关于变压器状态检测的综述.doc

关于变压器状态监测的综述译自“Survey on the Transformer Condition Monitoring”Abu-Elanien,Ahmed E.B. Salama,M.M.A.摘要在解除了电力系统管制和公用事业与预算有限之间的竞争的时代，延长运行设备的寿命成为当务之急。这个可以通过对电力设备持续状态检测来完成。采用状态监测，我们可以把相关设备进行分类，也可以诊断出那些隐藏的缺陷。而且，人力，停机时间和维修成本也可以通过状态检测来优化。最后延长了设备在保证运行状态的情况下的寿命。变压器可以说是电力系统中最重要的设备之一。本文将陈述的是一篇直接，重要的关于变压器状态检测的文献综述。这篇综述包括了所有的变压器检测技术。关键词 资产管理，状态监测，状态检修引言电力传输和分配系统的操作人员开始注意电力设备内部的早期缺陷，特别是在解除电力管制的时代，公用事业竞争加强的情况下以增加它的寿命。随着变压器的逐步老化这些缺陷可能会进一步的发展。有一些缺陷可能会在例行维护中被检测出来；但是这些内部缺陷可能会升级并且在例行维护前带来很多问题。结果，在进行维护工作和改善之前，得不到关于输送和分配系统设备健康状态的详细信息；而且，电力设备很多错误的诊断在很多案例里是不可用的，特别是发生在例行维护之前的缺陷。变压器可以被看为配电系统中最重要的设备。因为任何一个变压器停电将会影响大部分的工业工厂或者很多居民，这可以被认定为灾难性的停电。使用在线检测技术能够预测出变压器主要缺陷并延长其寿命。在线监测围绕有特殊用途设备的运用和发展，它有收集信息的功能而且能开发新的技术用于分析这些信息，这些信息将用于预测检测设备的发展趋势和评估设备当前的运行状态。状态监测有很多好处，这些好处总结如下：1） 它能减少维护成本，因为它能检测出内部缺陷并能阻止缺陷扩大，阻止它转化为更大的，在维护过程中会花费更多成本的更大问题。2） 它防止了对供电质量影响和人身安全致命事故发生的可能3） 它能限制任何已发生的损坏变得更加严重，并且免除或者减少连续的维修行为4） 它能分辨事故的核心原因并能提供一个很好的缺陷诊断系统5） 通过变电站所有重要设备状态监测和检测能提供变电站生命周期的所有信息另外，在状态监测实现的过程中会遇到很多障碍，这些障碍和困难可被总结如下：1） 由于增加的监测传感器，额外电路系统和控制系统，电力系统会增加额外费用。2） 由于保护复杂性和所有监测系统的增多增加了在状态监测的困难。3） 需要一个新的和高速的处理系统来处理信息和做出决定。而且需要一个合适的记忆储存卡和数据库。但是，状态监测系统若能完成它的所有任务，相比维护和事故所花的成本来说状态监测所花费的成本要低，而且状态监测很容易实现。就大多数情况来说，由状态监测系统所增加的成本只等于维护成本和供电浪费成本的一部分。状态监测是一种为状态维护服务的技术（状态维护）（或者称为预测维修）。在很长一段时间内，以时间为基础的维护做为一种传统的方法一直是主要的维护手段，以时间为基础的维护可以防止很多事故，但是它也可能导致很多不必要的停电和在两次维护活动的间隔之间发生不希望的事故。采用状态维护能节约人力资源，时间和金钱。状态维护可以让运行人员更清楚的知道设备的状态并清楚的指出需要什么时候进行维护和需要什么样的维护，因此能节约人力和金钱，而且也能减少不必要的停电。状态维护将会是对状态监测系统帮忙的一种主要的维护服务，它能提供关于机器状态的正确的，有用的信息。一个状态监测系统要能够在电力干扰存在的情况下监测设备的运行，在设备严重恶化和停电发生前预测出设备需要维护，分辨需要维护的类型并指出缺陷的位置，甚至估计设备的寿命。变压器状态监测技术变压器一般是变电站可靠的设备而且在变电站中占了很大范围的面积。但是任何变压器的停电将是灾难性的事故，特别是那些为大量用户供电的主要的和满负荷运行的变压器。由于变压器复杂的绕阻结构，变压器里的缺陷和常见的问题很难被诊断出来或者找出位置，但是多参数的状态监测方法给出了可以诊断故障并找出位置的有价值的数据，然后缺陷的原因可以被消除，停机时间和成本都将很明显的减少。状态监测能阻止变压器无计划的停电和由缺陷引起的灾难性的事故。它可以监测变电站的老化程度因此可以控制，预测和延长它的寿命。通过在变压器状态监测这一领域以前和现在的研究，状态监测可以被分为五种主要的类别。