变压器在线检测技术及其故障诊断论文

（ ）薄 膜 透 气 法 。该法 基 于气 体 的 扩 散原 理 ， １
ｌ ７
解 气 体 在 线 监 测 装 置 中 的 抽 真 空 取 气 法 有 两 种 方
式 ，波 纹 管法 和 真 空泵 脱 气 法 。前 者利 用 小 型 电机
使 用 时 只 能 渗 透 气 体 分 子 而 不 能 渗 透 油 的高 分 子 膜 ，利用 膜 两 侧 （ 压 器 油和 气 室 ）气 体压 力 的不 变 平 衡 性 ，使 气 体 自动 从 油 中 向气 室 扩 散 ，进 而 实现
出来 ，目前 国 内外 主要 的油一 分离 技术有 薄膜 透气 气
年来 ，一些 新 型 的气 体传 感 技 术 开始 应用 于 油 中溶
解 气 体 在线 监 测 ， 以期满 足 实 际运 行 的需要 。下面
变 压器 油 色谱 在线 监 测及 故 障诊 断 综述 法 、 顶空 脱气 技 术和 抽 真 空取 气法 一。
的 重要 性和 变 压 器 与油 中溶 解 气体 在 线监 测 装 置 的
故 障 ，并可及 时根 据专 家 系统对 故 障 自动 进行 诊 断 ，
以便运 行 人 员迅 速作 出处 理 ： 同时 ，可 以降低 常 规 油 色谱 分 析法 的误差 ，提 高故 障 诊 断 的可 靠性 。因
此 ，变 压器 油 中溶 解 气体 在 线 监测 项 目的实 旎对 变
电站 维护 、运 行部 门具 有重要 的实用价 值 。
价格 比来看 ，采 用在 线 监测 技 术 ，经 济性 也 比较 显
著。
１ 油 色谱 在 线 监 测 技 术 的研 究 与应 用现 状
油 色谱 在 线 监测 技 术 已经 过 了几 十年 的发展 ， 国 内外许 多 公司推 出了很 多种在 线监 测装 置 ，然 而 ， 大 多数 的在线 监 测装 置 ，不管 是 检测 的气 体种 类 ，

不足 ， 滚轮压 力不 足 ， 压 力不 均 ， 接触不 良， 接 触 面过小 ， 接触 电阻增大 ， 烧伤 ， 引 线连 接不 良， 此 外分 接开 关相 互绝 缘距 离不 够等 等 。 ２变压 器 的在 线监 铡 ２ １ 变压 器油 中气 体监 测 对绝 缘 油、 绝缘材 料长 期在 电 、 热、 氧、 水 等各 种 因素的 作用 下会逐 渐裂 解 变质 ， 而 通过对 其裂 解变 质 的生成 物的 化学分 析 ， 可 以间接 的诊 断设备 绝缘 故
Ｏ 引言
变压 器是 电力 网 中最重 要的设 备之 一 ， 其常 见 的故 障有 局部 放 电、 局 部过 热、 绝缘老化 、 铁 心多 点接地 、 调压 开关失 灵和 套管故 障 、 冷 却装 置故 障等 ， 尽管 电网对 主变压器 配置 了许多 继 电保 护装置 ， 但 保护动作 在变压 器故 障后用 于切 除故 障 ， 是 避免 事故 扩大 的有 效措 施 ， 不足 以可 靠地监 视变 压器 运行 。 因此 ， 对 运 行变 压器 存在 隐患 和故 障 的预 知 、 预 测则 显得尤 为重 要 。 下面 笔者 阐述 了变 压器 常 见 故障及 原 因 ， 探讨 了变 压器 的在 线监 测 。 １变压 器常 见 故障 及 原因 １ ． １ 变压 器的过 热 故障 变压 器的 过热 故障是 最 常见的 故 障之 一 。 因为其在运 行 中缺 乏监 视 ， 巡视 检查 不 到位 使其过 载 的情 况得不 到及 时掌握 和控 制 。 在 正常 运行 负载 下 ， 其 发 生 过热 故 障主要 原 因有 ： 绕组 过热 、 分接 开 关接触 不 良、 引线故 障 、 漏磁导 致 的故 障 、 变 压器 冷 却装 置故 障。 １ ２ 变 压器 短路 故障
障和老 化 的速度 。

