电力变压器状态智能监测系统简述

电力变压器状态智能监测系统简述

摘要：变压器作为电力系统重要的一次设备之一，其工作状态的稳定性，对整

个电网安全可靠运行具有重要的作用。传统的变压器监测技术主要有三点缺陷：

诊断故障不全面、监测信号不兼容、监测故障抽象不够细化，同时需要辅助非智

能化功能实现，如人工巡回检视、定期读表采集数据等，这样大大降低了系统的

智能化程度，限制了在线监测系统的应用。

关键词：变压器；监测系统；故障诊断；智能化

1.引言

传统变压器的在线监测系统都是以油中溶解气体油色谱监测为主，辅助非智

能化功能，人工操作依然占不小的比例，使得监测系统的实时性和可靠性相应降低。同时，传统监测系统的监测故障类型比较抽象，大都诊断为过热故障和放电

性故障两大类，无法具体细化，在监测系统发出故障报警信号后，电力维护人员

还必须进行一定的人工排查，确定准确的故障类型、故障部位和故障原因。大大

降低了监测系统的智能化程度。

2.变压器监测系统种类的确定方法及其组成

（1）根据相关统计资料显示，在变压器故障类型方面，过热性故障占62%；高能量放电故障占17%；过热兼高能量放电故障占11%；火花放电占8%；受潮或局部放电故障占2%。在变压器故障部位方面，有载调压占40%，绕组线圈故障

占30%。套管故障占14%，油箱和铁芯故障分别占6%和5%，其他辅助故障占5%。根据不同故障类型比例和主要故障类型，为了缩小诊断故障的范围，安装温度监

测系统以监测过热性故障，安装振动监测系统以监测有载调压开关（OTLC）和铁

芯绕组机械性故障，安装接地电流在线监测系统以监测铁芯多点接地故障，安装

局部放电监测系统以确定局部放电故障。

3.各子系统所反映的故障种类

（1）油中溶解气体色谱监测系统

过热性故障：变压器内部过热情况下，大量的热量会使变压器油及部分固定

绝缘材料变质氧化，释放出气体。主要引发原因包括变压器过载导致过热故障、

变压器突发短路导致过热性故障。

变压器过载：变压器过载时绕组电流超过额定值，散热效率不足的情况下，

绕组高温会导致绝缘油分解产生气体。

放电故障：变压器内部发生放电故障时，绝缘油或局部固体绝缘会受到腐蚀，介质损耗增大，释放出相应的故障气体。

（2）变压器温度在线监测系统

过热性故障：变压器内部绝缘油及外壳温度可直接由温度监测子系统进行检测，实时对各种原因引起的过热性故障进行诊断。

（3）局部放电在线监测系统

放电性故障：包括局部放电、火花放电、电弧放电等各种放电故障。

（4）接地电流在线监测系统

铁芯多点接地故障：接地电流在线监测系统针对性较强，主要监测变压器铁

芯与地之间流过的电流。

（5）振动在线监测系统

有载分接开关机械性故障：振动监测系统可以根据有载开关动作过程中的所

检测到的振动情况，进行频谱分析，根据分析结果对有载开关工作状态进行判断，继而监测设备故障。

铁芯及绕组机械故障：铁芯或绕组发生机械性故障时，比如压紧问题、位移

故障、绕组变形时，变压器会发生特定频谱的机械振动，振动在线监测系统可以

对该类型故障进行监测。

4.各子系统的工作原理及主要参数

4.1油中溶解气体色谱在线监测子系统

变压器油中气体在线取气方法和气体量监测传感器是油色谱在线监测系统的

关键环节。目前，主要的变压器在线取气方法有薄膜透气法、真空脱气法、动态

顶空脱气法等；气体采集传感器主要有靶栅场效应管型、催化燃烧型、热导检测型、半导体气敏型、红外光谱型和光谱声光型。

各种取气方法中，应用最多的是薄膜透气法。常规聚四氟乙烯膜可以渗透6

种气体。美国GE能源公司使用聚四氟乙烯和氟化乙丙烯材料制造出HYDRAN系

列传感器。HYDRAN系列传感器可直接安装在变压器本体阀上，通过传感器内部

的高分子膜，选择性的透过特征气体，同传感器内部的燃料电池发生电化学反应，输出的电信号经整流放大和温度补偿后，以气体积分数数值（ppm）的形式进行

输出。主要通过检测读数偏离基线的速度，预测变压器的故障。传感器属于无源

设备，整组坚固性比较高，正常使用情况下寿命可达15年以上。

技术参数：

（1）响应对象：氢气、一氧化碳、乙炔、乙烯、油中相对湿度（%）；

（2）性能原理：利用气体渗透薄膜与可燃气体检测器对气体进行检测；利

用薄膜电容性传感器对水分进行检测；

（3）测量范围：水分：0—100%湿度；气体：0—2000（ppm）；

（4）气体相对灵敏度：氢气：含量的100%；一氧化碳：含量的18±3%；乙炔：含量的8±2%；乙烯：含量的1.5%±0.5%；

（5）精度（环境温度35℃）：气体：读数±10%，±25%ppm‘水分：±2相对

湿度；

（6）响应时间：水分：5分钟传感器响应（阶跃变化的90%）；气体：10

分钟传感器响应（阶跃变化的90%）；

（7）输出信号：4-20mA输出；500欧最大负载；

（8）其他参数：电源：通用80-260V交流，50-60Hz，最大350VA；

油色谱在线监测系统通过在变压器本体阀门上安装HYDRAN-M2传感器实现

气体含量的分离式计算，所采集和读入的数据通过RS232通信协议与上位机进行

交互，实现变压器油中气体的在线监测。

4.2 油中微水在线监测系统

绝缘油中水分的存在可能会导致很多潜伏性故障的发生，比如放电过程生产

的臭氧或其他氮氧化物遇到水分生成硝酸类化学物质，对绝缘材料造成腐蚀，导

致绝缘性能劣化；油中水分沸腾产生气体通道从而诱发局部放电等。所以及时准

确的对油中水分含量进行监测对变压器稳定安全的运行具有非常重要的意义，微

水测量系统可与气体油色谱监测系统融合在同一设备中。

4.3 变压器温度在线监测系统

目前对变压器温度进行测量的方法主要有三种：电信号传感器测量、光纤测

温仪测量、红外温度传感器测量。电信号传感器易受电磁信号的干扰，测量效果