变压器在线监测设备发展趋势

目前国内安装较多的油中气体在线监测装置是加拿大Syprntec的HYDRAN20li智能型变压器早期故障在线监测系统，其监测组分及其响应为100%H2十15%CO十8%C2H2十1%CH4，故是一种以H2为主的可燃气检测仪，对乙炔不敏感。由于变压器色谱分析IEC标推将H2排除在考核内容之外，部颁标准正在考虑逐步谈化H2超标的概念和标准。另外，HYDRAN201i检测的是混合气体，故无法用三比值等判据进行分析，最终将会被全组分DGOA所取代。美国MM公司的TRUEGASTM全组分DGA在世界各地已有多年的运行经验，但目前在国内尚无运行实例，而且价格较高。它能检测H2，4，CHCO，C02等9种气体。所采集的数据经处理后使用三比值法、四比值法、气体诺谩图法和CIGRE推荐的方法对各次采样的数据进行分析及故障诊断。国内的MGA系统及DZJ系统使用复合式传感器，可以分中国电机工程学会高电压专业委员会2004年学术会议论文别测出H2，CO，C2H2，CH4，C2H6,C2H4等六种气体，灵敏度从1ppm到10ppm，标称的寿命在1年到10年之间，基本上可以满足在线监测的使用要求。
最后，需要考虑采用哪种类型的在线检测系统。它需要考虑如下要素：
(1)项目具备的资金量;
(2)项目实施的现有技术平台;是否为无人值班变电站?
(3)在线检测项目实施后的管理模式。
例如在一个无人值班变电站实施变压器色谱、局放等在线监测项目时，可以对色谱实行分层分布结构，而对局放实行便携式结构，这可以根据实际情况灵活掌握。
变压器在线检测即利用传感技术和微电子技术，对运行中的变压器进行监测，获取反映运行状态的各种物理量，并进行分析处理，对变压器的运行状况作出预测，必要时提供报警和故障诊断。从而尽量避免故障的进一步扩大而导致严重事故，指导变压器的最佳维修时机，为状态检修提供实时数据和重要的参考依据。因此，在线监测是从预防性检修向状态检修过渡的纽带和必备的技术手段。
2.2局部放电
局部放电(PD)不仅是绝缘老化的现象和表征，而且又是促使绝缘老化的一个重要因素，故值得进行PD在线监测。研究表明，超高压变压器在工作电压下的长期运行寿命与其绝缘中有无PD密切联系，即PD越弱，则正常运行的寿命越长。同时，在线监测PD可以及时预防或发现突发性故障，这也是它是优于DGA的重要一点。现有的局部放电在线测量方法主要分为电脉冲测量和超声波测量，最近国内外又出现了甚高频(VHF)、超高频(UHF)等方法，但应用最广泛、技术最成熟的则是依据离线测量标准IEC270(或IEC60270)的电脉冲测量方法。应用该方法的系统主要在罗高夫斯基传感器的安放位置、系统的检测频带、抗脉冲型干扰的方法等方面存在差异，而在数据采集、信号处理及显示上并无太大区别。图1为PD在线监测的常用模式。 目前国内PD在线监测系统的水平和国外比较接近，基本使用嵌式传感器，不改变变压器的接线，这一点受到了欢迎。武汉高压研究所研制的PD系统，采用带宽为10-1000kHz的电流传感器从套管末屏、中性点及铁心等接地线处耦合脉冲信号，组成平衡对以消除外来脉冲干扰，同时获得局放脉冲幅值及次数。西安交通大学研究的BYT型PD系统，测量频带为40kHz-2MHz，在每相高压套管底座及套管末屏处分别安装一大一小两路传感器，系统通过鉴别这两路脉冲信号的极性来定向耦合变压器内部的PD信号，从而有效的抑制外来干扰。变压器局部放电在线监测的灵敏度一般为1000pC以上，高于离线下的变压器出厂试验规定值。所以现有系统主要依据PD的长期发展趋势来对变压器绝缘状况进行分析，而不完全是某次的单一测量值。此外，还可以利用局部放电椭圆图、二维、三维等谱图对局部放电的类型进行分析。
尽管变压器在线监测技术已经发展了几十年，但从成熟产品的角度来考查，国内外的在线监测系统都存在一些共同的问题：首先缺少统一的技术标准，这是它最大的缺陷。绝大多数在线监测系统测量原理基本上都是依据离线试验时的IEC、IEEE标准或者国家标准，但其产品制造、检验、校正、数据分析判断等都没有在线监测技术标准，这使用户很难识别其产品性能是否达到实际监测要求，也给设备的推广及技术革新等带来了难题。
2变压器在线监测技术现状
通过故障模式分析，变压器的在线监测项目主要有油中溶解气体测量与分析(DGA)、局部放电测量(PD)、有载开关的触头磨损等。
2.1油中溶解气体分析
通过监测确定特征气体，油中溶解气体分析已被证明对于发现油浸变压器内部潜伏性故障相当有效和可靠。安装油中特征气体传感器连续监测，可能监测到早期的潜伏性故障征兆，从而有助于用户尽可能采取正确的检修措施。但该方法对于突发性故障反映并不灵敏。已有的DGA技术能够确定气体的类型、浓度、趋势及气体的产生速率。油中溶解气体的变化速率在决定故障发展严重性方面很有价值。
2.3其他
另外，可以通过对变压器铁心接地电流的在线监测，来判断变压器铁心是否有多点接地故障;GE公司生产的LTC-MAP系统，可以在线监测变压器有载调压开关的状况;已及在线测量套管的介质损耗等。但诸如变压器油中微水、绕组温度分布(以决定绕组最热点温度)及其纸绝缘的老化参量(例如糠醛)等的在线监测，目前尚无好的解决方法，国内外都在积极探索中。
