【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 析局放特征及絕緣劣化機(jī)理等方面取得了很大進(jìn)展，但由于光測(cè)法設(shè)備復(fù)雜、昂貴、靈敏度低， 在實(shí)際中并未直接使用。盡管如此， 光纖技術(shù)作為超聲技術(shù)的輔助手段應(yīng)用于局放檢測(cè)，將光纖伸入到變壓器油中， 當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生局放時(shí)， 超聲波在油中傳播，這種機(jī)械力波擠壓光纖，引起光纖變形，導(dǎo)致光纖折射率和光纖長(zhǎng)度發(fā)生變化，從而光波被調(diào)制，通過(guò)適當(dāng)?shù)慕庹{(diào)器即可測(cè)量出超聲波，實(shí)現(xiàn)放電定位。電脈沖法電脈沖法又稱脈沖電流法，通過(guò)檢測(cè)阻抗、變壓器套管末屏接地線、外殼接地線、鐵心接地線及繞組中由于局放引起的脈沖電流， 獲得視在放電量。電脈沖法技術(shù)的關(guān)鍵是如何有效地識(shí)別和抑制干擾，將真正的局放信號(hào)提取。射頻檢測(cè)法利用羅哥夫斯基線圈從電氣設(shè)備的中性點(diǎn)處測(cè)取信號(hào)，測(cè)量的信號(hào)頻率可達(dá)30 MHz，提高了局放的測(cè)量頻率。該測(cè)試系統(tǒng)安裝方便，檢測(cè)設(shè)備不改變電力系統(tǒng)運(yùn)行方式。但對(duì)于三相變壓器而言，該測(cè)試系統(tǒng)得到的信號(hào)是三相局放量的總和，無(wú)法進(jìn)行分辨，信號(hào)容易受外界干擾。隨著數(shù)字濾波技術(shù)的發(fā)展，該方法在局放在線監(jiān)測(cè)中已有較廣泛的應(yīng)用，尤其是在發(fā)電機(jī)在線監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。超高頻檢測(cè)法超高頻局放檢測(cè)通過(guò)檢測(cè)變壓器內(nèi)部局放產(chǎn)生的超高頻(300～3 000 MHz) 電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)局部放電的檢測(cè)和定位，UHF 法和脈沖電流法不同，脈沖電流法的頻率測(cè)量范圍一般不超過(guò)1 MHz，UHF 法的頻率范圍為300～3 000 MHz[3]。脈沖電流法中將試品看作一個(gè)集中參數(shù)的對(duì)地電容，發(fā)生一次局放時(shí)， 試品電容兩端產(chǎn)生一個(gè)瞬時(shí)的電壓變化，通過(guò)耦合電容在檢測(cè)阻抗中產(chǎn)生一個(gè)脈沖電流；而UHF 法中傳感器并非起電容耦合的作用， 而是接收超高頻信號(hào)的天線。甚高頻法甚高頻法與UHF法類似，它檢測(cè)信號(hào)的頻率范圍在30～300 MHz。雖然這個(gè)頻率范圍可避開(kāi)一些電暈干擾，但并不能完全排除。由于甚高頻法會(huì)受到一些電暈干擾的影響，所以，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用時(shí)不使用外置傳感器，而只采用內(nèi)置傳感器來(lái)獲取PD信號(hào)。同時(shí)，用甚高頻法也可以對(duì)PD進(jìn)行定位。甚高頻法的主要優(yōu)點(diǎn)是對(duì)放電量的校準(zhǔn)比較可靠。超聲波監(jiān)測(cè)法局部放電所伴隨的爆裂狀的聲發(fā)射，會(huì)產(chǎn)生超聲波并以球面波的形式快速向四面八方傳播。