电力变压器绝缘在线监测研究状况

电力变压器绝缘在线监测研究状况

【摘要】在现代电力设备的运行和维护中，电力变压器是不仅属于电力系统中最重要的和最昂贵的设备之列，而且是故障多发设备。这就要求研制出可靠的智能的变压器在线检测装置。目前，变压器油中溶解气体分析是诊断变压器故障的重要方法之一，而离线的变压器油中溶解气体分析（DGA），由于操作复杂、试验周期长、人为影响的误差大，所以无法做到实时地了解变压器的内部绝缘状况。而在线监测可以克服传统方法的不足，实现真正的在线检测、分析和诊断一体化。由于变压器发生故障时，其油中含有气体的成分及含量与变压器的故障类型和严重程度密切相关，因此在线监测变压器油中气体变化及其发展趋势，是在线发现变压器故障的最常用方法。

【关键词】电力变压器；在线监测；油中气体分析

1 绪论

1.1变压器绝缘在线诊断技术的目的和意义

目前全国跨区联网日益紧密，局部故障有可能引发大范围的电网事故，变压器、断路器等电气主设备的故障将会严重影响到电力系统的安全运行。对变压器故障的在线监测，可以及时地掌握变压器设备内部绝缘的真实状况，尽早地发现变压器内部存在的故障隐患，将故障消灭于萌芽状态。

1.2国内外变压器在线监测技术研究状况

1.2.1 变压器在线监测技术的发展阶段

变压器在线监测技术的发展，大体经历了以下三个阶段：

（1）带电测量阶段。这一阶段起始于二十世纪70 年代左右，当时人们仅仅是为了不停电而对设备的某些绝缘参数如变压器泄露电流、介损等进行直接测量，所采用的仪器多为机械式和模拟式的设备。

（2）80 年代至90 年代初，出现了各种专用的测试仪器，使在线监测技术开始从传统的模拟式设备转变为微机式的数字测量仪器，自动化程度有所提高。

（3）从90 年代开始，随着传感器技术、电子计算机技术、数字信号处理以及光纤技术的发展，在线监测、分析和诊断一体化的在线监测技术也得到了迅速地提高。

2 油浸式变压器在线监测方法

2.1 电力变压器的故障类型

变压器故障若按其本体划分可分为内部故障和外部故障两种。笼统来说变压器油箱里面发生的各种故障被称为内部故障。

2.2 变压器内部不同的故障类型产生的主要特征气体和次要特征气体

变压器内部故障模式主要是机械、热和电三种类型，而又以后两种为主，并且机械性故障常以热或电故障形式表现出来。变压器内部故障不同，产生的气体既有相同也有不同。一般认为对于判断变压器故障有特定意义的主要气体有：氢气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、氧气、氮气等气体。根据模拟试验和大量的现场试验：电弧放电的电流大，使变压器主要分解出乙炔、氢及较少的甲烷；局部放电的电流较小，变压器油主要分解出氢和甲烷：变压器油过热时分解出氢和甲烷、乙烯、丙烯等，而纸和某些绝缘材料过热时还分解出一氧化碳和二氧化碳等气体。

2.3 以油中溶解气体为特征量的常规诊断方法

变压器故障诊断的正确与否直接关系到变压器是否需要检修。所以对变压器故障诊断技术的研究是很重要的。根据变压器的内部绝缘情况，基以油中溶解气体为特征量来分析和确定变压器是否存在缺陷或故障是变压器故障诊断主要任务

特征气体法和比值诊断法是目前变压故障诊断中比较成熟、可靠的方法，具体如下所述：

（1）特征气体法

特征气体可以反映变压器内部故障导致油、纸绝缘的分解、裂化的本质特征。特征气体随着故障类型、故障能量以及故障所涉及的绝缘材料不同而有区别。大量故障事例统计表明，变压器油中气体的各成分含量和故障的性质及程度有一定的关系。特征气体法较好地描述了不同类型故障的产气特点，可以确定产气的原因及产气部位的绝缘组成。

（2）无编码比值法

变压器中油和固体绝缘材料在不同的温度、不同的放电形式下产生的气体也是不同的。当总烃含量超过正常值时，无编码比值法先计算出C2H2和C2H4浓度的比值，当其值小于0.1时，为过热性故障；再计算C2H4与C2H6浓度的比值，确定其热温度（低温、中温、高温）。当其值大于0.1时为放电性故障，再计算CH4与H2浓度的比值，确定是纯放电还是放电兼过热故障。当CH4/ H2的值大于1时，为放电兼过热故障，反之为纯放电故障。其分析判断方法见表2-1该诊断方法还可以用故障分区图来表示进行故障判断，见图2-1所示。当我们求出两对比值后，即可在故障图中查到故障类型。对于过热故障，还可以看到它的温度变化情况。这一特点对于用追踪和预测变压器设备状态有很重大的意

义。

无编码比值法诊断变压器故障性质和类型可避免比值法编码缺失的问题，且诊断方法简单、清晰、准确，具有很强的实用性。

2.4 各种常规诊断方法的比较及总结分析

在变压器内部基于DGA的特征气体法与故障类型有一定的对应关系，比较直观方便。其缺点是没有明确的量的概念。要对故障性质作进一步的探讨，估计故障源的温度范围等，还必须找出故障产气体组分的相对比值与故障点温度或电应力的依赖关系及其变化规律，即还得要采用比值法。而比值法中，采用编码的诊断方法简单、可靠、清晰、方便，但是存在“缺编码”、边界划分过于绝对等缺点，有时还不能诊断出结果。而无编码比值法不采用编码的方式，而是直接用比值进行比较，这在一定程度上对于缺码和边界规定过死等方面有所改进。面对变压器故障表象与故障机理间错综复杂的关系，往往带有一定的局限性。那么如何将多种变压器故障诊断方法综合应用，融合成一整体，以取长补短，是人类致力研究的方向。

参考文献：

[1] 朱德恒等.电气设备状态监测与故障诊断技术.北京：中国电力出版社出版社，2009.

[2] 孙才新等.电气设备油中气体在线监测与故障诊断技术.北京：科学出版社，2003.

[3]Marcel Mulder，膜技术基本原理，北京：清华大学出版社，1999.

[4]Ferrim S J.A comparative study of dissolved gas analysis techniques：the vacuum extraction method verse the direct injection method.IEEE Trans.Power Deli.，1990.