电力变压器在线检测系统设计样本.doc

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毕业设计( 论文)

题 目＿电力变压器在线检测系统设计

班 级＿＿＿＿

姓 名＿＿＿＿＿

指导教师＿＿＿ ＿

目录
摘 要 2。
第一章 1.0 绪论 38。
1.1电力变压器简述 3。

1.2电力变压器在线监测系统设计目的和意义 11。
1.3电力变压器在线监测系统设计项目发展 13。
1.4电力变压器在线监测系统设计原理 13。
第二章 2.0变压器故障种类及分析 39。
2.1电力变压器在线监测系统设计方案 21。
2.2系统电源电路的设计 23。
2.3信号调理电路的设计 24。
2.4基于信息融合技术的变压器故障诊断 24。
2.5电力变压器在线监测系统设计参数部分原理 28。
第三章 变压器在线监测技术的发展前景和方向 37。
结 论 38。
致 谢 39。
参考文献 41。

摘 要
电能是现代化生产中最主要最基本的能源, 而电机是电能的产生、 输送和使用中必不可缺少的设备。其中电力变压器尤为重要, 电力变压器是一种静止的电气设备, 是用来将某一数值的交流电压( 电流) 变成频率相同的另一种或几种数值不同的电压( 电流) 的设备。

电力变压器是电力系统的核心设备之一, 其安全、 可靠运行是保证整个电力系统可靠供电的基础。电力变压器发生故障会直接影响电力系统的安全运行, 同时会给电力企业及电力用户带来极大的经济损失。当前电力系统向超高压、 大电网及自动化方向快速发展, 变压器工作故障对电力系统安全、 可靠运行的影响和危害与日剧增。本文重点讲述电力变压器在线检测系统。

关键词: 电力变压器; 工作原理; 故障; 故障检测; 信息融合、 发展趋势

第一章
绪论
电力变压器在线监测系统设计目的和意义
变压器的在线监测能够提早发现设备内部可能存在的缺陷或性能劣化, 为检修提供判断, 提高供电可靠性和经济性。因此, 加强对电力变压器绝缘 状态的监视以防事故于未然以及在事故发生时尽快确定故障的性质及部位 是很有必要的。
电力变压器在线监测系统设计项目发展
对论文研究主题范围内已有文献的评述(包括与课题相关的历史的回顾), 研究现状及存在问题。
电力变压器在线监测系统设计原理及流程
1变压器在线监测系统硬件设计;
2系统电源电路的设计;
3信号调理电路的设计;
4基于信息融合技术的变压器故障断;
标注: 具体流程请看第二章

1.1电力变压器简述
在发电场中, 发电机一般由汽轮机或者水轮机驱动, 把机械能转换成电能, 再工厂中电动机使用电能进行电能拖动, 将电能又转换成机械能进行机械生产, 随着中国现代化事业的发展, 各种不同类型的电机在工农业、 国防、 文教、 医疗以及日常生活中应用越来越广泛, 同时随着生产自动化水平的提高, 由于电力变压器故障的发展过程与运行环境、 负荷容量及绝缘状况相关, 经过采用预防性维修方法很难及时发现一些潜在故障, 预防性维修不但费用高而且对绝缘等发展性故障反应不够灵敏因此, 对变压器运行状态进行实时在线监测是非常必要的, 在线监测技术结合变压器故障智能诊断能够及时发现发展中的事故隐患, 降低事故风险, 防患于未然。为了保障变压器安全可靠的运行, 在运行前应当进行必要地检查和试验, 运行中应当严格地监视和定期维护, 当变压器发现有异常时应当及时发现及时处理。
变压器是利用电磁感应原理, 把一种等级电压、 电流的交流电能, 变为同频率的另一种电压、 电流的交流电能的静止设备。在电力系统中, 利用升压变压器将电能经济的输送到用电地区, 再用降压变压器把电压降低, 以供用户使用。另外变压器在电能的测试、 控制, 和特殊用电设备中也应用广泛, 随着科学技术和电力工业的不断发展, 电机制造工艺的不断发展, 当前以发展到相当完善的阶段。单机的容量也不断的增大, 这已成为电机制造工业的重要趋势。
当一次绕组通以交流电时, 就产生交变的磁通, 交变的磁通经过铁芯导磁作用, 就在二次绕组中感应出交流电动势。二次感应电动势的高低与一二次绕组匝数的多少有关, 即电压大小与匝数成正比。主要作用是传输电能, 因此, 额定容量是它的主要参数。额定容量是一个表现功率的惯用值, 它是表征传输电能的大小, 以kVA或MVA表示, 当对变压器施加额定电压时, 根据它来确定在规定条件下不超过温升限值的额定电流。