因此，一旦能設(shè)法截取到這種超聲波，就可以判斷是否有局部放電的發(fā)生，進(jìn)而可以對(duì)局部放電位置進(jìn)行定位。這種局部放電的監(jiān)測(cè)方法就稱之為超聲波檢測(cè)法。超聲波監(jiān)測(cè)PD，首先要在變壓器箱壁上的不同位置安放多個(gè)超聲波傳感器。由于它們相對(duì)于局放源的位置不同，接收到的超聲波信號(hào)之間存在時(shí)間差，通過(guò)計(jì)算就能相對(duì)準(zhǔn)確地定位出局放源的位置。超聲波監(jiān)測(cè)法有靈敏度高，能對(duì)局放源定位等優(yōu)點(diǎn)。但由于超聲波傳輸?shù)亩嗦窂絾?wèn)題（這是由于超聲波在不同介質(zhì)間傳播速度的差異引起的），注定了這種定位是粗糙的，難以進(jìn)行定量。另外，因?yàn)槌暡▊鞲衅魍ǔｎl帶為30～200 kHz。所以該方法存在受環(huán)境噪聲、電磁干擾等問(wèn)題和本身衰減等因素影響，所以運(yùn)用該方法的精度往往不夠，時(shí)有誤測(cè)漏測(cè)。局部過(guò)熱故障包括接點(diǎn)接觸不良、磁路故障、導(dǎo)體故障等。變壓器油和固體絕緣材料在電或熱的作用下分解產(chǎn)生一些特征氣體。在不同的運(yùn)行狀態(tài)下，外界對(duì)變壓器油的理化作用不同，產(chǎn)生的氣體的成分和含量也不相同。正常運(yùn)行中，變壓器內(nèi)部絕緣油與固體絕緣材料會(huì)產(chǎn)生一些非氣態(tài)的劣化產(chǎn)物外，還產(chǎn)生少量的氫、低分子烴類氣體和碳的氧化物等。其中碳的氧化物( CO、CO2) 成分最多，其次是氫和烴類氣體。當(dāng)發(fā)生過(guò)熱性故障時(shí)，熱點(diǎn)只影響到絕緣油的分解而不涉及固體絕緣的裸金屬過(guò)熱性故障。油中溶解氣體以CH4 和C2H4為特征氣體，二者之和常占總烴的80%以上。故障點(diǎn)溫度較低時(shí)， 甲烷占的比例大。隨著熱點(diǎn)溫度的升高( 500e 以上) ，乙烯、氫組分急劇增加，比例增大。當(dāng)嚴(yán)重過(guò)熱( 800e ) 時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生少量乙炔， 但其含量不超過(guò)乙烯量的10%。涉及固體絕緣的過(guò)熱性故障時(shí)， 除產(chǎn)生上述的低分子烴類氣體外，還產(chǎn)生較多的CO、CO2。隨著溫度的升高，CO、CO2比值逐漸增大。因此，根據(jù)《電力系統(tǒng)預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》及導(dǎo)則，通過(guò)分析油中溶解氣體的成分、特征氣體含量、變化趨勢(shì)、IEC三比值法來(lái)判斷變壓器是否存在內(nèi)部潛伏性故障及故障的性質(zhì)。磁回路過(guò)熱性故障判據(jù)在四比值法中，當(dāng)CH4/ H2= 1~3， C2H6/ CH4 1，C2H4/ C2H6 3，C2H2/ CH4 0. 5時(shí)，變壓器存在磁回路過(guò)熱性故障。將三比值法與磁回路過(guò)熱判據(jù)結(jié)合使用來(lái)判斷磁回路與導(dǎo)電回路的過(guò)熱性故障。超聲一光纖監(jiān)測(cè)法光纖傳感器利用光線本身或外部敏感元件將聲信號(hào)轉(zhuǎn)變成光強(qiáng)信號(hào)的變化，再轉(zhuǎn)變成電信號(hào)。