摘要：隨著我國科技和經(jīng)濟的不斷發(fā)展，我國的電力事業(yè)得到了迅速的發(fā)展。但與此同時，人們生活質(zhì)量提高和經(jīng)濟的發(fā)展也給國家電力系統(tǒng)設(shè)備的運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，其運行的好壞影響整個電力系統(tǒng)運行的質(zhì)量，因此電力部門要加大對變壓器的重視程度，將變壓器的在線檢測和診斷技術(shù)作為重點的科研攻關(guān)項目，只有確保了變壓器的穩(wěn)定、安全運行，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)的運行。本文重點講述了變壓器在線檢測技術(shù)的原理和發(fā)展現(xiàn)狀，并對其的發(fā)展趨勢做了簡單概述。

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

1變壓器在線監(jiān)測技術(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)的有機絕緣材料和絕緣油伴隨著變壓器運行時間的增加并在熱和電的長期作用下老化、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)測裝置的工作原理是變壓器油中的特征氣體通過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)入到氣體檢測器中，并通過與傳感器內(nèi)部燃料電池和空氣中氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)來產(chǎn)生一個與反應(yīng)速率成比例的輸出電信號，再經(jīng)過整流放大輸出電信號和溫度補償電信號后，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，傳感器是無源元件，無轉(zhuǎn)動部分，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)測裝置主要是通過對顯示值是否與基線速率相偏離的監(jiān)測來預(yù)測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、維護量小等優(yōu)點。

2.變壓器在線監(jiān)測技術(shù)現(xiàn)狀

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

2.1油中溶解氣體測量與分析

通過監(jiān)測確定特征氣體，油中溶解氣體分析已被證明對發(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，可監(jiān)測到早期的潛伏性故障征兆，從而有助于用戶盡可能采取正確的檢修措施，但該方法對突發(fā)性故障反應(yīng)并不靈敏。現(xiàn)有的DGA技術(shù)能夠確定氣體的類型、濃度、趨勢及氣體的產(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值。

目前就國內(nèi)外專業(yè)技術(shù)而言，變壓器油色譜在線監(jiān)測裝置從監(jiān)測功能上分為兩類。第一類屬于定性檢測，即通過檢測單一組分或2種組分來監(jiān)測變壓器的運行狀況[2]。第二類屬于定量檢測，即對油中多組分的氣體進(jìn)行分離檢測。由于定性檢測難以適應(yīng)電力設(shè)備高精度的檢測要求，目前已逐步被定量檢測取代。在定量檢測中，關(guān)鍵技術(shù)主要集中在油氣分離和氣體含量檢測2個方面。

氣體分離的技術(shù)主要采用的是動態(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重要因素，故需要進(jìn)行PD在線監(jiān)測。研究表明：超高壓變壓器在工作電壓下長期運行壽命的長短與其絕緣中有無PD密切相關(guān)，即PD越弱，則正常運行的壽命越長。同時，在線監(jiān)測PD可及時預(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在線測量方法主要有電脈沖測量和超聲波測量，近期國內(nèi)外又出現(xiàn)了甚高頻(VHF)、超高頻(UHF)測量等方法，但其中應(yīng)用最廣泛、技術(shù)最成熟的則是依據(jù)離線測量標(biāo)準(zhǔn)IEC270(或IEC60270)的電脈沖測量方法。應(yīng)用電脈沖測量方法的系統(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)的檢測頻帶、抗脈沖型干擾方法等方面，而在數(shù)據(jù)采集、信號處理及顯示上并無太大區(qū)別。

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

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、中性點及鐵芯等接地線處耦合脈沖信號，組成平衡對以消除外來脈沖干擾，同時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)通過鑒別2路脈沖信號的極性來定向耦合變壓器內(nèi)部的PD信號，從而有效抑制外來干擾。

變壓器局部放電在線監(jiān)測的靈敏度一般為1000 pC以上，高于離線下的變壓器出廠試驗規(guī)定值。所以，現(xiàn)有系統(tǒng)主要依據(jù)PD的長期發(fā)展趨勢對變壓器絕緣狀況進(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、三維譜圖等對局部放電的類型進(jìn)行分析。

2.3其他測量技術(shù)

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

變壓器在線監(jiān)測研究發(fā)展趨勢及研究方向

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是能測量多種氣體含量。測量范圍寬，靈敏度高精度高，響應(yīng)快，選擇性良好可靠性高，壽命長，可以實現(xiàn)連續(xù)分析和自動控制。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，使通過介質(zhì)層的紅外線波長與被測組分的特征吸收光譜相吻合而進(jìn)行測定的。不分光型紅外氣體分析器（NDIR）指光源發(fā)出的連續(xù)紅外譜全部通過固定厚度的含有被測混合氣體的氣體層。由于被測氣體的含量不同，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)測技術(shù)是一項有效維護變壓器穩(wěn)定運行的技術(shù)，具有安全可靠、安裝方便、維護量小、能降低檢修維護成本等優(yōu)點。電力部門要在需求增加的要求下，合理、有效的運用在線監(jiān)測技術(shù)，保障變壓器的正常正常運行，才能保障電力企業(yè)的正常運作，延長機械的使用壽命，維護電力企業(yè)的良性、健康發(fā)展。