较为节能的电力变压器是非晶合金铁心配电变压器, 其最大优点是, 空载损耗值特低。最终能否确保空载损耗值, 是整个设计过程中所要考虑的核心问题。当在产品结构布置时, 除要考虑非晶合金铁心本身不受外力的作用外, 同时在计算时还须精确合理选取非晶合金的特性参数。国内生产电力变压器较大的厂家有Satons, 中电电气, 保变天威, 西电集团, 山东明大电器, 山东电力设备厂等。
中国电机制造工业发展是十分迅速的, 1970年制造了330kv、 360MVA的大型电力变压器, 1972年又制造了300MW双水内冷汽轮发电机; 当前已能制造840MVA、 500KV的变压器, 600MW汽轮发电机和700MW水轮发电机。随着中国国民经济迅速地发展, 中国电机制造工业即将进入世界领先行列

电力变压器按冷却方式分类: 有自然冷式、 风冷式、 水冷式、 强迫油循环风( 水) 冷方式、 及水内冷式等。按铁芯或线圈结构分类: 芯式变压器( 插片铁芯、 C型铁芯、 铁氧体铁芯) 、 壳式变压器( 插片铁芯、 C型铁芯、 铁氧体铁芯) 、 环型变压器、 金属箔变压器、 辐射式变压器等。
下面为油浸式变压器解析图

1-铭牌; 2-信号式 温度计; 3-吸湿器; 4-油标; 5-储油柜; 6-安全气道; 7-气体继电器; 8-高压套管; 9-低压套管; 10-分接开关; 11-油箱; 12-放油阀门; 13-器身; 14-接地板; 15-小车

铁芯及硅钢片

三相油浸式变压器

油浸式变压器外观图
主要部件:
普通变压器的原、 副边线圈是同心地套在一个铁芯柱上, 内为低压绕组, 外为高压绕组。( 电焊机变压器原、 副边线圈分别装在两个铁芯柱上) 。
变压器在带负载运行时, 当副边电流增大时, 变压器要维持铁芯中的主磁通不变, 原边电流也必须相应增大来达到平衡副边电流。
变压器二次有功功率一般=变压器额定容量( KVA) ×0.8( 变压器功率因数) =KW。
电力变压器主要有:
A、 吸潮器( 硅胶筒) : 内装有硅胶, 储油柜( 油枕) 内的绝缘油经过吸潮器与大气连通, 干燥剂吸收空气中的水分和杂质, 以保持变压器内部绕组的良好绝缘性能; 硅胶变色、 变质易造成堵塞。
B、 油位计: 反映变压器的油位状态, 一般在+20O左右 过高需放油, 过低则加油; 冬天温度低、 负载轻时油位变化不大, 或油位略有下降; 夏天, 负载重时油温上升, 油位也略有上升; 二者均属正常。
C、 油枕: 调节油箱油量, 防止变压器油过速氧化, 上部有加油孔。
D、 防爆管: 防止突然事故对油箱内压力聚增造成爆炸危险。
E、 信号温度计: 监视变压器运行温度, 发出信号。指示的是变压器上层油温, 变压器线圈温度要比上层油温高10℃。国标规定: 变压器绕组的极限工作温度为105℃; ( 即环境温度为40℃时) , 上层温度不得超过95℃, 一般以监视温度( 上层油温) 设定在85℃及以下为宜。
F、 分接开关: 经过改变高压绕组抽头, 增加或减少绕组匝数来改变电压比。
∵: U1/U2=W1/W2, U1W2=U2W1,
∴: U2=U1W2/W1。
一般变压器均为无载调压, 需停电进行: 常分Ⅰ、 Ⅱ、 Ⅲ三挡+5%、 0%、 -5%( 一次为10.5KV、 10KV、 0.95KV二次为380V、 400V、 420V) , 出厂时一般置于Ⅱ挡。
G、 瓦斯信号继电器: ( 气体继电器) 轻瓦斯、 重瓦斯信号保护。上接点为轻瓦斯信号, 一般作用于信号报警, 以表示变压器运行异常; 下接点为重瓦斯信号, 动作后发出信号的同时使断路器跳闸、 掉牌、 报警; 一般瓦斯继电器内充满油说明无气体, 油箱内有气体时会进入瓦斯继电器内, 达到一定程度时, 气体挤走贮油使触点动作; 打开瓦斯继电器外盖, 顶上有二调节杆, 拧开其中一帽可放掉继电器内的气体; 另一调节杆是保护动作试验纽; 带电操作时必须戴绝缘手套并强调安全。