利用光纖傳輸光波的特性和外加光源以及光敏元件可以構(gòu)成兩種類型的光纖傳感器，即功能型光纖傳感器和非功能型光纖傳感器。功能型光纖傳感器一般采用單模光纖，光纖同時(shí)起傳輸和傳感作用，即光纖本身即是敏感元件。該類傳感器利用光纖本身的傳輸特性（光強(qiáng)、波長(zhǎng)、相位和頻率等）受被測(cè)量物的作用而發(fā)生變化，即被調(diào)制，在輸出端通過(guò)合適的解調(diào)而測(cè)量被測(cè)量物，能測(cè)量作用于光纖的微弱信號(hào)。非功能型光纖傳感器一般采用多模光纖，光纖不再是敏感元件，而是在光纖端面或者接合處放置機(jī)械式或者光學(xué)式的敏感元件來(lái)感受被測(cè)量物的變化，從而光纖本身只起傳輸作用。這類光纖傳感器易實(shí)現(xiàn)，但是測(cè)量精度和靈敏度較低。 大多變壓器的損壞和故障都是因絕緣系統(tǒng)的損壞而造成。電力變壓器的絕緣基本上可以分為二種：液體絕緣和固體絕緣。由于長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行受溫度、局部放電、雜質(zhì)等多種因素的影響， 絕緣介質(zhì)會(huì)發(fā)生老化， 使絕緣性能下降，影響到變壓器運(yùn)行的可靠性。絕緣介質(zhì)老化往往反映在絕緣介質(zhì)在交變電場(chǎng)的使用下，其極化過(guò)程發(fā)生了改變，非彈性極化增強(qiáng),使極化過(guò)程中的有功損耗增加，使絕緣介質(zhì)的介質(zhì)損耗率增大?？梢圆捎脺y(cè)量電力變壓器絕緣套管電壓與套管末屏接地電流間相位差的方法，對(duì)絕緣套管介質(zhì)損耗進(jìn)行監(jiān)測(cè)。變壓器油色譜在線監(jiān)測(cè)在變壓器運(yùn)行中，絕緣油和有機(jī)絕緣材料在放電和過(guò)熱作用下，會(huì)逐漸老化和分解，產(chǎn)生少量低分子烴類氣體如氫氣（H2）、甲烷（CH4）、乙烯（C2H4）、乙烷（C2H6）、乙炔（C2H2）及二氧化碳（CO2）和一氧化碳（CO）等特征氣體，并大量溶解在油中。這些故障氣體的組成和含量與故障的類型及其嚴(yán)重程度有密切關(guān)系。因此，分析溶解于油中的氣體，就能盡早發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部存在的潛伏性故障，并可隨時(shí)監(jiān)視故障的發(fā)展?fàn)顩r。變壓器油色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由油氣分離、混合氣體分離、氣體監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)處理和故障診斷等環(huán)節(jié)組成。油色譜在線監(jiān)測(cè)雖然已經(jīng)很普遍地被運(yùn)用，但也有許多缺點(diǎn)：首先，氣體傳感器對(duì)所監(jiān)測(cè)各種氣體均敏感，準(zhǔn)確度不高，目前國(guó)內(nèi)的產(chǎn)品準(zhǔn)確度都達(dá)不到25%。其次，由于脫氣速度慢，所以檢測(cè)周期較長(zhǎng)不能做到理想的“即時(shí)在線”監(jiān)測(cè)的任務(wù)；而且因?yàn)樯V儀設(shè)備復(fù)雜，檢測(cè)過(guò)程會(huì)消耗樣氣和載氣，長(zhǎng)期使用過(guò)程中色譜柱和傳感器的性能會(huì)逐漸老化，為保證準(zhǔn)確度，需要定期用標(biāo)準(zhǔn)氣體對(duì)監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行校準(zhǔn)，需要大量的系統(tǒng)維護(hù)工作。 