变压器绝缘在线测试方法分析

【摘 要】变压器绝缘的在线检测中，局部放电在线监测技术已经成为目前大型变压器绝缘测试的一种有效方法。在线测试能在设备正常工作时进行分析和诊断，根据测试结果可有计划地安排、实施正确的维护方案。本文系统介绍了局部放电的基本理论和线测试方法，并与传统测试的关系进行了对比分析。

【关键词】变压器；局部；在线；设备

1 引言

电力变压器是输电和配电网络中最重要的设备。电力变压器的工作效率代表电力部门的财政收益。传统抛售变压器状态信息的方法是外观检查、理化、高压电气试验和继电保护。这些传统方法属于常规的试验和检测，仅仅能够提供变压器故障和事故后的滞后信息，即在事故过后才能获得状态信息。与现代化状态维护发展趋势不相适应，虽然检测方法种类很多，却不能满足对变压器进行实时状态监测的需要。继电保护装置的作用也是如此。随着变压器现代维护技术的发展，产生了状态监测。它打破了以往收集变压器信息的局限性。目前电力系统通过采用对变压器的在线监测，可以即时连续记录各种影响变压器寿命的相关数据，对这些断气的自动化处理可及早发生故障隐患，实现基本的状态维护。因此，变压器在线监测提高了运行可靠性，延缓了维护费用的投稿，延长了检修周期和变压器寿命。由此带来的经济效益是非常可观的。

2 变压器在线监测的原理和程序

虽然变压器在线监测的内容和目标不同，但在线监测的基本原理是相同的。它通过安装在变压器上的各种高性能传感器，连续的获取变压器的动态信息。在线监测原则上不允许出现误码率报警报漏接。在线监测装置通过智能软件系统和软件规则程序实现自动监测。

在线监测的判定系统并非根据所测量的参数绝对值，而是根据测量参数随时间的变化趋势来进行判定。它的工作程序是通过与计算机联网，在很高的自动化条件下，收集、存贮并现场处理所测到的数据，做出趋势预测。在线监测的基本程序是：数据收集、存贮---状态分析---故障分类---根据智能专家系统的经验判定故障位置---提高出维护方案。

状态分析一般以人工神经网络分析为基础，它是一种理想的模式分类器。

3 变压器绕组热点在线监测工作原理

变压器绕组变形是由于绕组经受了轴向、幅向力的作用以及强大的短路力作用。常规的吊罩检查只能看到高压绕组的状况，而在高压绕组内部的中、低压绕组所发生的形变根据无法看到。

变压器绕组的变形具有相当大的隐蔽性，而且由变形带来的后果也相当严重，它会直接威胁变压器的安全运行。

变压器绕组在线监测的基本原理是根据变压器绕组的短路电抗值的变化进行变形与否的监测和判断。因为绕组的短路电抗值与绕组的变形程度、几何尺寸以及位置变化密切相关，即短路电抗直接取决于绕组的几何结构。

在工频电压不变的情况下，短路阻抗及阻抗中的电感分量与变压器绕组的几何形状及位移相关。通过理论研究和实际测试，实时监测绕组短路电抗的变化对在线监测变压器绕组变形具有很好的实效性。

3.1 变压器绕组热点在线监测方法

（1）变压器油中微水在线监测

水是绝缘油在 500℃以下的一种分解产物。在电场作用下，油中的水分与杂质会形成“小桥”，不仅可破坏绝缘油的强度，还会千万绝缘材料的电阻率降低，泄漏电流增大。因此油中微水在线监测对于预防水分对变压器绝缘性能的破坏以及发现500℃以下的油温故障具有十分重要的现实意义。

油中微水在线监测的工作原理是当油流通过传感器时，油中所含水分会引起聚酰亚胺薄膜层的电阻和电容随之发生变化，从而导致传感器探头阻抗抗发生变化，通过薄膜与变压器油间水分的动态平衡关系导致的阻抗变化，来测取湿度和温度信号，达到在线监测微水量的目的。

（2）变压器油性能指标在线监测

在变压器运行过程中，如果变压器的油质发生变化且达到一定程度，会使绝缘性能下降，危及变压器安全运行。常规监测变压器油质变化的方法也很多，主要是测量油的各项性能指标和油中溶气含量。

变压器油性能的在线监测专家系统由数据库、知识库、推理机、知识获取和人机接口等几部分组成。

数据库的主要功能是存贮并即时提供变压器油质变化的各项指标和历史数据。数据库中的各种指标和信息中，还包括对油质的缺陷分析和处理结果，可以为监测维护人员提供详细的油性能数据。

（3）变压器漏油在线监测

变压器漏油是电力运行部门多年以来很难解决的问题。为了防止漏油造成变压器油位下降，避免绝缘击穿发生，有关部门已研制出漏油在线监测系统。它的基本功能是可以即时监测跟踪变压器漏油状况。这种自动化漏油监测系统能够把储油柜油面水平及油温数据的变化趋势以电信号形式表达出来，然后通过信号数据转换器对监测到的电信号进行数据转换和处理。

分析判定漏油的步骤是先根据油温计算出的油面水平，再与实际油面水平进行对比。

（4）变压器铁心在线监测

在变压器故障中，铁心的多点接地故障较常见并且占有一定比例。如果变压器铁心接在故障不严重，则利用色谱分析方法测不出来。利用钳形电流表测量接地电流的方法误差也很大。

由浙江绍兴电力局研制的铁心接地故障自动监测装置由电流互感器、电流继电器、电流表组成。工作原理是根据接地故障产生的环流检测铁心是否存在接地。如果电流达到报警限值时，电流继电器便动作并发出报警。报警同时，该装置会展示电流数值。

4 局部放电在线监测的超声定位

由于超声波可以向所有方向传递和辐射，声音会通过大多数绝缘材料进行传递，所以声能的衰减程度将与频率呈近似指数的关系。可将绝缘材料看成是声能的低级滤波器。声波的初始频率和幅度主要取决于放电源的性质。因此，声频率和声能幅度必然随着放电源的距离增大而降低。局部放电声波定位便是基于这一原理。

局部放电监测的故障定位分超声定位和放电点定位。对大型超高压变压器来说，主要采用超声定位。在超声定位方法中，可采用区域顺序定位法。它依据来自一个固定放电位置产生的超声波传递到各个传感器的先后顺序来判定局部放电的具置。

由武汉高压试验研究所研制的“变压器局部放电电气定位装置”的原理是：根据变压器绕组在特定频率范围内等值电路的特点，通过绕组内部局部放电时首末端电压 （或电流）的比值与放电位置的对应关系来确定故障发生的位置。

5 结论

用变压器局部放电在线监测系统来评估电机的绝缘老化程度的方法具有方便、灵敏、有效、损伤小等优点，它能尽早发现电机绝缘系统内部故障。变压器在线监测提高了运行可靠性，延缓了维护费用的使用，延长了检修周期和变压器寿命，由此带来的经济效益是非常可观的。

参考文献：

[1]黄成军，郁惟镛，Gabe Paoletti， P.E.，巍伟. 局部放电在线监测及其在大型电机中的应用[J].大电机技术，2005（6）.

[2]黄成军，郁惟镛. 大型发电机定子局部放电在线检测中放电量标定研究[J].大电机技术，2005（5）.

[3]黄成军.基于小波理论的大型汽轮发电机局部放电在线监测系统的研究[D].上海：上海交通大学，2000.

作者简介：

明磊：（1984.12―）男，大学本科，从事电厂高压试验班组，及大型电机的绝缘在线测试的研究。