巡检
变配电所有人值班时, 每班巡检一次, 无人值班可每周一次, 负荷变化激烈、 天气异常、 新安装及变压器大修后, 应增加特殊巡视, 周期不定。
A、 负荷电流是否在额定范围之内, 有无剧烈的变化, 运行电压是否正常。
B、 油位、 油色、 油温是否超过允许值, 有无渗漏油现象。
C、 瓷套管是否清洁, 有无裂纹、 破损和污渍、 放电现象, 接触端子有否变色、 过热现象。
D、 吸潮器中的硅胶变色程度是否已经饱和, 变压器运行声音是否正常。
E、 瓦斯继电器内有否空气, 是否充满油, 油位计玻璃有否破裂, 防爆管的隔膜是否完整。
F、 变压器外壳、 避雷器、 中性点接地是否良好, 变压器油阀门是否正常。
G、 变压器间的门窗、 百叶窗铁网护栏及消防器材是否完好, 变压器基础有否变形。
不同故障类型产生的油中溶解气体

故障类型
主要气体组分
次要气体组分
油过热
CH4, C2H4
H2, C2H6
油和纸过热
CH4, C2H4, CO,CO2
H2, C2H6
油纸绝缘中局部放电
H2, CH4, C2H2, CO
C2H4, CO2
油中火花放电
C2H2, H2
-
油中电弧
H2, C2H2
CH4, C2H4, C2H6
油和纸中电弧
H2, C2H2, CO, CO2
CH4, C2H4, C2H6
进水受潮或油中气泡
H2
-

10定期保养
①、 油样化验——耐压、 杂质等性能指标每三年进行一次, 变压器长期满负荷或超负荷运行者可缩短周期。
②、 高、 低压绝缘电阻不低于原出厂值的70%( 10MΩ) , 绕组的直流电阻在同一温度下, 三相平均值之差不应大于2%, 与上一次测量的结果比较也不应大于2%。
③、 变压器工作接地电阻值每二年测量一次。
④、 停电清扫和检查的周期, 根据周围环境和负荷情况确定, 一般半年至一年一次;
主要内容有__清除巡视中发现的缺陷、 瓷套管外壳清扫、 破裂或老化的胶垫更换、 连接点检查拧紧、 缺油补油、 呼吸器硅胶检查更换等。
电力变压器的接地
1、 变压器的外壳应可靠接地, 工作零线与中性点接地线应分别敷设, 工作零线不能埋入地下。
2、 变压器的中性点接地回路, 在靠近变压器处, 应做成可拆卸的连接螺栓。
3、 装有阀式避雷器的变压器其接地应满足三位一体的要求; 即变压器中性点、 变压器外壳、 避雷器接地应连接在一处共同接地。
4、 接地电阻应≤4欧姆。
保护选择
①、 变压器一次电流=S/( 1.732*10) , 二次电流=S/( 1.732*0.4) 。
②、 变压器一次熔断器选择=1.5～2倍变压器一次额定电流( 100KVA以上变压器) 。
③、 变压器二次开关选择=变压器二次额定电流。
④、 800KVA及以上变压器除应安装瓦斯继电器和保护线路, 系统回路还应配置相适应的过电流和速断保护; 定值整定和定期校验。

并行条件
应同时满足以下条件__联接组别应相同、 电压比应相等(允许有±0.5%的误差)、 阻抗电压应相等(允许有±10%的差别)、 容量比不应大于3∶1。
三相变压器是3个相同的容量单相变压器的组合.它有三个铁芯柱, 每个铁芯柱都绕着同一相的2个线圈, 一个是高压线圈, 另一个是低压线圈.

1.1电力变压器在线监测系统设计目的和意义
电力变压器创造于19世纪末, 它为现代远距离恒定电压交流供电系统的发展点奠定了基础, 在十九世纪前, 公用供电的早期阶段里, 均采用直流发电系统, 人们不得不把发电设备靠近负载地点。

如今随着全国电网的迅速发展、 能源价格的提升和人们对用电要求的提高, 在最近几年里, 配电变压器的新结构、 新技术发展的很快。电力变压器是电力系统的核心设备之一, 其安全、 可靠运行是保证整个电力系统可靠供电的基础。电力变压器发生故障会直接影响电力系统的安全运行, 同时会给电力企业及电力用户带来极大的经济损失。当前电力系统向超高压、 大电网及自动化方向快速发展, 变压器工作故障对电力系统安全、 可靠运行的影响和危害与日剧增。

由于电力变压器故障的发展过程与运行环境、 负荷容量及绝缘状况相关, 经过采用预防性维修方法很难及时发现一些潜在故障, 预防性维修不但费用高而且对绝缘等发展性故障反应不够灵敏因此, 对变压器运行状态进行实时在线监测是非常必要的, 在线监测技术结合变压器故障智能诊断能够及时发现发展中的事故隐患, 降低事故风险, 防患于未然。为了保障变压器安全可靠的运行, 在运行前应当进行必要地检查和试验, 运行中应当严格地监视和定期维护, 当变压器发现有异常时应当及时发现及时处理。