摘 要： 文章介 绍 了变压 器的常 见缺 陷和 故 障 ， 并分 析 了这些 故 障对 变压 器的危 害， 并对 消除 故 障 的方 法进行 了归 纳总 结 ， 外还 分 此 析 了变压 器 常用的在 线监 测技 术 ， 有一 定 的工程 实用价值 。 具 关 键词 ： 变压 器； 故障 ； 断 诊 １ 引言 在电能的传输和配送过程 中，变压器是能 量转换 、 的核心 ， 国民经济各行 各业和 千 传输 是 家万户能量来源 的必经 之路 ， 电网中最重要 是 和最关键 的设备 。电力设备 的安 全运行 是避免 电网重大事故 的第一道 防御系统 ， 而变 压器是 这道防御系统 中最关键 的设备 。变压器 的严 重 事故不但会导致 自 的损坏 ，还会 中断 电力 供 身 应， 给电厂造成 巨大的经济损失。 ２常见故障及其诊断措施 ２ 变压器渗油 ． １ 变压器渗漏油不仅会给 电厂带来较 大的经 济损失、环境污染 ， 还会影 响变 压器的安全运 行 ，可能造成 不必要的停 运甚至变压器 的损 毁 事故 ， 给电厂带来生产上的损失 。因此 ， 有必要 解决 变压器渗 漏油 问题 。 （） 焊缝渗油 １油箱 对于平 面接缝处渗油可 直接进行 焊接 ， 对 于拐角及加强筋连接处渗油则往往渗漏点查 找 不准 ， 或补焊后 由于内应力的原因再 次渗漏 。 对 于这样 的渗点可加用铁板进行补焊 ，两面连接 处， 可将铁 板裁成 纺锤 状进行 补焊 ； 三面连接处 可根据实 际位置将铁板 裁成三 角形进 行补焊 ； 该法 也适用于套管电流互感器二次引线盒拐 角 焊缝渗漏焊接 。
！ Ｑ： Ｑ
Ｃ ｉ ａＮｅ ｅ ｈ ｏｏ ｉｓａ ｄＰ ｏ ｕ ｔ ｈｎ ｗ Ｔ ｃ ｎ ｌｇｅ ｎ ｒ ｄ ｃｓ
工 业 技 术
电厂变压器常 见故障诊 断及在线监测 技术

科 技 论 坛
・ ７ ３・
电力变压器常见故障及在线监测技术分析
张 岩
（ 国网辽 宁省 电力有限公司沈阳供 电公 司， 辽宁 沈 阳 １ １ ０ １ ２ １ ） 摘 要： 变压器是 电力 系统 中重要的组成部分 ， 主要起到调压和稳压的作 用， 确保电能的正确分 配。 随着科学技 术的快速发展 变压 器 的性 能也 不断的优化 ， 而在 长期运行 的过程 中， 由于元件 的损耗 以及 负荷的增加 ， 会对 变压器的安全性有所影响。变压器的 内部 结构 比较 复杂 ， 所以一旦 出现 故障会为诊 断带来很大的难度 ， 影响到整个 电网的安全运行 。为 了提 高变压 器运行的安全性和稳定性 要 加 强故 障诊 断和排除 。在 线监测是一项先进的技 术 ， 通过监测设备对变压器的运行状 态进行监测 ， 能够及 时的发现故障并且诊 断出故障的部位 缩 短 维修 时间， 提 高维修 效率， 降低 对供 电企业造成 的经济损失。文章对于 电力变压器的常见故 障以及在线监 测技 术进行 了分析 ， 对 于提 高变 压器的运行效率具有重要 的意义。 关键词： 在线检测 ； 变压器； 故障 ， Nhomakorabea，，
在供 电系统 中， 电能都是 以相同的电压输送到各个变 电站， 但是 含量及产气率来 和故 障时气体进行对 比， 从 而实现对故障 的诊断 。 根据生产生活 的功能需求不 同， 对 于电压 的需 求等级也不相 同， 所 以 而典型的油 中溶解性气体， 包括有 ｃ Ｈ 、 Ｃ Ｏ、 Ｈ 、 ｃ ２ Ｈ 、 Ｃ Ｈ 及ｃ Ｈ ， 均 就需要利 用变压器对 电能进行转换， 以适应用户 的需 求。变压器是 是在通常应用于验证分析 的特征气体。 在具体 的检测 出各项气 体的 调节 电压和转换 电能的重要设备， 一旦发生故 障， 将会对整个供 电系 成分与其含量后， 借 助特征气体 方法 及 比值法等手段来有效辨别变 统造成严 重的影响， 并且影 响到工业 生产 和人们 的 日常生活。变压 压 器 的 内 部故 障 。 器作为 电力系统 中的重要设 备， 要充分 的了解其常见故 障， 然后有针 ２ ． ２局部放 电的在线检测技术 对性制定 出预 防措施 。在线监测是一项先进 的技术， 对 于变压器的 般 情况 下， 变压器运转 的内部在 出现故障或操作条件 不适时， 故障能够提前预警， 并且根据故障的形式判断 出是否需要维修， 以及 会 导致局 部放 电（ Ｐ Ｄ ） 。