【文章內(nèi)容簡介】 析局放特征及絕緣劣化機(jī)理等方面取得了很大進(jìn)展，但由于光測法設(shè)備復(fù)雜、昂貴、靈敏度低， 在實際中并未直接使用。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，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， 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度發(fā)生變化，從而光波被調(diào)制，通過適當(dāng)?shù)慕庹{(diào)器即可測量出超聲波，實現(xiàn)放電定位。電脈沖法電脈沖法又稱脈沖電流法，通過檢測阻抗、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)鍵是如何有效地識別和抑制干擾，將真正的局放信號提取。射頻檢測法利用羅哥夫斯基線圈從電氣設(shè)備的中性點處測取信號，測量的信號頻率可達(dá)30 MHz，提高了局放的測量頻率。該測試系統(tǒng)安裝方便，檢測設(shè)備不改變電力系統(tǒng)運(yùn)行方式。但對于三相變壓器而言，該測試系統(tǒng)得到的信號是三相局放量的總和，無法進(jìn)行分辨，信號容易受外界干擾。隨著數(shù)字濾波技術(shù)的發(fā)展，該方法在局放在線監(jiān)測中已有較廣泛的應(yīng)用，尤其是在發(fā)電機(jī)在線監(jiān)測領(lǐng)域。超高頻檢測法超高頻局放檢測通過檢測變壓器內(nèi)部局放產(chǎn)生的超高頻(300～3 000 MHz) 電信號，實現(xiàn)局部放電的檢測和定位，UHF 法和脈沖電流法不同，脈沖電流法的頻率測量范圍一般不超過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集中參數(shù)的對地電容，發(fā)生一次局放時， 試品電容兩端產(chǎn)生一個瞬時的電壓變化，通過耦合電容在檢測阻抗中產(chǎn)生一個脈沖電流；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的天線。甚高頻法甚高頻法與UHF法類似，它檢測信號的頻率范圍在30～300 MHz。雖然這個頻率范圍可避開一些電暈干擾，但并不能完全排除。由于甚高頻法會受到一些電暈干擾的影響，所以，現(xiàn)場應(yīng)用時不使用外置傳感器，而只采用內(nèi)置傳感器來獲取PD信號。同時，用甚高頻法也可以對PD進(jìn)行定位。甚高頻法的主要優(yōu)點是對放電量的校準(zhǔn)比較可靠。超聲波監(jiān)測法局部放電所伴隨的爆裂狀的聲發(fā)射，會產(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)而可以對局部放電位置進(jìn)行定位。這種局部放電的監(jiān)測方法就稱之為超聲波檢測法。超聲波監(jiān)測PD，首先要在變壓器箱壁上的不同位置安放多個超聲波傳感器。由于它們相對于局放源的位置不同，接收到的超聲波信號之間存在時間差，通過計算就能相對準(zhǔn)確地定位出局放源的位置。超聲波監(jiān)測法有靈敏度高，能對局放源定位等優(yōu)點。但由于超聲波傳輸?shù)亩嗦窂絾栴}（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，因為超聲波傳感器通常頻帶為30～200 kHz。所以該方法存在受環(huán)境噪聲、電磁干擾等問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，時有誤測漏測。局部過熱故障包括接點接觸不良、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)生過熱性故障時，熱點只影響到絕緣油的分解而不涉及固體絕緣的裸金屬過熱性故障。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。故障點溫度較低時， 甲烷占的比例大。隨著熱點溫度的升高( 500e 以上) ，乙烯、氫組分急劇增加，比例增大。當(dāng)嚴(yán)重過熱( 800e ) 時，也會產(chǎn)生少量乙炔， 但其含量不超過乙烯量的10%。涉及固體絕緣的過熱性故障時， 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)防性試驗規(guī)程》及導(dǎo)則，通過分析油中溶解氣體的成分、特征氣體含量、變化趨勢、IEC三比值法來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，變壓器存在磁回路過熱性故障。將三比值法與磁回路過熱判據(jù)結(jié)合使用來判斷磁回路與導(dǎo)電回路的過熱性故障。超聲一光纖監(jiān)測法光纖傳感器利用光線本身或外部敏感元件將聲信號轉(zhuǎn)變成光強(qiáng)信號的變化，再轉(zhuǎn)變成電信號。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、相位和頻率等）受被測量物的作用而發(fā)生變化，即被調(diào)制，在輸出端通過合適的解調(diào)而測量被測量物，能測量作用于光纖的微弱信號。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)式的敏感元件來感受被測量物的變化，從而光纖本身只起傳輸作用。這類光纖傳感器易實現(xiàn)，但是測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。由于長時間的運(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)在交變電場的使用下，其極化過程發(fā)生了改變，非彈性極化增強(qiáng),使極化過程中的有功損耗增加，使絕緣介質(zhì)的介質(zhì)損耗率增大。可以采用測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，對絕緣套管介質(zhì)損耗進(jìn)行監(jiān)測。變壓器油色譜在線監(jiān)測在變壓器運(yùn)行中，絕緣油和有機(jī)絕緣材料在放電和過熱作用下，會逐漸老化和分解，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，并可隨時監(jiān)視故障的發(fā)展?fàn)顩r。變壓器油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)由油氣分離、混合氣體分離、氣體監(jiān)測、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)測雖然已經(jīng)很普遍地被運(yùn)用，但也有許多缺點：首先，氣體傳感器對所監(jiān)測各種氣體均敏感，準(zhǔn)確度不高，目前國內(nèi)的產(chǎn)品準(zhǔn)確度都達(dá)不到25%。其次，由于脫氣速度慢，所以檢測周期較長不能做到理想的“即時在線”監(jiān)測的任務(wù)；而且因為色譜儀設(shè)備復(fù)雜，檢測過程會消耗樣氣和載氣，長期使用過程中色譜柱和傳感器的性能會逐漸老化，為保證準(zhǔn)確度，需要定期用標(biāo)準(zhǔn)氣體對監(jiān)測裝置進(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，尤其是對于一些較難分離，并在紫外、可見光區(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)勢是安裝方便，維護(hù)工作量少，但仍需要現(xiàn)場脫氣和定時檢測且有靈敏度不高等缺點。