(2)政策层面
将会出现统一的技术标准，同时相应的变压器检修规程、检修管理等也会改变，从而会建立相对中国电机工程学会高电压专业委员会2004年学术会议论文完善的状态检修管理系统;现在IEEE的在线检测标准已经讨论到第十稿，国内的在线检测行业标准也在起草之中，而国电公司、科研院所、在线监测公司等都在积极推动在线监测产品的研究及应用，这反过来也会促使状态维修体制的早日实现。
其次是抗干扰等技术问题。这是20世纪困扰在线监测技术推广应用的一大难题。但是随着为数众多科研人员数十年的实验研究，特别是计算机、传感器、光纤、数据采集等技术的飞速发展，很多参量的在线测量可以将干扰抑制在可以接受的水平上，从而大大提高了测量数据的可信度。然后是设备在现场的可靠运行、维护问题。现在国内很多变压器安装了在线监测装置，但据调查实际正常运行的只占30%左右。这里有两方面的原因：一个是监测装置本身稳定性较差;另一方面操作人员水平的高低直接决定了设备的使用情况，需加强对运行人员的在线监测技术培训。
最后是应用在线监测技术的经济效益问题。在线监测能否大面积推广应用，还需进行投资和效益的综合比较。一般在线监测设备价格不应超过变压器的2%，目前很多监测设备特别是国外设备往往价格很贵，超过5%，寿命较低(比如一些油中气体检测装置)，而且运行后还需要加上维护的成本。所以应在分析被监测设备故障的统计概率基础上有选择的安装在线监测设备。
(3)经济层面
产品的硬件成本将会大幅下降，软件故障分析系统愈显重要。随着越来越多国内在线监测设备生产公司、状态检修软件开发公司的参与，加上同国外公司产品的竞争，同时国内电力用户的需求量大大增加，从而产生规模效应，这些竞争和规模经济等市场因素必将促使在线监测产品的性价比得到提高。
变压器在线监测设备发展趋势
本文主要阐述了日趋成熟的变压器在线监测技术，包括其系统结构、监测参数、故障判断等最新发展状况。文中还分析了它与离线检测、状态维修等的关系，探讨了现有问题及其发展前景。
以可靠性为中心的状态检修是电力设备检修的发展趋势，在西欧、北美等已得到了实际应用，国内不少电网公司也已安装了相关设备和软件系统。现有的预防性试验由于离线试验条件和设备运行条件有差别，从而存在事故的漏报、早报或误报等问题。同时，预防性试验费用高，停电损失大。
3变压器在线监测策略
3.1在线监测方案的选择
任何方案的改变、经济上的投入，都必须考虑效益能增加多少，或可靠性能提高多少。所以现在各电力部门已经从20世纪后期不计成本的上在线监测项目转变为慎重的考虑在线监测项目在不同情况下的投入产出比、可靠性等综合效益情况。
所以，Biblioteka Baidu竟是否采用在线监测方案，进行哪些参量的在线监测，采用哪种类型的在线监测系统，这都需要遵循实事求是的原则：即根据每台变压器以及变压器上不同部件故障率等实际情况出发，认真研究采用什么样的检测方案既能确保运行可靠性，又能提高经济性。
3.2在线监测与离线检测的关系
在线检修比定期检修“先进”，但不应该不分重要性、可能性，都去搞在线检测;其分类方案参看图2。如对于影响很小的次要设备，仍以事故维修最经济。而被测设备即使很重要，但其故障的发生如果很突然，至今仍无法预测的，目前也无法实施在线监测及状态维修。因此一切都需从实际出发。
4在线监测技术存在的一些问题
5在线监测技术的前景
根据目前在线监测技术及用户使用的情况，今后它将在以下几个方面有所突破：
(1)技术层面
硬件设备将向智能化、网络化、总线化方向发展，软件故障分析系统将与离线试验信息、设备本身信息及运行信息等进行综合化、专家化、智能化诊断，不同系统的在线测量数据将能够共享;具体表现为具有数据接口的智能型传感器、干扰将得到有效抑制、色谱分析用的透气膜寿命将会延长等。
首先应该对变压器是否需要进行在线监测进行等级划分。划分的等级需要考虑如下因素：
(1)变压器在电网中的重要性，涉及供电用户的断电经济损失及社会影响;
(2)变压器的老化程度，以及发生危险的几率，即危险性水平。
变压器等级的划分也反映在2001年10月IEEE提出的变压器在线检测的导则第10稿中：“对于已老化的变压器，特别是当它在系统中的地位又很重要时，对其关键参数进行连续监测是合适而且很有价值的。”
其次在确定需对变压器进行在线监测后，应分析在线监测变压器的哪些部件、哪些参量。例如加拿大电气协会(CEA)对他们那里90年至94年间发生的变压器事故进行分类统计如表1示，认为有载调压装置及套管的事故率最高，需多加关照。由于故障的多样性，检测参数与缺陷或故障还不可能一一对应，因此需要着重寻找对最常见故障的有效检测参数及检测方法;需综合多种有效检测方法所得的数据，通过横比(同类、相间等比较)、纵比(历史比较与已有案例比较)等作出判断。检测变压器每种参量的作用、优缺点及现有技术水平可参考本文2.2节。