傳感器在變壓器故障檢測(cè)中的應(yīng)用

崔俊昌

摘要：變壓器在供電系統(tǒng)中扮演著重要的角色，變壓器出現(xiàn)故障會(huì)造成整個(gè)配電系統(tǒng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，只有保障變壓器及時(shí)進(jìn)行故障檢測(cè)，排除故障，才能保障整個(gè)配電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。本文主要分析了變壓器常出現(xiàn)的幾種故障和傳感器在解決變壓器問(wèn)題的具體應(yīng)用，對(duì)提高變壓器故障檢測(cè)的效率具有十分重要的意義。

關(guān)鍵詞：傳感器；變壓器；故障檢測(cè)

一、變壓器及其工作原理

變壓器主要是利用電磁感應(yīng)來(lái)改變交流電壓，產(chǎn)生電磁互感應(yīng)，其主要功能有電流交換、穩(wěn)壓、抗阻變化、電壓交換等。變壓器在供電系統(tǒng)中扮演著重要的角色，變壓器出現(xiàn)故障會(huì)造成整個(gè)配電系統(tǒng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，只有保障變壓器及時(shí)進(jìn)行故障檢測(cè)，排除故障，才能保障整個(gè)配電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。變壓器作為變電站內(nèi)最重要的主設(shè)備之一，其運(yùn)行狀態(tài)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的安全運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。目前隨著變壓器帶電監(jiān)測(cè)新技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)變壓器的運(yùn)行狀態(tài)可以進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)測(cè)和全過(guò)程控制，為變壓器的狀態(tài)檢修提供了可靠的技術(shù)保障。

在電力系統(tǒng)中，變壓器盡管是可靠的電力設(shè)備，但其平均故障卻不低于兩次/百臺(tái)年，這樣就要求對(duì)運(yùn)行中的變壓器加強(qiáng)維護(hù)、檢測(cè)以減少變壓器的故障。目前，電力部門(mén)對(duì)變壓器故障檢測(cè)的方法是采用色譜分析，即定期抽取變壓器油樣，進(jìn)行脫氣處理，然后對(duì)氣體進(jìn)行色譜分析，以確定變壓器是否有潛伏性故障的存在。然而，這種方法比較復(fù)雜并且不能實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)，而故障有可能在間隙期間出現(xiàn)，因此研究一種簡(jiǎn)單的、能對(duì)變壓器潛伏性故障進(jìn)行在線連續(xù)檢測(cè)的裝置是非常必要的。

電磁感應(yīng)原理是變壓器進(jìn)行工作的主要原理，其主要構(gòu)件是鐵芯和線組，在電磁感應(yīng)的幫助下將某一數(shù)值的交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粩?shù)值的交流電壓。當(dāng)油浸變壓器內(nèi)部發(fā)生過(guò)熱，放電，電弧等故障時(shí)，將導(dǎo)致故障部位的絕緣材料或變壓器油的分解，而分解出氫、乙炔、甲烷及一氧化碳等故障氣體，這些氣體的含量將隨著故障的惡化而劇增。然而我們又不能同時(shí)檢測(cè)幾種氣體，以氫氣作為故障的主要特征氣體，因?yàn)闊o(wú)論出現(xiàn)哪一種故障都將產(chǎn)生氫氣；另一方面氫分子鍵能小，溶解度低，因而在變壓器過(guò)熱，放電等故障過(guò)程中，氫最容易從油中析出。而對(duì)某一變壓器來(lái)說(shuō)，油量是一定的，因此，油中氫的含量就與故障的嚴(yán)重程度有關(guān)。

二、變壓器常見(jiàn)故障問(wèn)題分析

1.變壓器受潮

變壓器出現(xiàn)受潮的問(wèn)題時(shí)，主要表現(xiàn)在氫氣的含量快速增加。這里應(yīng)特別注意的是，因?yàn)榉紵N具有抗析氣的性能，芳烴含量的區(qū)別對(duì)于氫氣含量具有較大的影響，因此，可以通過(guò)氫氣含量的變化來(lái)判斷此種問(wèn)題的發(fā)生。

2.變壓器滲漏

滲漏是變壓器出現(xiàn)的另一種常見(jiàn)的故障問(wèn)題，變壓器隨著其使用時(shí)間與頻率的增加，是非常容易發(fā)生滲漏的質(zhì)量問(wèn)題的，這是變壓器日常維護(hù)中常見(jiàn)的一種故障。造成變壓器滲漏的原因主要有以下兩個(gè)方面：第一，是變壓器在制造過(guò)程中工藝出現(xiàn)紕漏；第二，是變壓器因長(zhǎng)時(shí)間缺乏維護(hù)造成的損壞。變壓器滲漏時(shí)常發(fā)生在沙眼、焊縫、散熱器接口等位置。分析最近幾年的電力系統(tǒng)故障，主要由于繞組燒毀和變壓器短路對(duì)設(shè)備造成了嚴(yán)重的損壞，其中空氣滲漏是一項(xiàng)看不見(jiàn)，較難覺(jué)察的故障，空氣滲漏很容易造成變壓器的損壞。此外，變壓器還會(huì)出現(xiàn)滲漏油的故障，根據(jù)部位可以分為內(nèi)漏和外漏，不論哪一種滲漏的形式對(duì)于變壓器的正常運(yùn)行都會(huì)造成嚴(yán)重的影響。

