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浅析变压器优越的智能化在线监测
变压器是变电站的重要设备之一,其安全运行对保障供电可靠性至关重要。变压器在线监测,就是依据变压器的各种机械和电气特性,通过对油中溶解气体分析、局部放电、铁心接地电流、绕组变形在线分析和振动分析,监测变压器的运行状态。现代传感技术、微电子技术和计算机技术的发展,为变压器等高电压设备的状态监测奠定了坚实的基础。智能变压器作为变电站的重要设备,与传统变压器的核心区别,就在于它具有智能化的在线监测功能。
  1.变压器在线监测的优越性
  变压器在电网中长期运行,不可避免地会累积各种缺陷。这些缺陷发展为故障的进程,可分为渐发性故障和突发性故障两大类。渐发性故障主要表现为变压器在正常运行过程中,由于绝缘老化、受潮等,使绝缘性能逐渐下降,最终导致故障的发生。尽管此类故障的发生几率很高,但却具有一定的规律性,是完全可以通过在线监测及时发现并加以避免的。对变压器可能发生的故障及时准确做出预测,不仅是电网运维人员关注的热点,也是保障电网安全稳定运行的关键。
  作为变压器检修的常用方式,预防性试验和定期检修具有较大的盲目性和强制性。建立一种预知性的检修方式,“当修则修”,而非“到期就修”,已成为状态检修的必然趋势。它以设备当前的现实状况为依据,通过智能化的监测手段,对设备进行纵向、横向比较分析,识别故障的早期征兆,并对故障部位与程度以及发展做出趋势性判断,作为变压器检修的基础依据。
  2.变压器在线监测系统的组成
  变压器电网状态检修主要由状态监测和状态诊断两部分构成。监测方式一般为常规监测、在线监测、特殊监测等。变压器在线监测是基于各传感器获取的变压器的状态信息,再通过计算机监测系统对所监测的数据进行分析计算,对变压的运行状态做出科学的评估和预测,最终经监测诊断系统进行综合智能诊断,给出决策方案,以确定其最佳检修时间。在线监测的技术优势,就在于其监测功能和诊断功能有机结合后具有综合判断决策能力。
  变压器在线监测系统可分为集中式与分散式两种。其中,集中式是对所有被测设备进行定时或巡回监测;分散式是采用专门的测试仪器所测取的信号进行就地测量。
  变压器在线监测是以微处理技术为核心,它集传感器、数据收集、通信系统和数据分析功能于一体,通过连续监测在一段时间内状态参数,及时捕捉变压器早期故障的先兆信息,根据变压器参数的变化趋势来判定变压器运行状态。不仅能够有效防范变压器各种故障的发生和发展,还降低了意外停电所带来的经济损失。对运行中的变压器进行实时监测,弥补了常规试验与检测手段的不足。尽管依据捕捉到的变压器动态信息对其进行内部突发性故障预测还存在一定的局限性,但它仍是目前制订变压器检修计划最有效的技术依据,具有十分重要的指导意义。
 3.变压器在线监测方法
  变压器在线监测系统对变压器的故障判定,一般不是根据所测参数绝对值进行,而是根据其参数的变化趋势判定。监测系统在相应数据传感采集的基础上,进行复杂的数据分析处理,最终得出变压器的趋势性故障预测。其基本监测程序是:传感器—数据收集—数据存储—状态分析—故障分类—判定故障—提出方案。
  实时监测数据取自于变压器的本体和附属组件,数据库存储变压器的全面信息,包括原始参数、历史数据、运行状况、监测数据、知识经验和诊断结果等。
  状态分析以人工神经网络分析为基础。数据处理和故障分类一般采用快速傅里叶变换或先进的小波变换法。对于铁芯、绕组、油温、负荷等众多繁杂的数据,经过人工神经网络处理单元的特征分析,将预分析结果变换成人工神经网络适宜处理的形式,提高了其运算推理速度。
  故障分类主要是区分变压器的故障性质,如绕组过热、铁芯过热、油中气体、绝缘缺陷、铁芯接地电流、局部放电故障等。
  监测诊断系统最终将分析结果与数据库存储的知识和经验作为判据,做出故障判定并提出变压器的维护解决方案。监测诊断系统的所有信息均可通过网络进行上传与查询,给电网运行与维护带来极大方便,满足智能电网的要求。
  变压器在线监测的范围极其广泛,它几乎囊括了可能出现故障的所有问题。如热点监测、油中气体总量、局部放电、套管的介质损耗和电容、冷却装置功能、油中湿度酸度、负载电流、纸绝缘的湿度和迁移情况、绕组顶部和底部油温、电介质和动力系统的缺陷、构件的夹紧力、有载调压系统的性能和缺陷、铁芯接地故障和绕组缺陷、储油柜的油位等。
  4.变压器在线监测的发展趋势
  从变压器在线监测技术的应用情况看,虽然还存在着抗电磁干扰能力不强、使用寿命偏短、价格偏高等缺陷,但由于其具有常规检测手段所无可比拟的优越性,所有问题都将在发展中逐步得以解决。
  在技术层面,硬件设备将向更加智能化方向发展,免维护性将更高。智能型传感器的采用,使将电磁干扰得到有效抑制;随着新型材料的广泛采用,色谱分析的透气膜等设备的使用寿命也将延长。故障分析软件系统也将与离线试验、设备状态、运行数据等信息有机融合,开展综合化的在线诊断,不同系统的在线监测数据将通过网络共享。
  在政策层面,由于智能电网建设的需求推动,以及各科研院所、在线监测公司研发力度的不断加大,在线监测技术的应用工作正在稳步推进,不仅促使变压器检修规程、管理方法要随之变革,而且必将导致规范的状态检修管理体系的确立,以及技术标准的最终统一。
  在经济层面,随着国内在线监测设备生产与软件开发厂商研发力度的加强和国外同类产品的竞争,以及电网需求旺盛等因素的影响,不仅其软硬件产品的价格将大幅下降,而且性价比也将大幅提高。
  综上所述,只有建立在变压器智能化在线监测基础上的状态检修,才具有真正的现实意义。它不仅避免了预防性试验和定期检修所带来的盲目性和强制性,节省了大量的人力、物力和财力,而且增强了输变电设备的供电可靠性,延长了变压器的使用寿命,具有广阔的发展前景。
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