應(yīng)用廣泛、技術(shù)成熟的則是依據(jù)離線丈量標準IEC270（或IEC60270）的電脈沖丈量方法。應(yīng)用該方法的系統(tǒng)主要在羅高夫斯基傳感器的安放位置、系統(tǒng)的檢測頻帶、抗脈沖型干擾的方法等方面存在差異，而在數(shù)據(jù)采集、信號處理及顯示上并無太大區(qū)別。圖1為PD在線監(jiān)測的常用模式。
目前國內(nèi)PD在線監(jiān)測系統(tǒng)的水平和國外比較接近，基本使用嵌式傳感器，不改變變壓器的接線，這一點受到了歡迎。武漢高壓研究所研制的PD系統(tǒng)，采用帶寬為10－1000kHz的電流傳感器從套管末屏、中性點及鐵心等接地線處耦合脈沖信號，組成平衡對以消除外來脈沖干擾，同時獲得局放脈沖幅值及次數(shù)。西安交通大學(xué)研究的BYT型PD系統(tǒng)，丈量頻帶為40kHz－2MHz，在每相高壓套管底座及套管末屏處分別安裝一大一小兩路傳感器，系統(tǒng)通過鑒別這兩路脈沖信號的極性來定向耦合變壓器內(nèi)部的PD信號，從而有效的抑制外來干擾。變壓器局部放電在線監(jiān)測的靈敏度一般為1000pC以上，高于離線下的變壓器出廠試驗規(guī)定值。所以現(xiàn)有系統(tǒng)主要依據(jù)PD的長期發(fā)展趨勢來對變壓器盡緣狀況進行分析，而不完全是某次的單一丈量值。此外，還可以利用局部放電橢圓圖、二維、三維等譜圖對局部放電的類型進行分析。
2.3其他
另外，可以通過對變壓器鐵心接地電流的在線監(jiān)測，來判定變壓器鐵心是否有多點接地故障；GE公司生產(chǎn)的LTC-MAP系統(tǒng)，可以在線監(jiān)測變壓器有載調(diào)壓開關(guān)的狀況；已及在線丈量套管的介質(zhì)損耗等。但諸如變壓器油中微水、繞組溫度分布(以決定繞組熱門溫度)及其紙盡緣的老化參量(例如糠醛)等的在線監(jiān)測，目前尚無好的解決方法，國內(nèi)外都在積極探索中。
3變壓器在線監(jiān)測策略
3.1在線監(jiān)測方案的選擇
任何方案的改變、經(jīng)濟上的投進，都必須考慮效益能增加多少，或可靠性能進步多少。所以現(xiàn)在各電力部分已經(jīng)從20世紀后期不計本錢的上在線監(jiān)測項目轉(zhuǎn)變?yōu)樯髦氐目紤]在線監(jiān)測項目在不同情況下的投進產(chǎn)出比、可靠性等綜合效益情況。
所以，究竟是否采用在線監(jiān)測方案，進行哪些參量的在線監(jiān)測，采用哪種類型的在線監(jiān)測系統(tǒng)，這都需要遵循實事求是的原則：即根據(jù)每臺變壓器以及變壓器上不同部件故障率等實際情況出發(fā)，認真研究采用什么樣的檢測方案既能確保運行可靠性，又能進步經(jīng)濟性。
首先應(yīng)該對變壓器是否需要進行在線監(jiān)測進行等級劃分。劃分的等級需要考慮如下因素：
(1)變壓器在電網(wǎng)中的重要性，涉及供電用戶的斷電經(jīng)濟損失及社會影響；
(2)變壓器的老化程度，以及發(fā)生危險的幾率，即危險性水平。
變壓器等級的劃分也反映在2001年10月IEEE提出的變壓器在線檢測的導(dǎo)則第10稿中：“對于已老化的變壓器，特別是當它在系統(tǒng)中的地位又很重要時，對其關(guān)鍵參數(shù)進行連續(xù)監(jiān)測是合適而且很有價值的�！�
其次在確定需對變壓器進行在線監(jiān)測后，應(yīng)分析在線監(jiān)測變壓器的哪些部件、哪些參量。例如加拿大電氣協(xié)會（CEA）對他們那里90年至94年間發(fā)生的變壓器事故進行分類統(tǒng)計如表1示，以為有載調(diào)壓裝置及套管的事故率高，需多加關(guān)照。
由于故障的多樣性，檢測參數(shù)與缺陷或故障還不可能逐一對應(yīng)，因此需要著重尋找對常見故障的有效檢測參數(shù)及檢測方法；需綜合多種有效檢測方法所得的數(shù)據(jù)，通過橫比（同類、相間等比較）、縱比（歷史比較與已有案例比較）等作出判定。檢測變壓器每種參量的作用、優(yōu)缺點及現(xiàn)有技術(shù)水平可參考本文2.2節(jié)。
后，需要考慮采用哪種類型的在線檢測系統(tǒng)。它需要考慮如下要素：
(1)項目具備的資金量；
(2)項目實施的現(xiàn)有技術(shù)平臺；是否為無人值班變電站？
(3)在線檢測項目實施后的治理模式。
例如在一個無人值班變電站實施變壓器色譜、局放等在線監(jiān)測項目時，可以對色譜實行分層分布結(jié)構(gòu)，而對局放實行便攜式結(jié)構(gòu)，這可以根據(jù)實際情況靈活把握。