例如电力变压器一些常见的事故隐患, 及故障: 在运行过程中, 最常见的故障有绕组故障、 铁芯故障及套管和分接开关等部分故障; 应当根据故障的现象查找原因, 采取相应的处理方法。新装和经过检修的变压器在投入运行前应当特别注意检查储油柜的油位是否正常, 吸湿器内的干燥剂是否受潮, 安全气道是否完好, 分接开关位置是否正常, 冷却装置是否齐全, 控制回路是否良好, 接地装置是否完好等; 在试验项目中特别注意测量绝缘电阻和吸收比及测定连接组别; 在运行监视中特别注意变压器各物理量。均应在额定范围内。变压器是电力系统的重要电气设备之一 ,它一旦发生故障 , 将会带来严重的后果 , 因此对变压器故障检测技术的研究特别是在线检测技术一直都是研究的热点 。油中溶解气体 、 水分含量 ( 微水) 和油温是当前国内外研究最多的 3 个方面 , 也是现场运用最多的。近年来 ,随着科学技术的不断发展 ,检测油中溶解气体 、 微水和油温的检测技术也不断更新 。本文提及了这几项技术的原理 、 特点和发展状况 。以及在线检测技术系统设计方案

1.2电力变压器在线检测技术设计项目发展

电力变压器创造于19世纪末, 它为现代远距离恒定电压交流供电系统的发展点奠定了基础, 在十九世纪前, 公用供电的早期阶段里, 均采用直流发电系统, 人们不得不把发电设备靠近负载地点。随着全国电网的迅速发展、 能源价格的提升和人们对用电要求的提高, 在最近几年里, 配电变压器的新结构、 新技术发展的很快。

1.3电力变压器在线监测系统设计原理
电力变压器故障也随之被人们更加关心其中常见的故障有:

1) 匝间短路,
2) 相间短路,
3) 层间短路,
4) 绝缘下降
5) 超温,
6) 过负荷等。

在线监测装置的基本结构及原理 国内当前的一些典型油中溶解气体在线监测装置, 其中大多数是针对H2或C2H2单一气体居多 。

对于油中多种溶解气体在线监测, 当前运行的装置仍主要采用色谱柱将气室中的混合气体依次分离, 统一由传感器采集信号, 送到中心处理单元进行数据处理和诊断。近几年来在此基础上, 随着对多传感器的研究和多传感器测试技术的发展, 已研制出复合分布式传感器, 将多个具有不同工作温度和不同工艺的常规金属氧化物传感器组合, 构成一个传感器阵列, 当给出混合气体( H2、 CO、 CH4、 C2H4、 C2H2、 C2H6等) 后, 不同传感器单元分别响应各自的特征气体, 并经过一定的软件处理方法排除其余气体的干扰误差, 这样就取消了色谱柱, 为新一代变压器油中多种溶解气体在线监测装置开发奠定了基础。 　

尽管近几年来日本、 美国等已开发出九种气体H2、 CO2、 N2、 CH4、 C2H2、 C2 H4、 C2H6、 CO和O2的在线监测装置或便携式的自动分析装置, 但从IEC导则和中国现行DL/T 722- 导则来看, 改良的三比值法仍是诊断故障性质、 种类、 程度的主要判据, 也就是说, 正确、 稳定地在线监测变压器油中H2、 CH4、 C2H4、 C2H2、 C2H6五种溶解气体是发展的方向, 或者将反映固体绝缘故障特征的CO、 CO2一并考虑在内, 即监测五种至七种特征气体。

这里仅介绍以高分子聚合物分离膜分离气体的在线监测装置: 采用分布式传感器分辨并检测气体, 其基本结构为油气分离单元、 气体检测单元、 诊断控制单元。 　　

复合分布式传感器将多个具有不同工艺和不同材料组成的金属氧化物传感器构成一个传感器阵列, 当给出混合气体( H2, CO, CH4、 C2H4、 C2H2、 C2H6) 后, 不同传感器单元分别响应各自的特征气体, 这种检测方法是充分利用了不同气体传感器分辨气体的能力。 　　采用F46膜实现油气的自动分离, 气体传感器平时不接触被测气体, 待装置检测时由空气作为载气将定量管中的被测气体带出同时接触分布式气体传感器, 具有一定速度的被测气体瞬间接触传感器, 不但大大改进了传感器的峰值, 同时减少了被测气体在传感器上的滞留时间, 延长了传感器的使用寿命。　　

