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程中留下的設(shè)備缺陷等事故隱患，特別是電力變壓器長期運(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)測系統(tǒng)構(gòu)架

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

3.變壓器監(jiān)測裝置

變壓器主要監(jiān)測參數(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 含量及其增長率，并通過故障診斷專家系統(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)測裝置，該裝置采用嵌入式結(jié)構(gòu)、就地測量、數(shù)字傳 輸，針對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，對事故做到早預(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)測裝置

電力變壓器振動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)采用在線式測振儀進(jìn)行電力變壓器振動(dòng)信號的現(xiàn)場采集，隨即 存儲于測振儀，隨后可通過 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高速采集裝置采用高速信號采集技(ADC+FPGA+ARM)， 兼容高頻脈沖電流、超聲波、暫態(tài)對地過電壓及超高頻局部放電傳感器，能準(zhǔn)確的監(jiān)測設(shè)備內(nèi)可能產(chǎn)生的局部放電信號，并具有良好的抗干擾能力，可滿足現(xiàn)場相對復(fù)雜的電磁環(huán)境和 高頻信號干擾的要求。

電力變壓器局部放電信號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)的信號捕捉能力?？瑟?dú)立安裝在被監(jiān)測變壓器附近，周期性地對被監(jiān)測電力設(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。針對電力設(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。通過多路通道信號的采集、濾波、 比對，確保檢測數(shù)據(jù)的真實(shí)、完整、可靠，大限度地減少和消除干擾信號。

變壓器聲電聯(lián)合局部放電現(xiàn)場檢測示意圖如下：

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)備的局部放電信號源探測，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

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，無法工作。對于按照 GB1094 設(shè)計(jì)的變壓器，在熱點(diǎn)溫度 98℃下相對熱老化率為 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”相對應(yīng)。相對老化率定義為：

此函數(shù)表示相對老化率隨熱點(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 老化率增加一倍。

變壓器油溫監(jiān)測示意圖

3.6在線電能質(zhì)量監(jiān)測

認(rèn)證級在線電能質(zhì)量監(jiān)測裝置具有強(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)測系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量的連續(xù)在線監(jiān)測，精度高、多種通信路徑、通訊傳輸符合   TCP/IP 協(xié)議；高精度測量電力系統(tǒng)各參變量，如電壓、電流、有功功率、無功功率、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 熱圖像的溫度分布找出絕緣子的異常發(fā)熱點(diǎn)。針對設(shè)備放電的情況，如很容易就可以觀察到 過熱點(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)展趨勢和預(yù)測相關(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，為靈敏地檢測設(shè)備的中后期問題，仍需利用紅外熱成像監(jiān)測技術(shù)的 優(yōu)勢；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)測平臺目標(biāo)

變壓器在線監(jiān)測平臺需要具備聯(lián)網(wǎng)及通信能力，建設(shè)過程如下：

變壓器數(shù)據(jù)感知設(shè)備如下：