3.2在線監(jiān)測與離線檢測的關(guān)系
在線檢驗比定期檢驗“先進”，但不應(yīng)該不分重要性、可能性，都往搞在線檢測；其分類方案參看圖2。如對于影響很小的次要設(shè)備，仍以事故維修經(jīng)濟。而被測設(shè)備即使很重要，但其故障的發(fā)生假如很忽然，至今仍無法猜測的，目前也無法實施在線監(jiān)測及狀態(tài)維修。因此一切都需從實際出發(fā)。
4在線監(jiān)測技術(shù)存在的一些題目
盡管變壓器在線監(jiān)測技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了幾十年，但從成熟產(chǎn)品的角度來考查，國內(nèi)外的在線監(jiān)測系統(tǒng)都存在一些共同的題目：首先缺少同一的技術(shù)標準，這是它大的缺陷。盡大多數(shù)在線監(jiān)測系統(tǒng)丈量原理基本上都是依據(jù)離線試驗時的IEC、IEEE標準或者國家標準，但其產(chǎn)品制造、檢驗、校正、數(shù)據(jù)分析判定等都沒有在線監(jiān)測技術(shù)標準，這使用戶很難識別其產(chǎn)品性能是否達到實際監(jiān)測要求，也給設(shè)備的推廣及技術(shù)革新等帶來了困難。
其次是抗干擾等技術(shù)題目。這是20世紀困擾在線監(jiān)測技術(shù)推廣應(yīng)用的一大困難。但是隨著為數(shù)眾多科研職員數(shù)十年的實驗研究，特別是計算機、傳感器、光纖、數(shù)據(jù)采集等技術(shù)的飛速發(fā)展，很多參量的在線丈量可以將干擾抑制在可以接受的水平上，從而大大進步了丈量數(shù)據(jù)的可信度。然后是設(shè)備在現(xiàn)場的可靠運行、維護題目。現(xiàn)在國內(nèi)很多變壓器安裝了在線監(jiān)測裝置，但據(jù)調(diào)查實際正常運行的只占30%左右。這里有兩方面的原因：一個是監(jiān)測裝置本身穩(wěn)定性較差；另一方面操縱職員水平的高低直接決定了設(shè)備的使用情況，需加強對運行職員的在線監(jiān)測技術(shù)培訓(xùn)。
后是應(yīng)用在線監(jiān)測技術(shù)的經(jīng)濟效益題目。在線監(jiān)測能否大面積推廣應(yīng)用，還需進行投資和效益的綜合比較。一般在線監(jiān)測設(shè)備價格不應(yīng)超過變壓器的2%，目前很多監(jiān)測設(shè)備特別是國外設(shè)備往往價格很貴，超過5%，壽命較低（比如一些油中氣體檢測裝置），而且運行后還需要加上維護的本錢。所以應(yīng)在分析被監(jiān)測設(shè)備故障的統(tǒng)計概率基礎(chǔ)上有選擇的安裝在線監(jiān)測設(shè)備。
5在線監(jiān)測技術(shù)的遠景
根據(jù)目前在線監(jiān)測技術(shù)及用戶使用的情況，今后它將在以下幾個方面有所突破：
(1)技術(shù)層面
硬件設(shè)備將向智能化、網(wǎng)絡(luò)化、總線化方向發(fā)展，軟件故障分析系統(tǒng)將與離線試驗信息、設(shè)備本身信息及運行信息等進行綜合化、專家化、智能化診斷，不同系統(tǒng)的在線丈量數(shù)據(jù)將能夠共享；具體表現(xiàn)為具有數(shù)據(jù)接口的智能型傳感器、干擾將得到有效抑制、色譜分析用的透氣膜壽命將會延長等。
(2)政策層面
將會出現(xiàn)同一的技術(shù)標準，同時相應(yīng)的變壓器檢驗規(guī)程、檢驗治理等也會改變，從而會建立相對中國電機工程學(xué)會高電壓專業(yè)委員會2004年學(xué)術(shù)會議論文完善的狀態(tài)檢驗治理系統(tǒng)；現(xiàn)在IEEE的在線檢測標準已經(jīng)討論到第十稿，國內(nèi)的在線檢測行業(yè)標準也在起草之中，而國電公司、科研院所、在線監(jiān)測公司等都在積極推動在線監(jiān)測產(chǎn)品的研究及應(yīng)用，這反過來也會促使狀態(tài)維修體制的早日實現(xiàn)。
(3)經(jīng)濟層面
產(chǎn)品的硬件本錢將會大幅下降，軟件故障分析系統(tǒng)愈顯重要。隨著越來越多國內(nèi)在線監(jiān)測設(shè)備生產(chǎn)公司、狀態(tài)檢驗軟件開發(fā)公司的參與，加上同國外公司產(chǎn)品的競爭，同時國內(nèi)電力用戶的需求量大大增加，從而產(chǎn)生規(guī)模效應(yīng)，這些競爭和規(guī)模經(jīng)濟等市場因素必將促使在線監(jiān)測產(chǎn)品的性價比得到進步 |