经大量 的实践研究表明， Ｐ Ｄ的应用水平及其 制定 出维修方案， 对于提高电力系统运行 的安 全性 和稳定性具有 重 增 长速率若 出现明显的转化， 可认为变压器 的内部 发生的转化及反 要 的 意义 。 馈至绝缘 中， 因一些缺陷导致的固体绝缘空洞 、 气泡及金属粒子等。 １变压 器 常 见 故 障分 析 当变压器运转出现不畅及 内部有故 障发生时，则会导致局部场 １ ． １ 短 路 故 障 强过高而引发局部放电现象 的产生 。 而 当变压器处 于正常运行状态 短路是变压器 的常见故障， 一般都 会发生在出 口电路的位置’ 由 时，则很难 检测 到局部放 电的情况，这就需要利用传感器来进行检 于短路时会产生很大 的电流， 会损 坏到绕组 或者绝缘， 连 同套管 以及 测， 所 以需要在变压器 内部装设传感性 ， 从而利用绕组运行时的特定 压 紧装置也会受到影响 。情况严重的话， 会 导致 火灾的发生， 威胁到 频率范围显现出来 的电路特征来对故障点进行检测 。 而变压器得局 整 个 电 网 的安 全 。 部放 电实施在线测量及定位 时， 需 收集 每一项绕组 的首末端信号 实 １ ． ２ 放 电故 障 施放大 、 滤波与数据处理。应用多路的模 拟开关准确 的接入接 口的 由于变压器 的内部结构 比较 复杂， 所 以发生放 电的位 置也不相 电路 ， 借助单 片机 实施控制及运行数据 的处理， 可实行依次测量定位 同， 性质差 异很 大。一般在绝缘层 内的气 隙和油膜会发生 内部放 电 其每个实施操作 的变压器绕组中。 现象， 可 能是 由于杂质掺人油 中导致 的。如果 绕组间 的绝缘被击 穿 ２ ． ３红外线测温技术的运用 后， 在 电弧的作用下也会发生放电 。放 电会烧毁周 围的元器件 ， 并 且 对 于变压器故障 中的接触 不 良、 过负荷以及铁芯接地等， 可 以充 损 坏绝 缘层 ， 导致绝缘性 能下 降， 影响到变压器 的安全性 。 分 的利用红外线测温技术来 预控 。 红外线测温技术通过红外线探测 １ ． ３绝 缘 故 障 器对 目标位置进行 检测 ， 将检测到的信号 以成像 图的方 式显示在监 变压器绝缘是变压器在正 常工作 、 运行 的基本条件 。电力变压 视屏上， 这样对于 出现 的故障就能够及时 的发现并且判 断出故障 的 器绝缘有 主绝缘 和绕组纵绝缘， 主绝缘 一般 是指辐 向主绝缘ｆ 即绕组 位置， 提高维修 的效率 。 与铁心间， 高、 低 压绕组 间以及 高压 绕组的相 间） 和绕组端 部主绝缘 ２ ． ４其他监测措施 的运用 （ 绕组端部至接地体 间和两绕组之 间的端部１ 以及引线至接地体 和其 低压脉 冲测试也可作 为一项实用 、 有效的变压器实 时状 态的探 相对应 部分的绝缘等， 绕组纵 向绝缘 是指满足变压器运 行 中沿线段 测方案， 经实践验证 已应用在检测变压器能否通过短路试验 的有效 间及 匝间电位梯度而采取 的绝缘措施。 电力变压器通常采用矿物油 措施 。另外， 电路绕组间运行的漏感测试 、 绝缘 电阻验测及油的相对 作为绝缘 和散热的媒质， 采用绝缘纸及 纸板来绝缘 。在 长时间运行 性湿度检测等也可作为变压器状态的监测实用方案 。 中， 这些化合物 由于受 电场 ， 水分 、 温度 、 机械力 的作用 ， 会逐渐 劣化 ， 结 束 语 引起故障， 并最终导致变压器寿命 的终结。 电力变压器在保 障用电的安全和可靠方 面发挥 了重要 的作用， １ ． ４ 铁 心 多 点 接地 故 障 对 于促 进 整个 电力 系 统 运 行 的安 全 性 和 稳 定 性 做 出 了巨 大 的 贡 献 。 变压器运行过程 中， 如果其 内部铁 心有 两点或是多点 出现接地 由于变压器 的运行环境 比较复杂， 随着供 电系统运行负荷 的增加， 对 的情况发生， 则会导致变压器 内的铁心在运行过程 中发生故 障， 使变 变压 器 造 成 了 极 大 的 压 力 。 