德国GMC电能质量

1. 概述

变压器是电力系统中重要的也是昂贵的关键设备，它承担着电压变换，电能分配和转移的重任，变压器的正常运行是电力系统安全、可靠地经济运行和供用电的重要保证，因此，必须最大限度地防止和减少变压嚣故障或事故的发生。但由于变压器在长期运行中，故障和事故是不可能完全避免的。引发变压器故障和事故的原因繁多，如外部的破坏和影响，不可抗拒的自然灾害，安装、检修、维护中存在的问题和制造过程中留下的设备缺陷等事故隐患，特别是电力变压器长期运行后造成的绝缘老化、材质劣化等等，已成为故障发生的主要因素。

2. 变压器状态监测系统构架

正因为变压器故障的不可完全避免，对故障的正确诊断和及早预测，就具有更迫切的实用性和重要性，重要用电单位对变压器的状态进行实时监测正在逐渐推广普及。

3.变压器监测装置

变压器主要监测参数如下表所示：

3.1变压器油中溶解气体组分和水分感知

图 2、新型无载气免维护型油中溶解气体在线感知装置

新型变压器油色谱在线感知系统可实现自动定量循环清洗、进油、油气分离、样品分析，数据处理，实时报警；快速地在线感知变压器等油浸式电力高压设备的油中溶解故障气体的 含量及其增长率，并通过故障诊断专家系统早期预报设备故障隐患信息，避免设备事故，减 少重大损失，提高设备运行的可靠性。

3.2变压器铁芯接地泄漏电流感知

主变压器加装铁芯接地泄漏电流监测装置，该装置采用嵌入式结构、就地测量、数字传 输，针对变压器铁芯接地和变压器油温实施在线感知及诊断，能及时发现内部绝缘受潮或受 损、铁芯多点接地、箱体内异物、油箱油泥沉积等故障。当变压器铁芯泄漏电流达到报警限 值时，自动发出报警信号，对事故做到早预防早处理，为此类设备的状态检修提供可靠技术依据。

3.3变压器振动与噪声感知

变压器综合振动监测装置采集主机 电力变压器绕组、铁芯及附件诸如油泵、风机的振动引起了整体的振动。当绕组的压紧力下降时，变压器整体的振动特性也将发生变化。因此可以从箱体的整体振动信号的分析得 出变压器整体振动及绕组紧固情况。

图 3、变压器综合振动监测装置

电力变压器振动监测系统采用在线式测振仪进行电力变压器振动信号的现场采集，随即 存储于测振仪，随后可通过 USB 接口导入安装有专用分析、诊断软件的用户计算机做进一步分析。

3.4变压器局部放电感知

电力变压器局部放电信号高速采集装置采用高速信号采集技(ADC+FPGA+ARM)， 兼容高频脉冲电流、超声波、暂态对地过电压及超高频局部放电传感器，能准确的监测设备内可能产生的局部放电信号，并具有良好的抗干扰能力，可满足现场相对复杂的电磁环境和 高频信号干扰的要求。

电力变压器局部放电信号高速采集装置采集单元单通道采样率最高可达100M/S，具有极强的信号捕捉能力。可独立安装在被监测变压器附近，周期性地对被监测电力设备进行扫 描，捕捉变压器中发生的各类放电的原始信号。针对电力设备内局部放电频谱宽的特性，采 用多通道同时采集方式，并兼容不同类型局部放电传感器。通过多路通道信号的采集、滤波、 比对，确保检测数据的真实、完整、可靠，最大限度地减少和消除干扰信号。

变压器声电联合局部放电现场检测示意图如下：

接触式超声传感器

将传感器贴在变压器油箱外壳表面，适用于固体及充油设备的局部放电信号源探测，能 有效检出油浸式设备内部绝缘缺陷。

3.5变压器绕组温度监测

变压器油温关系到变压器的绝缘材料的寿命，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。最终导致变压器发生电气故障，无法工作。对于按照 GB1094 设计的变压器，在热点温度 98℃下相对热老化率为 1。此热点温度与“在环境温 度为 20℃和热点温升为 78K 下运行”相对应。相对老化率定义为：

此函数表示相对老化率随热点温度变化规律，从公式中可以看出温度每增加 6 度，相对 老化率增加一倍。

变压器油温监测示意图

3.6在线电能质量监测

认证级在线电能质量监测装置具有强大的电能质量分析、高端 RTU（含 PLC 控制功能）、故障录波、谐波分析功能。监测系统可实现电能质量的连续在线监测，精度高、多种通信路径、通讯传输符合   TCP/IP 协议；高精度测量电力系统各参变量，如电压、电流、有功功率、无功功率、视在 功率、功率因数、线损、变压器损耗等。

3.7 红外、紫外与可见光图像融合感知

主流的红外热成像技术是利用物体发出的不可见红外能量转变为可见的热图像，并通过 热图像的温度分布找出绝缘子的异常发热点。针对设备放电的情况，如很容易就可以观察到 过热点的红外图像时，电气设备的绝缘状态已经极度恶化。因此，为诊断绝缘子的早期故障， 及时预报该局部放电的发展趋势和预测相关设备的绝缘劣化程度，采用紫外成像技术能很好 的解决这一问题；另外，为灵敏地检测设备的中后期问题，仍需利用红外热成像监测技术的 优势；再利用原始的可见光成像能直观找出故障位置的优点，采用这三种成像技术的优点， 统一的监测电气设备，能保障线路与设备的正常运行，有效避免事故发生。

4.变压器在线监测平台目标

变压器在线监测平台需要具备联网及通信能力，建设过程如下：

变压器数据感知设备如下：