在本文余下的部分，变压器状态监测的各项技术将会被解释和讨论通过热分析进行状态检测变压器的热分析可以提供关于变压器状态的有用信息而且能指出变压器内部的缺陷。一些内部缺陷将引起变压器热状态的变化。通常认为绝缘纸在98度持续的最大热点温度的情况下对变压器寿命有很大的影响。除了这个之外，我们假定温度每增加6度将会加倍变压器的老化速度。而且，由于直接的热效应变压器油将受到劣化，并且升高油温将可能加速变压器其余部分的老化。变压器油的状态能影响变压器承受紧急过载的能力。但是与绝缘纸不同，如果这被认为是有益的变压器油能再生和改变。目前有很多关于变压器监测和通过变压器温度评估变压器的寿命这一领域的文章。在这个领域所做的工作被分成了两类，第一类通过使用人工智能技术预测变压器的温度，第二类通过发展热模型来预测变压器的热的工况。人工智能技术作为智能工具能很好的预言变压器热点和顶部油温。由变压器引出的三相电流和环境状况，我们做为主要的输入数据进入人工智能系统来预示当前的热点和顶部油温。人工智能技术的更多输入可以提高预测变压器的顶部油温和热点的精度，例如预示一个油样的温度。发展用于变压器热工况评估的热模型是变压器热分析的第二类。不同精度和不同结构技术在很多刊物中都讨论了变压器热分析模型。变压器热力和电气电路之间的的类比在参考文献9里面陈述，用于建立一个热模型为变压器预测最低和最高温度。用基因算法来发现热模型的输入数据和参数克服它们测量的困难。这个热模型能用来对变压器做现场状态监测，为工程师提供即时的监测信息。这个热模型也能通过它确定变压器油中含水量，绝缘纸里的含水量，和用温度的计算来评估变压器绝缘系统的状况。通过人工智能技术和发展热模型计算或者同时使用两者。变压器的各种温度都成功的预测出来了。这个问题需要更多的研究以便发展更多的准确的模型来处理不同的运行状态，如在非正弦负荷电流下预测变压器的热的工况。通过振动分析进行状态监测在评估变压器健康中使用振动信号是一项比较新的技术，相比其它变压器状态监测来说这项研究正处于发展状态。变压器铁心和绕阻的健康状况可以通过变压器油箱的振动信号来评估。而且振动分析也被用来评估有载分接开关的健康在参考文献14里面我们知道油箱振动由铁心和绕阻振动两部分组成。它们产生振动并通过变压器油传播直达变压器的外壁，这些变压器振动信号可以由振动传感器来收集。附着在变压器外壁上加速度计用于收集振动信号。发现这些收集到的信号是一系列的衰竭的脉冲，而每个脉冲是有限数量的衰减正弦波形结合而成，振动信号通过文献14里面的加速度计来收集和测量。收集到的振动信号用傅立叶变换来分析，分析表明振动瞬间信号是集中在范围10到2000HZ之间。用振动特性成功的监测了变压器有载分接开关状态。任何有载分接开关有它自己的振动特性，关注振动波形的上升陡度和在两个上升陡度之间的持续时间，用很多信号处理技术从收集到的数据得到它的特征。用连续的小叶波来分析振动的波形，振动的脉冲是由分接开关的运行产生，由于它的可靠的能力，能从不稳定的和快速传输的信号中提取有用的信息。由此我们可以看出使用振动分析来评估变压器或一些像有载分接开关一样重要部件的健康状况。在这个领域里有一个好的发展机会，因为研究集中于振动的分析仅仅是集中于有载分接开关的健康状况，因此需要做更多的工作来了解变压器的其他健康状况。通过局部放电分析来进行状态监测当某一个局部地区电场强度超过它的电介质强度，在这个地区里放电或局部放电连通了各导体，变压器里就会发生局部放电。如果受到放电行为超过很长一段时间，绝缘的介电性能可能会受到严重的影响。如果局部放电不处理将会导致灾难性的事故。因为变压器的绝缘系统是做为变压器状况监测的关键一部分，因此要求合适的安全保障来监测和评估绝缘状态。液体绝缘里面局部放电现象的研究（例如油）与固体介质没有共同点也没有固体介质好理解。局部放电可以通过压电传感器来测得和测量。而且光学纤维传感器已被用来持续的捕捉局放信号，超高频传感器要比传统的局放测量方法新颖。超高频传感器用来测量变压器里发生的局放。在现场局放测量通常会受到强烈的电磁干扰的影响，这会使局放信号的提取更加困难，这是因为局放信号等级通常是非常低的，通过传感器获得的现场局放信号的强度可与电磁干扰相媲美，而且仅靠简单的目视检查很难分辨。