变压器是电力系统中的核心设备，其运行安全性直接影响着整个电网的安全可靠运行。目前，变压器在线监测普遍存在以下问题：一台变压器有多种监测装置，各监测装置兼容性差，监测信息各自孤立，未得到全面综合的利用。为了提高变压器状态评估与故障诊断的水平，本文对变压器综合在线监测技术进行研究，主要从智能感知技术和状态监测数据分析处理算法两方面开展。
1变压器新型综合在线监测技术
在线状态监测，是指对变电站设备的电气、物理和化学等特性进行长期不间断的实时监测，通过其各方面特征量的数值变化和发展趋势，通过系统软件的计算，判断出设备可能出现的故障类型、缺陷等级、缓急程度，并对设备的可靠性和使用寿命做出预测，以便运行人员即时掌握设备状态信息，及早发现潜伏的故障，提前采取相关措施，避免在无准备情况下，设备突发故障而造成设备、人力和财力的损失。
1.1变压器局部放电在线监测
局部放电是变压器绝缘劣化的主要原因，也是其绝缘故障的早期表现形式，在线监测局部放电可实现变压器绝缘故障的早期预警。根据放电发生时伴随的物理现象，变压器局部放电监测方法主要有高频电流法、超声法及特高频法，根据各信号的幅值、相位、次数等基本参量形成放电相位分布图谱或脉冲序列相位分布图谱，实现放电类型或背景噪声的分类和识别，从而有效评价变压器绝缘状态。同时，采用基于相对时间差的超声信号定位或基于绝对时间差的声电联合技术，可实现故障源的定位，从而有助于检修人员快速准确地确定故障位置，以利于有针对性地进行设备检修并节省维修的时间和费用。近年来，能量累积曲线、能量准则、赤池信息量准则及相关函数等信号处理技术已应用到信号时间差的自动计算，实现了变压器内放电源的自动定位。
1.2变压器油中溶解气体在线监测
油中溶解气体在线监测系统用于测量和分析油浸式变压器绝缘油中所有微量特征气体，普遍采用油气相色谱分析法。油气相色谱分析法的原理是：变压器出现异常或故障时，其内部绝缘油在热和电的作用下逐渐分解出氢气（H2）、一氧化碳（CO）、甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、乙烯（C2H4）、乙炔（C2H2）等气体，通过分析各种气体浓度及变化趋势，判断变压器可能存在的故障类型。其分析过程是从油样中取出混合气体，再将混合气体进行分离，通过气敏传感器将各种气体的含量转换为电信号，经A/D转换后将信息上传。油气相色谱分析法的准确性已被国内外所认可，是变压器在线状态监测技术的重要组成部分。
1.3变压器铁芯接地电流在线监测
铁芯是变压器内部传递、变换电磁能量的主要部件，正常运行的变压器铁芯及夹件必须接地，且只能一点接地。如果存在两点或以上同时接地，铁芯或夹件将与大地之间形成回路，就会造成铁芯、变压器局部过热，夹件碳化，铁芯烧毁及接地线烧坏等不同程度故障。变压器接地电流的显著增加，是铁芯或夹件发生多点接地故障的直接体现。监测铁芯及夹件接地电流，及时发现多点接地故障并制定检修计划，可延长变压器使用寿命，降低事故发生率，是确保变压器安全稳定运行的关键之一。
1.4套管状态监测
套管状态监测及绕组光纤测温为智慧变电站变压器在线监测的试点项目。其中，套管状态监测采用高低频集成传感器，传感器结构与末屏完全兼容，不改变末屏原有接地方式，具备对套管局部放电、末屏接地电流、相对介质损耗、电容量等参量监测功能。绕组光纤测温采用磷光温度传感器、温控器、内外部光纤及贯通盘构成的测温系统，温度传感器安装在绕组内部，实时感应并记录绕组温度。通常情况下，当绕组温度高于８０℃时，测温系统发出告警信号。
1.5通用变压器性能在线监测
变压器发生故障时造成的影响很大，因此变压器保护必须非常完善，反映变压器本体内部故障的非电量保护（如变压器的油温、绕组温度、油位、压力释放等）也必须引起足够重视。变压器油温关系到变压器绝缘材料寿命，当变压器内有机绝缘材料老化时，其机械强度降低，无法承受正常工作的外力，因此需设置变压器油温监测，通过传感器将温度信号转换为标准的４～２０ｍＡ电信号接入采集单元。有资料统计表明，变压器铁芯问题在变压器故障中占比是第三位，因此设置铁芯电流传感器，传感器输出转换为标准的４～２０ｍＡ电信号接入采集单元，实现铁芯接地监测。
2在线监测系统配置及应用
智慧变压器综合在线监测系统主要由传感器、智能分析单元、通信单元及综合监测单元、综合分析软件组成。局部放电高频电流传感器、接地电流传感器及有载分接开关驱动电机电流传感器采用穿芯方式安装，局部放电超声波传感器、有载分接开关加速度传感器及本体振动传感器采用磁吸方式安装，局部放电特高频传感器及磷光温度传感器内置于变压器内部。
传感器通过同轴电缆与智能分析单元连接，智能分析单元具备信号放大、滤波、模数转换及采集功能，并具备边缘计算能力，通过通信单元向综合分析单元上传原始数据或本地分析结果。综合分析单元汇集各监测单元状态量、带电检测、智能巡检、变压器负荷等参量，形成基于多源数据融合分析的变压器运行状态评估和故障预警机制。同时，在线监测系统具备自动、连续或周期性采集各状态监测信息功能，可向综合分析软件传送标准化数据、分析结果和预警信息，并接收下传控制命令。综合分析软件具备局部放电幅值、单位时间局部放电次数、铁心和夹件接地电流、振动幅值、油中溶解气体组分含量等特征参量组态、多参量同步实时显示功能，支持多参量趋势分析、阈值及趋势报警、历史数据查询、报表生成等功能。
3变压器在线监测的集成优化
3.1变压器传感器（采集器）的配置
对于500kV变电站，每组变压器配置3台油色谱传感器（前端采集器）和3台超高频传感器（耦合器），即500kV分相变压器的每台变压器配置1台油色谱前端采集器和1台超高频耦合器。对于220kV变电站，每台变压器配置1台油色谱前端采集器和1台超高频耦合器。目前，油色谱采集器只能进行油中气体（包括水分）的采样，暂时还不具备与超高频耦合器集成的条件。
3.2在线监测IED的集成优化
目前已经研发出一拖三的在线监测IED，最多可接入5个外部传感器，该设备可依次采样三个油箱，进行溶解气体分析及水分测量，采样频率可以设定从每天到每小时，支持IEC61850通信协议。对于500kV变电站，每组变压器配置1台状态监测IED（500kV采用单相变压器即3台变压器配置1台IED）；对于220kV变电站，每台变压器配置1台状态监测IED就足够了。状态监测IED负责处理来自传感器的各项数据，并上传给监测后台，每台IED都集成了变压器油色谱监测、变压器局部放电监测和变压器铁芯接地电流监测功能。
3.3在线监测系统后台的集成优化
变压器在线监测与变电站内其他设备的在线监测共用同一套后台系统，使用统一的分析软件、接口类型和通信规约。故障诊断系统软件与在线监测工作站管理软件整合在一起，负责分析判断处理来自监测IED的实时在线数据。
4结语
利用变压器综合在线监测装置的感知功能实现变压器的状态监测，对于变压器的安全稳定运行十分重要。推动多种感知手段与变压器设备融合设计，利用多种监测数据综合判定变压器运行状态，可显著提高变压器在线监测的可靠性。
参考文献
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