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對比值來判斷變壓器內(nèi)部故障性質(zhì)的方法, 經(jīng)實踐表明, 具有所需油樣少、分析速度快的優(yōu)點, 是變壓器故障診斷的一個有效方法。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, 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對氣體的比值, 決策屬性為診斷結(jié)果。特征氣體法故障點產(chǎn)生氣體的特征是隨故障類型、故障能量的級別以及所涉及的絕緣材料的不同而不同。隨著故障點溫度的升高, 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)重過熱時將產(chǎn)生適當(dāng)數(shù)量的C2H2, 當(dāng)達(dá)到電弧弧道溫度時, 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)注意以下問題:( 1) C2H2 是故障點周圍絕緣油分解的特征氣體, 其含量是區(qū)分過熱和放電2種性質(zhì)的主要指標(biāo)。但出現(xiàn)高溫?zé)狳c時也會產(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, 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，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)測變壓器溫度，防止變壓器的絕緣老化，延長變壓器的運(yùn)行壽命，必須采用更先進(jìn)、更可靠的監(jiān)測手段。下面著重闡述獨立式電阻傳感器測溫和壓力式溫控器測溫及運(yùn)行中常見故障。 溫度是衡量物體冷熱程度的物理量。溫度的測量是利用某些材料或元件的性能隨溫度變化的特性通過測量該性能參數(shù)從而達(dá)到測量溫度的目的。 溫度測量有兩種基本形式：接觸式測量和非接觸式測量（一） 接觸式測量 接觸式測量是以“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)，測量時儀表的觸頭要與被測物處于熱平衡狀態(tài)，顯示結(jié)果才準(zhǔn)確。 接觸式的特點是測溫元件直接與被測對象相接觸，兩者之間進(jìn)行充分的熱交換，最后達(dá)到熱平衡這時感溫元件的某一物理參數(shù)的量值就代表了被測對象的溫度值。（二） 非接觸式測量非接觸測溫主要是利用光輻射來測量物體溫度。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。輻射能以波動形式表現(xiàn)出來，其波長的范圍極廣，從短波、X光、紫外光、可見光、紅外光一直到電磁波。 而在溫度測量中主要是可見光和紅外光，因為此類 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。非接觸測溫的特點是感溫元件不與被測對象相接觸，而是通過輻射進(jìn)行熱交換，故可避免接觸式測溫法的缺點，具有較高的測溫上限。此外，非接 觸測溫法熱慣性小，可達(dá)千分之一秒。變壓器溫度的測試主要是接觸式測溫，測試方 法介紹以下兩種。（一） 獨立式電阻傳感器測溫 獨立式電阻傳感器測溫主要用于變壓器上層油溫的測量。 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)換成便于測量和傳輸?shù)男盘柕难b置。 獨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。 獨立式電阻傳感器測溫工作原理：采用熱電阻作為測溫元件，利用金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而改變的特性來進(jìn)行測量的。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，只要測出電阻值的變化，就可達(dá)到測量溫度的目的。 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時的電阻值；R0為溫度t0時的電阻值；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）。獨立式電阻傳感器測溫常見的故障有:熱電阻電阻絲之間短路或接地；熱電阻電阻絲斷開；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)被測溫度變化時，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)傳動機(jī)構(gòu)放大后，于標(biāo)度盤上指示出被測液體的溫度。 同時壓力的變化經(jīng)機(jī)械傳動迫使微動開關(guān)動作，輸出信號。這些微動開關(guān)分別用于控制變壓器冷卻系統(tǒng)、溫升報警系統(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： 觸點功率大，溫度指示控制器采用功率較大的微動開關(guān)，簡化了控制電路，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)定溫度指示和實際溫度指示。設(shè)定溫度指示分左、右兩個刻度盤，各自可獨立設(shè)定，實際溫度指示為圓弧270分度，具有指示范圍大、指示清晰的特點。隨著變電站綜合自動化系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，變壓器溫度測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)的控制室里在計算機(jī)上顯示出來。壓力式溫控器及電接點僅完成本體溫度監(jiān)控功能，而遠(yuǎn)方微機(jī)監(jiān)測及越限報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”和“自動”兩種方式，“自動”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，溫度指示一般使用壓立式溫度計，表計安裝在變壓器本體易于觀測的部位，一般規(guī)定當(dāng)變壓器頂層油溫達(dá)到75℃時報警，并將報警信號傳送到中控室。當(dāng)變壓器頂層油溫達(dá)到55℃時，投入風(fēng)扇，當(dāng)油面溫度達(dá)到45℃時，退出風(fēng)扇。 變壓器在線監(jiān)測系統(tǒng)的總體功能　變壓器在線監(jiān)測的目的，就是通過對變壓器特征信號的采集和分析，判別出變壓器的狀態(tài)，以期檢測出變壓器的初期故障，并監(jiān)測故障狀態(tài)的發(fā)展趨勢。油中溶解性氣體分析技術(shù)。由于變壓器內(nèi)部不同的故障會產(chǎn)生不同的氣體，因此通過分析油中氣體的成分、含量、產(chǎn)氣率和相對百分比，就可達(dá)到對變壓器絕緣診斷的目的。幾種典