紅外吸收光譜法利用紅外光譜法還可以對(duì)變壓器油析出氣體的單一組分或混合物中各組分進(jìn)行定量分析，尤其是對(duì)于一些較難分離，并在紫外、可見(jiàn)光區(qū)找不到明顯特征峰的樣品可方便、迅速地完成定量分析。光譜法可測(cè)量甲烷（CH4）、乙烯（C2H4）、乙烷（C2H6）和乙炔（C2H2）等故障氣體，與色譜法相比，它的優(yōu)勢(shì)是安裝方便，維護(hù)工作量少，但仍需要現(xiàn)場(chǎng)脫氣和定時(shí)檢測(cè)且有靈敏度不高等缺點(diǎn)。羅杰斯比值法羅杰斯比值法是利用CHHC2HC2H6和C2H4 等5種氣體間的4對(duì)比值來(lái)判斷變壓器內(nèi)部故障性質(zhì)的方法, 經(jīng)實(shí)踐表明, 具有所需油樣少、分析速度快的優(yōu)點(diǎn), 是變壓器故障診斷的一個(gè)有效方法。羅杰斯比值法總結(jié)出了氣體比值代碼和故障類型之間的內(nèi)在聯(lián)系, 如表1所示。從粗糙集理論的觀點(diǎn), 羅杰斯比值法的故障診斷表也是一張決策表。條件屬性集為CH4/ HC2H6/ CHC2H4/ C2H6 和C2H2/ C2H4 這4對(duì)氣體的比值, 決策屬性為診斷結(jié)果。特征氣體法故障點(diǎn)產(chǎn)生氣體的特征是隨故障類型、故障能量的級(jí)別以及所涉及的絕緣材料的不同而不同。隨著故障點(diǎn)溫度的升高, CH4 所占的比例逐漸減少, 而C2H4 和C2H2 所占的比例逐漸增加, 嚴(yán)重過(guò)熱時(shí)將產(chǎn)生適當(dāng)數(shù)量的C2H2, 當(dāng)達(dá)到電弧弧道溫度時(shí), C2H2將成為主要成分, 因此可用表2所列的方法判斷故障性質(zhì), 其中特征氣體注意值: H2 0. 15%。 C2H2 5*10 4%。 總烴( CH4+ C2H4+ C2H6+C2H2) 0. 15%。用特征氣體法應(yīng)注意以下問(wèn)題:( 1) C2H2 是故障點(diǎn)周圍絕緣油分解的特征氣體, 其含量是區(qū)分過(guò)熱和放電2種性質(zhì)的主要指標(biāo)。但出現(xiàn)高溫?zé)狳c(diǎn)時(shí)也會(huì)產(chǎn)生少量C2H2, 因此不應(yīng)認(rèn)為凡有C2H2出現(xiàn)都視為放電性故障。另外, 低能量的局部放電并不產(chǎn)生C2H2 或只產(chǎn)生少量的C2H2。( 2) 如果H2 的含量增大, 而其它成分不增加時(shí), 有可能是設(shè)備進(jìn)水或有泡存在, 引起鐵和水的化學(xué)反應(yīng)。變壓器是變電站重要設(shè)備之一。變壓器運(yùn)行時(shí)，其繞組和鐵芯的電能損耗都能轉(zhuǎn)化為熱能。為了有效地監(jiān)測(cè)變壓器溫度，防止變壓器的絕緣老化，延長(zhǎng)變壓器的運(yùn)行壽命，必須采用更先進(jìn)、更可靠的監(jiān)測(cè)手段。下面著重闡述獨(dú)立式電阻傳感器測(cè)溫和壓力式溫控器測(cè)溫及運(yùn)行中常見(jiàn)故障。 溫度是衡量物體冷熱程度的物理量。溫度的測(cè)量是利用某些材料或元件的性能隨溫度變化的特性通過(guò)測(cè)量該性能參數(shù)從而達(dá)到測(cè)量溫度的目的。 溫度測(cè)量有兩種基本形式：接觸式測(cè)量和非接觸式測(cè)量（一） 接觸式測(cè)量 接觸式測(cè)量是以“處于同一平衡狀態(tài)下的物體具有相同溫度”的原理為基礎(chǔ)，測(cè)量時(shí)儀表的觸頭要與被測(cè)物處于熱平衡狀態(tài)，顯示結(jié)果才準(zhǔn)確。 