摘要：隨著我國(guó)科技和經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國(guó)的電力事業(yè)得到了迅速的發(fā)展。但與此同時(shí)，人們生活質(zhì)量提高和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展也給國(guó)家電力系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行可靠性提出了更高的要求。變壓器作為電力系統(tǒng)中的關(guān)鍵性設(shè)備，其運(yùn)行的好壞影響整個(gè)電力系統(tǒng)運(yùn)行的質(zhì)量，因此電力部門(mén)要加大對(duì)變壓器的重視程度，將變壓器的在線檢測(cè)和診斷技術(shù)作為重點(diǎn)的科研攻關(guān)項(xiàng)目，只有確保了變壓器的穩(wěn)定、安全運(yùn)行，才能減少電力系統(tǒng)事故的發(fā)生，進(jìn)一步保障電力系統(tǒng)的運(yùn)行。本文重點(diǎn)講述了變壓器在線檢測(cè)技術(shù)的原理和發(fā)展現(xiàn)狀，并對(duì)其的發(fā)展趨勢(shì)做了簡(jiǎn)單概述。

關(guān)鍵詞：變壓器；在線監(jiān)測(cè)技術(shù)；原理；形狀；發(fā)展

1變壓器在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的原理

變壓器早期故障的特征氣體是油中的一氧化碳和氫氣，它們主要是變壓器內(nèi)的有機(jī)絕緣材料和絕緣油伴隨著變壓器運(yùn)行時(shí)間的增加并在熱和電的長(zhǎng)期作用下老化、分解產(chǎn)生的，與它們一起產(chǎn)生的氣體還有二氧化碳和烴類(lèi)氣體，這些氣體大多數(shù)都是溶解在變壓器油中。變壓器在線監(jiān)測(cè)裝置的工作原理是變壓器油中的特征氣體通過(guò)與變壓器本體直接相連的傳感器內(nèi)部的滲透膜選擇性地進(jìn)入到氣體檢測(cè)器中，并通過(guò)與傳感器內(nèi)部燃料電池和空氣中氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)來(lái)產(chǎn)生一個(gè)與反應(yīng)速率成比例的輸出電信號(hào)，再經(jīng)過(guò)整流放大輸出電信號(hào)和溫度補(bǔ)償電信號(hào)后，最后在裝置顯示屏上以體積分?jǐn)?shù)值μL/L形式向技術(shù)人員顯示[1]。其中，傳感器是無(wú)源元件，無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)部分，也不需任何試劑或其它材料，其所需要的燃料是特征氣體。

滲透膜的選擇性及燃料電池對(duì)氫氣、一氧化碳、乙炔和乙烯的敏感程度分別是100%、（

18±3）%、（8±2）%、（1.5±0.5）%，因而顯示值與DGA的關(guān)系是：顯示值=H2（DGA）×100%+CO（DGA）×18%+C2H2（DGA）×8.5%+C2H4（DGA）×1.5%。而變壓器在線監(jiān)測(cè)裝置主要是通過(guò)對(duì)顯示值是否與基線速率相偏離的監(jiān)測(cè)來(lái)預(yù)測(cè)變壓器是否將存在故障早期。因而，該裝置具有安全可靠、安裝方便、維護(hù)量小等優(yōu)點(diǎn)。

2.變壓器在線監(jiān)測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀

變壓器在線監(jiān)測(cè)技術(shù)包括：油中溶解氣體測(cè)量與分析(DGA），局部放電(PD)及光纖測(cè)溫、鐵芯接地、套管介質(zhì)、有載開(kāi)關(guān)的觸頭磨損等技術(shù)。

2.1油中溶解氣體測(cè)量與分析

通過(guò)監(jiān)測(cè)確定特征氣體，油中溶解氣體分析已被證明對(duì)發(fā)現(xiàn)油浸變壓器內(nèi)部潛伏性故障相當(dāng)有效和可靠。安裝油中特征氣體傳感器能夠進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，可監(jiān)測(cè)到早期的潛伏性故障征兆，從而有助于用戶(hù)盡可能采取正確的檢修措施，但該方法對(duì)突發(fā)性故障反應(yīng)并不靈敏?，F(xiàn)有的DGA技術(shù)能夠確定氣體的類(lèi)型、濃度、趨勢(shì)及氣體的產(chǎn)生速率，油中溶解氣體的變化速率在判斷故障發(fā)展嚴(yán)重性方面很有參考價(jià)值。

目前就國(guó)內(nèi)外專(zhuān)業(yè)技術(shù)而言，變壓器油色譜在線監(jiān)測(cè)裝置從監(jiān)測(cè)功能上分為兩類(lèi)。第一類(lèi)屬于定性檢測(cè)，即通過(guò)檢測(cè)單一組分或2種組分來(lái)監(jiān)測(cè)變壓器的運(yùn)行狀況[2]。第二類(lèi)屬于定量檢測(cè)，即對(duì)油中多組分的氣體進(jìn)行分離檢測(cè)。由于定性檢測(cè)難以適應(yīng)電力設(shè)備高精度的檢測(cè)要求，目前已逐步被定量檢測(cè)取代。在定量檢測(cè)中，關(guān)鍵技術(shù)主要集中在油氣分離和氣體含量檢測(cè)2個(gè)方面。

氣體分離的技術(shù)主要采用的是動(dòng)態(tài)頂空(吹掃—捕集)脫氣和滲透膜脫氣(包括特殊加工的虹吸毛細(xì)膜和陶瓷膜)；氣體含量檢測(cè)方面目前主要有氣相色譜和基于紅外吸收原理的光聲(光譜燃料電池盒)。目前，應(yīng)用比較普遍和有效的是氣相色譜技術(shù)，而光譜技術(shù)屬于比較前沿的檢測(cè)技術(shù)，未得到一致性的認(rèn)可和推廣[3]。

