简析配电变压器健康状态在线监测与评估方法研究

【摘 要】随着科技的不断进步，人们日常所使用的配电变压设备越来越复杂，设备所面临的问题也在逐渐增多。此时，对配电变压器健康状态的检测与评估显得尤为重要。本文笔者阐述了在线监测配电变压器健康状态的意义以及重要性，并提出相应的评估方法，以供参考。

【关键词】配电变压器；在线监测；评估方法

配电变压器简称为“配变”，是指在配电系统中，根据电磁感应定律变换交流电压、电流，从而传输电能的一种静止电器。配电变压器是一种静止的电器设备，它是用来将某一数值的交流电压，变成频率相同的另一种或几种数值不同的电压设备。不能及时的检测出变压器的的健康状态，是造成电力系统出现故障的主要原因。本文笔者阐述检测变压器健康状态的意义及重要性，并对此提出了一些评估方法，使人们能够更多的关注此项研究。

1 在线监测变压器健康状态的意义

配电变压器在电力系统中有着举足轻重的重要性，它承担着电力系统中电压的变换，以及分配电能和传输电能，可以说是电力系统中非常重要的输变电设备。而且配电变压器所面对的大多是终端用户，它的重要作用在于：保障供电的安全性、可靠性。但由于传统的变压器设备有的过于老旧，不能及时的检测出系统的故障，所以会导致设备由于长期运行，从而使变压器出现了劣化的现象，进而导致设备出现故障，引起一系列事故的发生。

配电变压器的故障分为两方面，一方面是内部故障，另一方面是外部故障。内部故障可以分为以下几种情况：烧组线匝间的线匝发生了故障、烧组之间出现短路现象、由于发生了烧组从而导致引出线通过其外壳而造成的故障。外部故障的情况主要表现为：绝缘的套管通过设备外壳所发生的接地短路的故障，以及由于引出线间发生了故障，导致配电变压器的内部出现故障以及烧组的变形等。

以上故障的出现，都将会影响设备的正常运行，从而引发系统故障，进而造成一系列的危害。所以在线监测变压器的健康状态对设备的安全运行有着重要的意义。

2 配电变压器在线监测的方法

根据变压器出现故障部位进行分类，分为：绕组故障、引线故障、设备分解开关故障等。通过对1991-2000年间数据的调查，将变压器发生故障的单位进行如下统计，结果如表1：

表1 变压器故障部位的故障次数

故障的部位 绕组故障 铁芯故障 分接开关故障 引线故障 套管故障 绝缘故障 密封故障 其他部位故障 总计

故障的次数 118 68 39 27 30 17 8 10 317

所得百分比（%） 38.1 22.2 12.8 8.9 9.9 6 2.4 3.5 104.8

从表一能够看出，绕组故障发生的故障次数最多，由此得出结论：绕组故障是配电变压器及电力系统的最大威胁。所以，到绕组故障进行在线监测，能够最大限度避免变压器发生故障。

传统监测变压器烧组故障的方法有：低压脉冲法、短路电抗法、频率响应法。由于过去所使用的传统测量方法都是离线方式测量，不能满足于如今持续供电的需求，当电力系统在运行过程中出现问题时，应使用的是离线检测方法，所以不能及时检测出系统的故障问题。所以应使用新的检测方法，使其能够在线监测系统，以防止系统出现故障问题。

新的检查方法为短路电抗的在线监测方法，这种检测方法是根据变压器的一次侧电压没有明显变化，且在运行过程中变压器的电流不会改变，在每次测量过程中，都需要对配电变压器进行测量，利用此种方式进行测量，能将测量的误差控制在大约1%以内。

同时在这种测量方式的基础上，还研制出一种，不需受激磁流所影响的配电变压器短路电抗的在线测量方法。这种测量方法适合侧电压能够随着电网电压波动的变压器，它的测量方式很简单，只需测量变压器在两种不同的电压负荷下，所产生的电压、电流，并通过测量结果计算出短路电抗数值。短路电抗的数值能够反映出绕组是否出现问题，所以可将此种测量方法应用在不同容量体积的变电器中，再通过做实验的形式，验证实验的可行度。

3 配电变压器在线测量的实验

本文通过对配电变压器的短路电抗进行在线的仿真实验，利用Matlab系列的Simulink仿真教程，选取五组进行实验。实验所采用的变压器分别是容量为30千伏安、50千伏安、100千伏安、400千伏安以及1000千伏安，并且额定频率为50赫兹的油浸式的变压器。该实验必须保证在特定的范围内，采集两次在不同负载的情况下，变压器的电压数值和电流数值，并通过公式算出变压器的短路电抗值。

以100千伏安为例，测量数据如表格2：

表2 100千伏安的变压器数值

采集的数据 负载一 负载二

UA-KUa/IA 15.6992377093162+/38.0313814512082i 15.7041533998678+/38.0975942866531i

IA/kIA 1.990046803424128+/0.1126305297577024i 1.992558981965292+/0.1142467952836147i

UB-KUb/IB 14.7944375062512+/38.0056309878381i 15.6781913714165+/38.0508455112087i

Ib/kIB 1.010049198450517+/0.1126225519106598i 1.112547375241890+/0.11422757499598591i

UC-KUC/IC 14.7845335834968+/38.1226550756228i 15.6706409809756+/38.1966828614395i

IC/kIC 1.1100410935253478+/0.1126244639474995i 1.092536514766085+/0.1142472294522623i

再将以上所得数据根据公式进行计算，进而计算出所得的短路电抗。最后在计算所得数的平均值。使用这种测量方式，能够准确有效的测量出变压器的短路电抗值，从而实现在线监测。

4 评估方式

配电变压器的状态评估是指将变压器的运行状况以及质量，定期的维修记录和在线监测数据的状态评估。目前，我国众多学者在变电器的评估方法上投入了大量的人力，物力，精力，经过一段时间的研究，终于取得了一些成果。

首先是利用模糊数学的方式，对变压器的状态进行分析，并根据技术人员提供的建议，在模糊数学理论知识的基础上，建立多层状态的评估模型，并通过实验，对变压器状态进行评估。

还可以利用灰色聚类的决策方法，对变压器的健康状态进行评估。首先将变压器的健康状态设置为灰色级，并在此基础上，设置灰类的白化权函数，最后评估出配电电压器健康状态值。

变压器的评估状态方式还有很多种，例如：决策树模型评估方式、基于数据变化的变压器状态评估方式等。

5 结语

实施配电变压器的在线监测有着极其重要的作用，与传统离线检测方式相比，在线监测提高了电力系统的安全性，同时利用笔者所提出的检测方式，测量变压器的短路电抗值操作更加简单，且效果更好。在变电器的评估方法上，仍存在许多不足之处，随着人们未来的深入研究，定会实现配电变压器健康状态的在线监测与评估。

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