接觸式的特點(diǎn)是測(cè)溫元件直接與被測(cè)對(duì)象相接觸，兩者之間進(jìn)行充分的熱交換，最后達(dá)到熱平衡這時(shí)感溫元件的某一物理參數(shù)的量值就代表了被測(cè)對(duì)象的溫度值。（二） 非接觸式測(cè)量非接觸測(cè)溫主要是利用光輻射來(lái)測(cè)量物體溫度。任何物體受熱后都有一部分的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)檩椛淠?，溫度越高，則發(fā)射到周圍空間的能量就越多。輻射能以波動(dòng)形式表現(xiàn)出來(lái)，其波長(zhǎng)的范圍極廣，從短波、X光、紫外光、可見(jiàn)光、紅外光一直到電磁波。 而在溫度測(cè)量中主要是可見(jiàn)光和紅外光，因?yàn)榇祟?能量被接收以后，多轉(zhuǎn)換為熱能，使物體的溫度升高，所以一般就稱為熱輻射。非接觸測(cè)溫的特點(diǎn)是感溫元件不與被測(cè)對(duì)象相接觸，而是通過(guò)輻射進(jìn)行熱交換，故可避免接觸式測(cè)溫法的缺點(diǎn)，具有較高的測(cè)溫上限。此外，非接 觸測(cè)溫法熱慣性小，可達(dá)千分之一秒。變壓器溫度的測(cè)試主要是接觸式測(cè)溫，測(cè)試方 法介紹以下兩種。（一） 獨(dú)立式電阻傳感器測(cè)溫 獨(dú)立式電阻傳感器測(cè)溫主要用于變壓器上層油溫的測(cè)量。 傳感器：是指將感受到的物理量、化學(xué)量等信息，按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成便于測(cè)量和傳輸?shù)男盘?hào)的裝置。 獨(dú)立式電阻傳感器的結(jié)構(gòu)：由熱電阻、絕緣套管、保護(hù)套管、接線盒及接線盒蓋組成。 獨(dú)立式電阻傳感器測(cè)溫工作原理：采用熱電阻作為測(cè)溫元件，利用金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而改變的特性來(lái)進(jìn)行測(cè)量的。純金屬及多數(shù)合金的電阻率隨溫度升高而增加，即具有正的溫度系數(shù)。在一定溫度范圍內(nèi)，電阻溫度關(guān)系是線性的。溫度的變化可導(dǎo)致金屬導(dǎo)體電阻的變化。這樣，只要測(cè)出電阻值的變化，就可達(dá)到測(cè)量溫度的目的。 電阻與溫度的關(guān)系可用下式表示為 Rt = R0〔1+ a0﹙t t0﹚〕Rt為溫度t時(shí)的電阻值；R0為溫度t0時(shí)的電阻值；t0為起始溫度；一般規(guī)定為0℃；a0為溫度系數(shù)（以0℃為起始溫度）。獨(dú)立式電阻傳感器測(cè)溫常見(jiàn)的故障有:熱電阻電阻絲之間短路或接地；熱電阻電阻絲斷開(kāi)；保護(hù)套管內(nèi)有積水或污物，局部短路；電阻元件接線盒間引出導(dǎo)線斷路：連接導(dǎo)線接觸不良使電阻值增大 或有局部短路等。（二） 壓力式溫控器測(cè)溫 壓力式溫控器的結(jié)構(gòu)及原理：主要有彈性元件（波紋管和彈簧管）、毛細(xì)管和溫包組成，三部分所構(gòu)成的密閉系統(tǒng)內(nèi)充填感溫介質(zhì)，當(dāng)被測(cè)溫度變化時(shí)，溫包內(nèi)的感溫介質(zhì)所產(chǎn)生的壓力隨之改變。壓力的變化通過(guò)毛細(xì)管道傳遞到儀表內(nèi)的彈性元件，使彈性元件產(chǎn)生位移，經(jīng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)放大后，于標(biāo)度盤上指示出被測(cè)液體的溫度。 