在 长 期 超 负 荷 运 行 的情 况 下 ， 变 压 器 内 压器受到损害， 所以一旦发现有多点接地情况发生时， 则 需要 及时进 部的元器 件会超出其所能够承受的极限， 进而 引发 故障的发生 。如 行 处理。 果平 时的运行维 护不到位， 元件更换 不及时， 也会 导致 故障 的发 生。 ２ 变 压 器 的 在 线 监 测 技 术 所 以为了提高变压 器运行的安全性和可靠性， 使用 在线 监测技术具 因为变压器 的内部结构复杂 ， 并且在 日常检 修的过程 中无法 对 有重要 的意义 。通过在线监测 能够及 时的发现故 障， 并且提前预防， 内部的状况进行详细 的了解 ， 即使对其进行人工 监视也无法发现 内 降低 了事故发生的几率。同时， 还要制定完善的运维 管理体 系， 加强 部 结构 的故障 。在科学技术快速发展 的形势下， 在线监测技术 比较 对变压器 的 日常检修， 提高在线监测技术的水平 ， 为整个 电网的安全 先进， 能够对变压器 的运行状态进行实 时监 控， 及时获取第一手 的数 稳定运行创造有利的条件 。 据资料， 通过对数据信息 的加工整理， 了解变压器的运行状态 。如果 参 考 文 献 有故 障发 生时， 在线监测设备 可以根据 故障 的性质采 取有效 的保护 ［ １ 】 黄 海． 电力 系统变压器的故 障诊 断分析 与解决措施 【 Ｊ Ｊ ． 科技 致富向 措施，降低事故的损失范围，对于预防事故的发生起到 了重要 的作 导 ， ２ ０ １ １ （ ８ ） ． 用。 ［ ２ ］ 杨 平． 电力变压 器 常见 故 障及诊 断预 防措 施 Ⅲ． 科技 致 富 向导， ２ ． １油中溶解 性的气体检测技术 ２ ０ １ １ （ １ ５ ） ． 变压器在实 际运行 时其 内部结构会发生一定 的变化， 这时所产 ［ ３ 】 陈 爱 国． 变压 器常 见故 障及 其在 线检 测技 术【 Ｊ 】 ． 镇 江 高专 学报 ， 生的故障则会导致气 体有所变化，而通过对油 中气体 自身 的成分 、 ２ ０ ０ ９ （ ２ ） ： ３ ７ — ３ ９ ．

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ＳＣＩ－ＴＥＣＨ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ＆ＥＣＯＮＯＭＹ
文 章 编 号 ：１００５－６０３３（２００７）１８—０２０８—０３
２００７年 第 １７卷 第 １８期 收稿 日期：２００７—０４—１０
变 压器 在 线监 测 与 故 障诊 断 技术 噪 比和最小均方 差值见 表 １。 表 ｌ 不同去噪算法的信噪比和最小均方差
６ 结语
图像最基本的特征是边缘 ，边缘信 息对 图像分析和人 的视觉都是十 分重要的。边缘特征是图像最为有用的高频信 息 ，因此 ，在 图像去噪的 同时 ，应尽可能地保 留图像的边缘特征 。基于边缘 检测的小波阈值去噪 法在去除噪声之前 ，先进行边缘检测 ，确定边缘 特征在各个子带 图像 中 的位置 ，以保护图像的边缘特征 ，然后再进行阈值去噪。仿真结果证 明， 得到的去噪效果较为理想 。
（责任编辑 ：李 敏 ）
第一作者简 介：谭 艳丽 ，女 ，１９７８年 ｌ１月生 ，２００２年 毕业于华北 工 学 院电子信息工程 系，现 为中北大学信 号与信 息处理专业 ２００５级在读 硕 士研究生 ，中北大学分校电子工程系 ，山西省太原市迎新街 ，０３０００８．
Ａｎ Ｉｍ ａｇｅ Ｅｎｈａｎｃｅｍ ｅｎｔ Ｍ ｅｔｈｏｄ ｗｉｔｈ Ｗ ａｖｅｌｅｔ Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｅｄｇｅ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ
文献 标 识 码 ：Ａ
１ 变压 器在 线监 测 的意义
变压器是 电力 系统 中重要 的设 备之一 ，它 的安全运行对 整个 电力 系 统具有重要意义。大 型变压器 的运行可靠性在很大程度上取决于其 绝缘 的可靠性。有大量资料表 明 ，导致设 备失效的主要原 因是其绝缘性 能的 劣化。例如 ，我国 １９８４—１９８６年 ，ｌ１０ ｋｖ及 以上等级 电力 变压器事 故的 统计分析表明 ，由于绝缘劣化引起事故 占事故 总台次的 ６８％和事故 总容 量的 ７４％，而 １９９０年 的统计分别为 ７６％和 ６５％。 国外 的统计结果 也类 似 。例如 ，日本 日新公司对故障变压器统计的结 果中，绝缘故障 占 ４５％。

（ １ ）机 械 状 态 。
③断路器触头磨损的监测 。 通 过测量Ｉ ２ ｔ 的 累 积 量 来 实 现 。电流 取 自电流 互感 器的二次侧 ， 时 间则 由开关 的辅助接 点的动 作时间决
定。
④ 主操作杆上机械负载特性 的监 测。监测主操作杆上机械负载 特性， 可 以提 供开关刚分、刚合 的时刻 、触头接触压 力， 还可以反映 连杆松动 、断裂 、卡死 以及机械负载特性与机构输 出特 性之间的配 合情况 。 ⑤ 振 动 信 号 的 监测 。 机 械 振 动 包 含 着 大 量 的设 备状 态 信 息 。 机 座、外壳上 的振动是 内部多种受激 的反应， 这些 受激包括机械操 作、 电动 力 或 静 电力 作 用 、 局 部 放 电 以及 Ｓ Ｆ ６ 气 体 中 的微 粒 运 动 等 。 通过适 当的监测和信 号处理可找 到某些特 定现象 的状态 信息， 因 此 利 用 振 动 检 测 来 诊 断 高压 断路 器 机 械 系 统 状 态 已受 到 国 内 、外 重视。 （ ２ ）绝缘在线监测技术， 主 要针对 绝缘早期缺陷及发展过程 的 变 化 特 征和 极 限 故 障 参 数 的预 报 警 及 报 警 。 根据 绝 缘 参 数 变 化 的 速 度和趋势， 提 供 对 设 备健 康 状 态 诊 断 的佐 证 。 高 压 断 路 器 的 绝 缘 在 线 监 测 包 括 漏 电流 、局 部 放 电 、 介 质损 耗 等 内 容 。 （ ３ ） 对 开关 设备导电连接 处进行温度监测， 实现过热报警， 是避 免重大事故发生或控制故 障恶化 的有力手段 。 ①红外热像仪 。 在变 电设备温度 监测 中， 红外热像 仪已被 广泛 的 应用，对高压 电气设备异 发热的诊断十分有效 。高压 断路器 可通过 检 测 导 电 回路 电 阻 是 否 正 常 ， 从 而 来 判 断 开 关 触 头 是 否 良好 。 如果触 头接触不 良， 其接触 电阻要增加， 热耗 损功率必然增加 ，红外热像仪 很容易就能测出。 ②以 电工功能材料为温度敏 感元 件的监测器。采用 的电工功能 材料 是 一种 高 分 子 Ｐ Ｔ Ｃ （ 正 的 电 阻温 度 系 数） 热敏材料， 其 电 阻 率 随 温 度成 非线性变 化。 １ ． ４ 避 雷 器 在 线 监测 １ ０ ｋ Ｙ 及 以上 电 压 等 级 变 电 设 备 基 本 上 采 用 了无 间 隙 金 属 氧 化 物 避雷器 （ Ｍ ｏ ｈ ） ，检测阻性电流 可以发现Ｍ ｏ Ａ 的老化和受潮， 是Ｍ ｏ ｈ 的有 效在线监测手段 。Ｚ Ｊ（ Ｆ ） 一Ｂ Ｉ Ｉ 型避雷器 早期故 障监测仪作为避 雷器在 线监测 装置， 除了具备监测避 雷器持续 电流及 记录避雷 器动作次数 的功 能外， 监测器利 用３ Ｉ ｏ 值 与 阻 性 电流 增 量 紧 密 相 关 的 关 系 ， 能够 及 时 监 测 到 避 雷 器 的早 期 故 障， 利用 无 线 发 信 装 置 ， 通 过 接 收 机 和 变 电站 自动 化 通 讯 设 备 连 接 ， 向 上位 机 系 统 发 送 避 雷 器 运 行 异 常 信 息 报警， 使检修人员及时获得故障信息 。 ２ 存 在 的 问题