3.過(guò)熱性故障

在變壓器工作的過(guò)程中會(huì)釋放大量的熱，這會(huì)讓設(shè)備的絕緣性能弱化，其中又分為固體絕緣過(guò)熱和裸金屬過(guò)熱。這都會(huì)變壓器造成嚴(yán)重的破壞和故障，讓其工作性能下降。

4.放電性故障

在變壓器工作過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)放電的情況，這同樣會(huì)對(duì)設(shè)備的絕緣性能造成影響，可以分為局部放電、高能放電和低能放電。在變壓器放電過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生氫氣和乙炔等氣體，而且這個(gè)過(guò)程比較短，不易被人覺(jué)察。同時(shí)放電會(huì)引起火花，也是一種間歇性的放電故障?；ジ衅饕矔?huì)因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間缺少維護(hù)而形成局部放電，產(chǎn)生的氣體主要是氫氣。

三、傳感器在變壓器故障檢測(cè)中的應(yīng)用

1.獲得溫度、壓強(qiáng)的數(shù)據(jù)，計(jì)算靈敏度系數(shù)

傳感器在變壓器故障檢測(cè)的工作中可以有較多的應(yīng)用，可以使用壓力傳感器對(duì)變壓器中油的溫度和壓強(qiáng)進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量，通過(guò)融合過(guò)程后得到一些數(shù)據(jù)，然后對(duì)比這些數(shù)據(jù)，以此來(lái)判定變壓器是否存在故障的情況，同時(shí)可以對(duì)變壓器出現(xiàn)故障的原因進(jìn)行初步的分析。通過(guò)油的溫度和壓強(qiáng)等數(shù)據(jù)計(jì)算傳感器的靈敏度系數(shù)，傳感器實(shí)際的靈敏度系數(shù)與正常傳感器靈敏度系數(shù)進(jìn)行對(duì)比，就可以發(fā)現(xiàn)變壓器故障的情況和原因。

2.變壓器的在線監(jiān)測(cè)

供電系統(tǒng)的構(gòu)造相對(duì)比較復(fù)雜，設(shè)備的種類(lèi)和數(shù)量也很多，因此只依靠人力進(jìn)行監(jiān)測(cè)和維護(hù)很難達(dá)到全部覆蓋的效果，也不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)變壓器的故障問(wèn)題。而將傳感器使用到變壓器當(dāng)中就可以很好的解決這一問(wèn)題，傳感器可以實(shí)時(shí)的將變壓器的各項(xiàng)數(shù)據(jù)傳輸給管理人員，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)變壓器的在線監(jiān)測(cè)，利用計(jì)算機(jī)信息技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)的分析，就可以智能化的對(duì)各變壓器的運(yùn)行狀況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。同時(shí)在變壓器的故障診斷中，傳感器也可以發(fā)揮自身的作用。傳感器可以對(duì)變壓器的各種氣體情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)，在信息平臺(tái)上對(duì)各種氣體的壓強(qiáng)、溫濕度等情況進(jìn)行統(tǒng)一的分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)變壓器的故障問(wèn)題和原因。

3.分解氣體的檢測(cè)

當(dāng)變壓器出現(xiàn)故障時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的氣體，其中氫氣是其中最常見(jiàn)的一種。傳統(tǒng)上采用色譜分析法對(duì)氫氣進(jìn)行檢測(cè)，這是一種常用的變壓器故障分析手段。但是通過(guò)人工進(jìn)行檢測(cè)的方法，會(huì)出現(xiàn)誤差較大，耗費(fèi)大量的人力物力等不利情況。但是使用傳感器可以大大的提高檢測(cè)效率，用色譜將不同的氣體進(jìn)行分離，利用傳感器對(duì)氫氣的敏感性進(jìn)行分離，將氣體所屬的信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮有盘?hào)。然后通過(guò)對(duì)電子信號(hào)的強(qiáng)弱進(jìn)行區(qū)分，這樣可以大大的縮小人工檢測(cè)帶來(lái)的誤差，同時(shí)大大提高變壓器檢測(cè)的效率。

四、結(jié)束語(yǔ)

設(shè)備狀態(tài)檢修工作的核心是確定設(shè)備狀態(tài)，通過(guò)可靠的在線監(jiān)測(cè)和帶電檢測(cè)能掌握設(shè)備的運(yùn)行工況，發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的問(wèn)題，對(duì)問(wèn)題進(jìn)行綜合分析，找出解決問(wèn)題的關(guān)鍵所在，對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行正確評(píng)價(jià)，制訂合理的檢修策略并實(shí)施，真正做到“應(yīng)修必修，修必修好”，避免出現(xiàn)設(shè)備失修或過(guò)修情況。隨著傳感器、計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的快速發(fā)展，其應(yīng)用途徑也會(huì)越來(lái)越多，在變壓器檢測(cè)中使用傳感器進(jìn)行故障排除，可以大大提高工作效率，解決變壓器故障問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡雁翔.多源信息融合技術(shù)在變壓器故障診斷中的研究[D].北京：華北電力大學(xué)，2013.

[2]陳永泰.運(yùn)用傳感器檢測(cè)變壓器故障[J].煤礦機(jī)電，2013.

[3]劉飛霞.基于蟻群算法的變壓器故障診斷研究[D].長(zhǎng)沙：長(zhǎng)沙理工大學(xué)，2014.

[4]國(guó)家電網(wǎng)公司. 輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修管理規(guī)定[Z].

（作者單位：鹽城銘星供水設(shè)備有限公司）