这类装置监测原理简单, 但对气体传感器的要求极高( 采用分布式传感器) , 维护工作量小, 检测灵敏度高, 特别是对变压器故障敏感的C2H2的检测灵敏度达到1μL/L, 完全满足工程实际的要求, 是变压器油中六种溶解气体在线监测技术的发展方向。

对大中型变压器一般情况故障的判断采用如下检测方法。
(1)油色谱分析判断有异常:

1)检测变压器绕组的直流电阻。
2)检测变压器铁心的绝缘电阻和铁心接地电流。
3)检测变压器的空载损耗和空载电流。
4)在运行中进行油色谱和局部放电跟踪监测。
5)检查变压器潜油泵及相关附件运行中的状态。用红外测温仪器在运行中检测变压器油箱表面温度分布及套管端部接头温度。
6)进行变压器绝缘特性试验, 如绝缘电阻、 吸收比、 极化指数、 介质损耗、 泄漏电流等试验。
7)绝缘油的击穿电压、 油介质损耗、 油中含水量、 油中含气量(500kv级时)等检
8)变压器运行或停电后的局部放电检测。
9)绝缘油中糠醛含量及绝缘纸材聚合度检测。
10)交流耐压试验检测。

1)油色谱分析。
2)变压器绕组直流电阻检测。
3)短路阻抗试验。
4)绕组的频率响应试验。
5)空载电流和空载损耗试验。
(4)判断变压器绝缘受潮要进行的试验:

1)绝缘特性试验。如绝缘电阻、 吸收比、 极化指数、 介质损耗、 泄漏电流等。
2)变压器油的击穿电压、 油介质损耗、 含水量、 含气量(500kV级时)试验。
3)绝缘纸的含水量检测。
(4)判断绝缘老化进行的试验:

1)油色谱分析。特别是油中一氧化碳和二氧化碳的含量及其变化。
2)变压器油酸值检测。
3)变压器油中糠醛含量检测。
4)油中含水量检测。
5)绝缘纸或纸板的聚合度检测。
(6)变压器振动及噪声异常时的检测:

1)振动检测。
2)噪声检测。
3)油色谱分析。
4)变压器阻抗电压测量。

针对具体情况检测技术有:

气相色谱在线检测技术
气相色谱仪具有便捷 、 高效 、 灵敏 、 可靠的特点 [2 ] , 而且能够提供油中溶解的各种气体浓度 , 因此自从 1952 年由 J ames 和 Martin 提出以来 ,就被广泛应用在变压器故障的检测上 。气相色谱在线检测技术的关键是油气分离 。

当前 ,不论是实验室还是实践过程中应用最多的是用高分子膜来分离油气 ,例如加拿大加创集团公司的 C201 - 6 在线色谱系统和重庆大学高电压与电工新技术教育部重点实验室研制的[3 ][4 ]SPJ C 在线色谱监测系统 。章义贤 采用具有气体高度渗透特性的 Teflo n A F 新型高分子聚合物 , 袁聪波 [5 ]则用的是纳米材料渗透膜 。因为高分子膜能够有选择性的透过油中溶解的气体 ,而且能够避免真空抽样法 、 鼓泡法 、 振动脱气 、 动态顶空脱气法抽气时需要抽一部分油的繁琐 [6 ]。另外还有毛细管柱法 、 血液透析装置和中空纤维素装置 , 这几个装置虽然透气好 , 故障气体与变压器油中气体浓度达到平衡快 , 可是价格却比较昂贵 , 仪器维护也比较麻烦 , 因此在油气分离技术上大多少选用高分子膜 。

气相色谱在线检测另一个关键技术就是气体检测器 ,检测油中气体分为单组分和多组分气体的在线检测 , 单组分气体的检测主要是指对氢气的检测 , 因为变压器内部大部分故障出现时都有氢气的产生 ,因此很多时候检测变压器首先检测的就是氢气 。

对氢气的检测大部分用的都是钯栅极场效应管和催化燃烧型传感器 ,另外还有电化学 H 2 传感器等 [6 ]。对于多组分气体的检测主要用的是热导式传感器 、 氢焰离子化[7 ,8 ]传感器 、 半导体传导器等。热导式传感器主要的缺点是最低检测限太大 , 而且需要纯氢气作为载体 , 氢焰离子化传感器可检测的气体种类太少 ,因此当前已经用的很少 。半导体传导器反应时间长 ,而且容易出现拖尾 。如果用纳米晶型半导体则基本能够解决这些问题 。另外纳米晶半导体传感器材料如添加金属 Pt ,将会加速气体的扩散 ,从而缩短了恢复时间 。