因此，使用一些减少干扰的技术才能得到单纯的局放信号，最常用的减少局放干扰的方法是使用小波传输，浇注方法和定向传感。局部放电的分类取决于很多因素，但最主要的特点是脉冲幅度和在主周期里面产生的时间（在波形上的点），每秒的放电时间和放电间隔时间。局放大量的出现在关于变压器绝缘系统状态监测的文献里，原因是大量的绝缘问题开始于放电活动。事实上，局放是做为一个原始数据用于变压器状态监测的，没有释义的局放本身是没有任何意义的，因此，局放活动应该被用来评估变压器的状态和诊断变压器缺陷。在大多数情况下局放数据是如此大不能被人们解释，因此人工智能具有完整的局部放电数据，这样人工智能就广泛的被用来建立完整的监测系统来监测这个问题，确定它的形式。局放的定位也能在人工智能的帮助下得出。其它类型的智能系统和软件计算技术能用来解释局部放电例如用多功能系统解释。通过溶解气体的分析来进行状态分析变压器绝缘一般来讲是非常可靠的。变压器绝缘老化受运行温度，湿度和空气的影响是最普通的。因为大部分主要的变压器运行都超过了30年，所以我们需要评估变压器绝缘的“化学”年龄，如果可能，联系它们现在和将来的负载情况预测它们的老化速度。溶解气体分析的研究者们明白电气测量（局放，介质损耗，直流阻抗，介质强度等）在电气测量跟绝缘纸的化学和物理状态之间没有明确而强有力的联系。油的热衰竭的结果是产生氢气，甲烷，乙烷，乙烯，乙炔，一氧化碳，二氧化碳和其它一些由油分解的产物包括酒精，有机酸，过氧化氢等。对任何给定的油样，这些气体的绝对的和相对的浓度能用来指出气体的种类，密度和位置。很多方法都能做到这个，实验室决定气体的标准量，气体增加的速率（一年一年的基础），或者结合Rogers ,Domeberg和Duvd各种方法中的一种来测量。在IEC567里我们详细的推荐了油样的取法，气体的提取和分析的方法。在分析气体浓度和使用气体比例码之后，事故可用一些事故气体的相对比例表诊断出来。一些人工智能工具可依据溶解气体分析比例码进行培训，对一些不能通过比例码，使用油样的不规则气体比例内部缺陷进行分类，使用溶解气体分析，分析变压器状态的问题是它需要特殊的安排来测量溶解气体。通过频率响应进行状态监测前面讨论过的像热监测，油分析，局放测量和振动分析技术都正在申请用于变压器状态监测，他们各自都有自己的优点。但是，当变压器遭受大的故障电流时，机械结构和绕阻将遭受严重的机械应力，这引起绕阻的移动和变形。绝缘纸的老化也能引起绕阻的变形。随变压器老化，绝缘收缩而夹紧压力可能丢失，这样就减少了变压器承受的能力。变压器绕阻变形很难通过简单的诊断测试方法证实。变形将导致相关的绕阻内部电感和电容变化，这些可以通过低的电压脉冲和频率响应分析的方法在外部进行测量。频率响应分析方法使用一个扫描发生器加一个差频的正弦电压到变压器绕阻的终端。绕组阻抗的幅值和相位或导纳直接是频率的函数。低压脉冲方法认为是加一个低压脉冲到绕组，并在绕组的远端记录下两个所加的脉冲和响应。然后在每个频率上绕阻导纳的振幅是相应于频率的。频率响应分析的幅值包含了几个频率，这些每个频率都对应绕阻的一部分，它的工况像串联或并联的谐振电路。用频率相应来监测绕阻损坏方法是通过对比一个好的绕阻的图像和损坏的绕阻的图像来完成的（或者用等值电路来计算响应）。图像里面的的变化可以用来决定绕阻的损坏程度甚至可以找出它的位置。频率响应方法的问题是它的使用需要特殊的安排否则它就不能容易的在线测量。结论本文中，我们解释了变压器状态监测的概念，并强调了做为状态维护的第一步它是非常重要的。变压器状态监测的不同技术被分成了几类，而且我们还讨论它的运行情况，状态监测的建立是在众多文献调查的基础上。状态监测采用溶解气体分析是经典的变压器状态监测技术。溶解气体分析被很好的定义，而且很容易理解，在变压器状态监测这一领域它不可能会有很高的预期。溶解气体分析在内部缺陷的诊断这一领域能给我们很准确的测量值，但是它的运行需要特殊的配备，这使得溶解气体分析的在线监测受到限制，其它几种变压器状态监测的技术需要做更多的工作来促进它们的运行，通过数据交流和人工智能一体化这些技术来建立一套完整的在线状态监测和缺陷诊断系统。这套系统将是执行状态监测的第一步并能优化变压器维护机会，这将会减少人力，维护成本和不必要的停电。参考文献（略）这篇报告发表在：电力工程（英）：2007大工程系统会议，出版的日期：2007年10月10-12日