2.2局部放電

PD不僅是絕緣老化的現(xiàn)象和表征，而且是促使絕緣老化的一個(gè)重要因素，故需要進(jìn)行PD在線監(jiān)測(cè)。研究表明：超高壓變壓器在工作電壓下長(zhǎng)期運(yùn)行壽命的長(zhǎng)短與其絕緣中有無(wú)PD密切相關(guān)，即PD越弱，則正常運(yùn)行的壽命越長(zhǎng)。同時(shí)，在線監(jiān)測(cè)PD可及時(shí)預(yù)防或發(fā)現(xiàn)突發(fā)性故障，這也是其優(yōu)于DGA的關(guān)鍵。

現(xiàn)有PD在線測(cè)量方法主要有電脈沖測(cè)量和超聲波測(cè)量，近期國(guó)內(nèi)外又出現(xiàn)了甚高頻(VHF)、超高頻(UHF)測(cè)量等方法，但其中應(yīng)用最廣泛、技術(shù)最成熟的則是依據(jù)離線測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)IEC270(或IEC60270)的電脈沖測(cè)量方法。應(yīng)用電脈沖測(cè)量方法的系統(tǒng)不盡相同，其主要差異在于羅高夫斯基傳感器的安放位置、系統(tǒng)的檢測(cè)頻帶、抗脈沖型干擾方法等方面，而在數(shù)據(jù)采集、信號(hào)處理及顯示上并無(wú)太大區(qū)別。

目前國(guó)內(nèi)PD在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的水平和國(guó)外比較接近，基本使用嵌式傳感器，不需改變變壓器的接線，這一點(diǎn)受到了用戶(hù)的歡迎。

武漢高壓研究所研制的PD系統(tǒng)，采用帶寬為10～1000 kHz的電流傳感器，從套管末屏、中性點(diǎn)及鐵芯等接地線處耦合脈沖信號(hào)，組成平衡對(duì)以消除外來(lái)脈沖干擾，同時(shí)獲得局部放電脈沖幅值及次數(shù)。西安交通大學(xué)研究的BYT型PD系統(tǒng)，測(cè)量頻帶為40 kHz～2 MHz，在每相高壓套管底座及套管末屏處分別安裝“一大一小”2路傳感器，系統(tǒng)通過(guò)鑒別2路脈沖信號(hào)的極性來(lái)定向耦合變壓器內(nèi)部的PD信號(hào)，從而有效抑制外來(lái)干擾。

變壓器局部放電在線監(jiān)測(cè)的靈敏度一般為1000 pC以上，高于離線下的變壓器出廠試驗(yàn)規(guī)定值。所以，現(xiàn)有系統(tǒng)主要依據(jù)PD的長(zhǎng)期發(fā)展趨勢(shì)對(duì)變壓器絕緣狀況進(jìn)行分析，而不完全根據(jù)某次的單一測(cè)量值。此外，還可利用局部放電橢圓圖、二維譜圖、三維譜圖等對(duì)局部放電的類(lèi)型進(jìn)行分析。

2.3其他測(cè)量技術(shù)

還可以通過(guò)對(duì)變壓器鐵芯接地電流進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，以此判斷變壓器鐵芯是否出現(xiàn)多點(diǎn)接地故障。GE公司生產(chǎn)的LTC-MAP系統(tǒng)可在線監(jiān)測(cè)變壓器有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)的狀況及測(cè)量套管的介質(zhì)損耗等，但無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器油中微水、繞組溫度分布(決定繞組最熱點(diǎn)溫度)及其紙絕緣的老化參量(如糠醛)等的在線監(jiān)測(cè)。目前國(guó)內(nèi)外都在積極探索新技術(shù)。

變壓器在線監(jiān)測(cè)研究發(fā)展趨勢(shì)及研究方向

①儀器上：發(fā)展了光學(xué)器件如分紅氣體分析器，紅外氣體分析器的特點(diǎn)是能測(cè)量多種氣體含量。測(cè)量范圍寬，靈敏度高精度高，響應(yīng)快，選擇性良好可靠性高，壽命長(zhǎng)，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)分析和自動(dòng)控制。紅外氣體分析器的工作原理基于吸光度定律，從物理特征上可以劃分為不分光型、分光型、傅立葉紅外型以及基于微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)的微型紅外氣體分析器[4]。分光型紅外氣體分析器是利用分光系統(tǒng)從光源發(fā)出的連續(xù)紅外譜中分出單色光，使通過(guò)介質(zhì)層的紅外線波長(zhǎng)與被測(cè)組分的特征吸收光譜相吻合而進(jìn)行測(cè)定的。不分光型紅外氣體分析器（NDIR）指光源發(fā)出的連續(xù)紅外譜全部通過(guò)固定厚度的含有被測(cè)混合氣體的氣體層。由于被測(cè)氣體的含量不同，吸收固定紅外線的能量就不同。

②理論工具上：模糊理論，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，專(zhuān)家系統(tǒng)及灰色理論在DGA的分析中都有應(yīng)用。

總之，在線監(jiān)測(cè)技術(shù)是一項(xiàng)有效維護(hù)變壓器穩(wěn)定運(yùn)行的技術(shù)，具有安全可靠、安裝方便、維護(hù)量小、能降低檢修維護(hù)成本等優(yōu)點(diǎn)。電力部門(mén)要在需求增加的要求下，合理、有效的運(yùn)用在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，保障變壓器的正常正常運(yùn)行，才能保障電力企業(yè)的正常運(yùn)作，延長(zhǎng)機(jī)械的使用壽命，維護(hù)電力企業(yè)的良性、健康發(fā)展。