红外在线技术和光声光谱技术红外光谱技术应用光谱分析直接确定气体的类型和含量 , 具有检测速度快 、 准确度高 、 非接触性检
测、 容易维护等特点 , 傅立叶红外气体分析原理如图[9 ]2。HW - 500 红外气体分析仪是利用双关路薄膜电容检测器 , 这个检测器对热效应极其敏感 , 能够经过被检测气体前后的能量变化即可对气体做定量分析。傅立叶红外光谱仪是利用气体的吸收光谱来判断气体并定量的 ,能够连续采集对故障分析有利的全部故障特征气体 [7 ]。虽然红外光谱仪能够检测多种气体 , 可是它对 H 2 没有感应 , 而且价格比较昂贵 [9 ] , 因此人们近年来研究利用光声光谱技术来在线检测气体。

光声光谱是基于光声效应的一种检测技术 [11 ] ,测量的是光声室内气体吸收光能的能力 [12 ]。原理如图 3 [11 ]。实验检测时需要满足 : 首先确定每种气体特定的分子吸收光谱特征 ,其次是确定气体吸收能量后

退激产生的压力波强度与气体浓度间的比例关系 [11 ,13 ], 因此选取适当的波长 , 既能够对气体进行定性也能够定量 , 比气相色谱精密度和稳定性都要高 , 跟红外检测仪比起来能够检测 H2 , 而且受反射 、 散射光的干扰也少 [12 ]

传感器阵列在线检测技术

该方法是用有选择性的多个气敏传感器组合在一起的传感器阵列 。当前用的最多的气敏传感器就是半导体气敏传感器 , 它是利用待测气体与半导体 ( 主要是一些金属氧化物) 表面接触时 , 产生电导率变化来检测气体 。半导体一般有 ZnO 、 2 、 2O 3 等 ,然SnO Fe后采用 B P 神经网络进行模拟识别 。该系统不是把不同的气体分离以后再检测 , 而是在混合气体中就能够检测出不同的气体 [14 ,15 ] , 极大地缩短了检测时间 , 提高了检测的灵敏度 , 使得在线检测和故障诊断技术得到了很大程度的提高 。水的在线检测技术。

变压器微水的在线检测技术

电力变压器绝缘纸的含水量对变压器的使用性能和安全运行影响很大 , 如果绝缘纸的含水量过高 ,会使绝缘强度下降 , 引发变压器事故 。因此国内外专家一直都在研究检测微量水技术 , 近几年已经发展到了在线检测 。在线技术主要由传感器 、 数据采集系统 、
数据处理系统组成 , 利用电磁谐振技术实现微水量的检测 , 传感

器用的最多的是电容传感器 。
解放军后勤工程学院 [17 ]和大连理工大学 [18 ]研制的微量水在线检测系统用的敏感元件都是电容 , 只是稍有差别 。前者用的是圆柱性电容传感器 , 而后者除了有微水分传感器 , 还有温度传感器 , 用来测量干燥环境温度以补充温度对纸板介电特性及物理特性的影响 ; 这个装置能够消除在检测时温度对微量水测量的误差 , 能更好的反应出绝缘纸板中的水分含量 。变压器油温的在线检测技术

变压器油温在第十三届国际大电网会议就已经列为变压器的重点问题之一来研究。如果变压器油温过高 , 不但影响变压器的寿命 , 而且还可能带来事故 。在线检测变压器的温度对诊断早期故障有很大的意义 , 可是变压器结构非常复杂 , 使得在线检测技术十分困难 ,过去大多数采用间接模拟的方法来检测油温 [20 ]。例如 ,用纯热力学和传导原理推出一种预测油温的公式和用神经网络来预测油温 [18 ] 。可是这种方法准确率比较差 ,因此近年来人们开始采用在线传感器来采集油温样本 ,再用智能系统进行分析 。王亚辉 [19 ] 就是采用铂电阻温度传感器来采集油温样本的 ,这种方法能够随时反映油的温度 ,能够提供变压器是否安全运行的依据 。

变压器发生不同的故障生成不同的特征气体 。一般认为 , 变压器发生故障时 , 生成的特征气体主要有[1 ]H 2 、 CO 、 2 、 CH4 、 2H 2 、 COCC2H4 和 C2H 6,溶解气体的检测技术也正是针对这几种气体来展开的 ,因此检测仪器不但要能定性 , 而且还要能够定量 , 当前油中的检测技术有气相色谱 、 红外光谱 、 光声光谱和传感器阵列等 。