同時(shí)壓力的變化經(jīng)機(jī)械傳動(dòng)迫使微動(dòng)開(kāi)關(guān)動(dòng)作，輸出信號(hào)。這些微動(dòng)開(kāi)關(guān)分別用于控制變壓器冷卻系統(tǒng)、溫升報(bào)警系統(tǒng)、溫升跳閘系統(tǒng)，達(dá)到指示變壓器油溫和控制溫升的目的。 壓力式溫控器儀表的特點(diǎn)： 觸點(diǎn)功率大，溫度指示控制器采用功率較大的微動(dòng)開(kāi)關(guān)，簡(jiǎn)化了控制電路，提高了變壓器運(yùn)行的可靠性。 設(shè)定溫度可調(diào)，溫度指示控制器內(nèi)有兩組接點(diǎn)用戶可根據(jù)需要在規(guī)定的范圍內(nèi)設(shè)定溫度。 標(biāo)尺指示范圍大，溫度指示控制器分設(shè)定溫度指示和實(shí)際溫度指示。設(shè)定溫度指示分左、右兩個(gè)刻度盤，各自可獨(dú)立設(shè)定，實(shí)際溫度指示為圓弧270分度，具有指示范圍大、指示清晰的特點(diǎn)。隨著變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，變壓器溫度測(cè)量不僅要有本體溫度的指示，還要有數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳到數(shù)百米遠(yuǎn)的控制室里在計(jì)算機(jī)上顯示出來(lái)。壓力式溫控器及電接點(diǎn)僅完成本體溫度監(jiān)控功能，而遠(yuǎn)方微機(jī)監(jiān)測(cè)及越限報(bào)警等功能則需要加裝非電量/電量轉(zhuǎn)換變送器后再進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，送到監(jiān)控 微機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。 變壓器冷卻系統(tǒng)控制邏輯有“手動(dòng)”和“自動(dòng)”兩種方式，“自動(dòng)”方式是指按變壓器頂層油溫控制冷卻 器的啟、停,片式、管式散熱器的冷卻器包括風(fēng)扇電機(jī)和油泵電機(jī)的控制。對(duì)于采用風(fēng)冷冷卻器（散熱器）的變壓器，變壓器上安裝兩塊溫度計(jì)，溫度指示一般使用壓立式溫度計(jì)，表計(jì)安裝在變壓器本體易于觀測(cè)的部位，一般規(guī)定當(dāng)變壓器頂層油溫達(dá)到75℃時(shí)報(bào)警，并將報(bào)警信號(hào)傳送到中控室。當(dāng)變壓器頂層油溫達(dá)到55℃時(shí)，投入風(fēng)扇，當(dāng)油面溫度達(dá)到45℃時(shí)，退出風(fēng)扇。 變壓器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總體功能　變壓器在線監(jiān)測(cè)的目的，就是通過(guò)對(duì)變壓器特征信號(hào)的采集和分析，判別出變壓器的狀態(tài)，以期檢測(cè)出變壓器的初期故障，并監(jiān)測(cè)故障狀態(tài)的發(fā)展趨勢(shì)。油中溶解性氣體分析技術(shù)。由于變壓器內(nèi)部不同的故障會(huì)產(chǎn)生不同的氣體，因此通過(guò)分析油中氣體的成分、含量、產(chǎn)氣率和相對(duì)百分比，就可達(dá)到對(duì)變壓器絕緣診斷的目的。幾種典