第二章
2.0 变压器故障的种类
按照故障发生的部位, 能够大致将变压器故障分为以下几类: 
l)变压器的内部故障
(l)绕组故障:
包括绝缘击穿、 断线、 变形等; 
2)铁芯故障:
包括铁芯叠片之间绝缘损坏、 接地、 铁芯的穿芯螺栓绝缘击穿等: 
(3)内部的装配金具故障:
包括焊接不良、 部件脱落等; 
(4)电压分接开关故障:
包括分接开关接触不良或电弧等; 
(5)引线接地故障:
包括引接线对地闪烙、 断裂等; 
(6)绝缘油老化。
2)变压器的外部故障
(l)油箱故障:
包括焊接质量不好、 密封线圈不好等; 
(2)附件故障:
包括绝缘套管、 各种继电器的故障等; 
(3)其它外部装置故障:
包括冷却装置及控制设备的故障等。
运行的变压器发生不同程度的故障时,
会产生异常现象或信息。
故障诊断就是搜集变压器的异常现象或信息, 根据这些现象或信息进行分析, 从而判断故障的性质、 严重程度和部位。诊断故障的作用是: 
l)及时发现局部故障和轻微故障, 以便采取措施消除故障, 防止变压器损坏而停
运, 提高电力系统运行可靠性, 减少损失; 
2)现发运行中的问题, 为改进运行维护措施和修订运行规程提供依据; 
3)现产品质量问题, 为改进设计和制造工艺提供依据。因此, 加强对电力变压器绝缘 状态的监视以防事故于未然以及在事故发生时尽快确定故障的性质及部位 是很有必要的。

2.1 电力变压器在线监测系统设计方案研究
1、 变压器在线监测系统硬件设计:
变压器在线监测项目主要有局部放电监测、 有载分接开关的监测、 套管介损因数的监测、 负荷电压、 电流、 功率的因数的监测、 绕组温度的监测、 油中微水、 溶解气体的在线监测等。经过这些项目的在

稳压5v电源电路
线监测对变压器进行全方位的监测, 获得有关变压器运行状态较为详细的信息, 经过这些特征信息结合变压器故障智能诊断系统判断变压器有无异常。变压器状态在线监测系统硬件结构图如图1所示。
由变压器状态在线监测系统硬件结构图可知, 该系统由多通道传感器数据采集、 传感器信号预处理、 监视现场显示、 上位机监测系统网络数据通讯模块以及核心处理器C8051F020的外围电路组成。经过实时数据采集模块将微水含量传感器、 温度传感器以及多路气敏传感器所采集的模拟信号经滤波、 放大后送入C8051F020的ADC转换接口, 进行模拟量与数字量的转换, 并将转换后的数字量存储于单片机的存储器中。
经过数据初步判断和简单故障诊断处理, 将处理结果在监测现场液晶显示屏上简要显示以便现场信息获取维护管理, 同时处理器将实时采集数据、 采集日期信息和预处理结果经过网络数据通讯模块上传给上位机的远程监测和智能诊断系统, 然后进行详细的记录、 分析和故障诊断。
系统核心处理器采用C8051F020单片机, 其内有高速的微控制器内核, 流水线指令结构, 每条指令的执行时间可达25MIPS 片内64K字节的FLASH程序存储器, 4352字节内部数据RAM, 64K字节闪速存储器, 4K字节的内部XRAM数据存储器, 无须外加ROM和RAM, 有利于电路的微型化设计。
片内JTAG和调试电路, 经过4线JTAG接口能够实现非侵入式、 全速的在线系统调试, 片内专用看门狗定时器, 可保障系统的可靠运行, 64个通用I/O接口, 主要完成人机接口功功能。

2.2 系统电源电路的设计
由于C8051F020的I/O输入输出供电电源为5V,其内核及片内外设供电电源为3.3V, 因此系统要使用两组稳压电源。系统稳压5V电 源电路如图2所示。
220V的交流电首先经过降压变压器降压, 将降压后的交流电
经整流桥整流为直流, 经C1滤波后进入LM7805稳压模块, R1分压后最终输出5V直流电。将5V直流电再使用低压差电源芯片

LM1117MPx-3.3芯片稳压输出3.3V, LM1117MPx-3.3芯片具有输出电流大、 输出电压精度高、 稳定性好等特点。系统3.3v电源电路
如图3所示
2.3 信号调理电路的设计
C8051F020内有12位的逐次逼近型模数转换器, 经过软件编程就能够实现模拟量与数字量的转换。
电力变压器在线监测系统传感器检测的模拟量都是弱电信号, 而且含有混叠的高频噪音信号, 因此, 在检测信号接入C8051F020的A/D接口前必须经过信号调理电路。电流传感器信号调理电路如图4所示, 传感器信号经R2分压作用, 在信号输入点转换成电压信号, 经R3和C8组成的低通滤波回路, 有效滤除信号中混叠的高频噪声信号, 最后由高精度运算放大器LM358跟随放大, 将放大后的信号输出到单片机的A/D引脚。
电压型传感器信号调理电路如图5所示, 弱电压信号首先经过初级滤波进入同相输入端, 即保证与反向输入端电阻构成跟随放大电路, 也可满足线路高阻抗匹配特性, 能有效滤除电压噪声干扰。
传感器信号调理模块和单片机A/D采样模块共同完成了变压器在线监测原始数据的采集和数字滤波, 是监测系统获取有用信息及正确开展智能诊断工作的基础。如下图所示。
2.4基于信息融合技术的变压器故障诊断
变压器因其制造工艺的复杂性及运行环境的不稳定性造成了( 见下图)
变压器故障机理的复杂性, 其表现为同一种故障模式有多种故障特征, 同一种故障特征又是几种故障模式共同作用的结果, 故障模式与故障特征之间存在一种复杂而又非线性的对应关系。
因此, 确定故障模式与故障特征之间的关系在变压器故障诊断中是非常重要的。信息融合技术就是将来自不同信息源的信息和数据进行综合处理, 充分利用变压器的各种故障特征量, 从多方面获得变压器同一对象的多维信息并加以融合利用, 实现变压器更准确、 更可靠

的在线监测及诊断。信息融合可分为三层, 即数据层的融合、 特征层的融合及决策层的融合。
2.3.1 数据层融合

数据层融合是对未经过处理的传感器所监测的原始数据进行综合分析和处理。要实现数据层的融合其传感器必须是相匹配, 以实现原始数据上的关联, 并能保证同一目标或状态的数据进行融合。数据层融合方法有算术平均法、 加权平均法及曲面拟合法等。
2.3.2 特征层数据融合

特征层数据融合属于中间层, 即从信息源的原始信息中提取特征信息并进行综合分析和处理, 提取的特征信息应是原始信息的充分表示量或统计量, 然后按照提取的特征信息对信息源数据进行分类、 聚集和综合分析。
所采用的融合方法仍是模式识别的相应技术, 只是在融合前经过传感器信息的变换, 把各传感器的数据变成统一的数据表示形式, 并在数据配准后对特征信息进行关联处理。其优点是: 实现了多传感器信息压缩, 有利于实时处理, 由于所提取的特征信息与决策分析相关, 因此融合结果最大限度地给出了决策分析所需的特征信息。
2.3.4 决策层数据融合
决策层数据融合属于最高层, 也是三级融合的最终结果。每个传感器对所监测目标的监测数据进行信号预处理、 特征提取、 识别等以完成对所监测目标的一个初步判决, 然后经过关联处理, 根据一定的准则给出一个最终的决策, 决策的结果为指挥控制决策提供了依据, 即最终决策是针对具体故障类型及部位的, 根据最终决策采取相应的故障隔离措施。决策层融合方法主要有Bayesian推理、
DS证据理论、 模糊理论、 专家系统等。最终得出电力变压器在线检测测验结果。

2.5电力变压器在线监测系统设计参数及部分原理
桥式整流电路:
桥式整流器是利用二极管的单向导通性进行整流的最常见的电路, 常见来将交流电转变为直流电。
原理
桥式整流电路的工作原理如下: e2为正半周时, 对D1、 D3加正向电压, Dl、 D3导通; 对D2、 D4加反向电压, D2、 D4截止。电路中构成e2、 D1、 Rfz 、 D3通电回路, 在Rfz 上形成上正下负的半波整流电压, e2为负半周时, 对D2、 D4加正向电压, D2、 D4导通; 对D1、 D3加反向电压, D1、 D3截止。电路中构成e2、 D2、 Rfz 、 D4通电回路, 同样在Rfz 上形成上正下负的另外半波的整流电压。

  工作原理
如此重复下去, 结果在Rfz 上便得到全波整流电压。其波形图和全波整流波形图是一样的。从图5-6中还不难看出, 桥式电路中每只二极管承受的反向电压等于变压器次级电压的最大值, 比全波整流电路小一半。
桥式整流是对二极管半波整流的一种改进。
半波整流利用二极管单向导通特性 在输入为标准正弦波的情况下, 输出获得正弦波的正半部分, 负半部分则损失掉。
桥式整流器利用四个二极管, 两两对接。输入正弦波的正半部分是两只管导通, 得到正的输出; 输入正弦波的负半部分时, 另两只管导通, 由于这两只管是反接的, 因此输出还是得到正弦波的正半部分。 桥式整流器对输入正弦波的利用效率比半波整流高一倍。

  桥式整流电路图
桥式整流是交流电转换成直流电的第一个步骤。
桥式整流器 BRIDGE RECTIFIERS, 也叫做整流桥堆。
桥式整流器是由多只整流二极管作桥式连接, 外用绝缘塑料封装而成, 大功率桥式整流器在绝缘层外添加金属壳包封, 增强散热。桥式整流