变压器设备检测和快速诊断
全俄电工所 图尔科特
世界各国的专家多年来一直致力于建立一个试验诊断系统，用于准确预测复杂设备的使用年限，但收效并不显著。设备的大多数故障是由于诸多偶然因素综合引起的，这些因素往往是隐性的，很难预料的，故障发生在时间上不是按设备缺陷而呈线性的。
为了降低故障率，减少维护维修人员，保证有效地进行远程控制，世界各国都采用自动化连续检测系统，对设备的主要参数进行不间断检测，快速地对设备状态进行诊断。
近15年来，由于微处理器技术和信息传输技术迅猛发展，这方面的研究有了长足发展，在电力设备领域也是如此。
全俄电工研究所在15年前就开始研究电工设备检测控制系统的元件，但俄罗斯电力系统这方面的研究只是在最近5年才得到快速发展。
近几年来，俄罗斯在160台220-500千伏的变压器上安装了“在线”检测系统，有80多台变压器采用电工所研发的СУМТО检测系统。
СУМТО是一个开放系统，包括三级（图1）：
数据收集（传感器）；
传感器读数和控制指令初步处理；
整合、储存并显示数据，将数据传输到供油自控系统。
在有新设备连接上或在设备上又添加了传感器的情况下，该系统的功能可随之扩展。
图1
变压器油是重要的信息来源。为了检测溶解在油中的气体和СУМТО系统内的湿度，在不同的设施上分别采用Hydran-M2（GE-Energy）、Calisto(Morgan Schaffer)或Transfix(Kelman)分析仪。多种不同的模拟或数字传感器可以测量电流、电压、温度、振动级别以及其它参数。
СУМТО系统有多种型号，根据接收信号的容量和功能的多少分为不同的微处理器检测控制柜ШУМТ。ШУМТ微处理器检测控制柜可替代标准的变压器冷却自控柜，对初始传感器发出的信号进行转换，完成控制算法，测量所有油泵电机和通风叶轮的电流。
图2
СУМТО系统的上级装置位于ШАРМ自动工位柜内（图3），包括工业计算机、显示器以及测量电压、电流、有效功率和无效功率参数的装置，测量上述参数需要向柜内输入电流互感器和电压互感器信号。通过ШАРМ可目视到测量的数值和计算的参数，可显示故障和警报信号，操作人员可根据储存的资料进行操作（图4）。
标准的СУМТО系统可独立工作，也可与供油自控系统联机工作。СУМТО系统可与不同厂家的自控系统兼容。
图3                            图4
СУМТО系统的重要组成部分是分析模型，分析模型是一个软件，软件根据变压器上的传感器以及制造厂家参数信息的不同而相应地作出调整。
模型对传感器的读数进行初步处理，形成变压器各个分系统的实时状态图，预测并避免各个参数的危险结合，并可评估剩余寿命。
在СУМТО中有10个分析模型，例如线圈高热点温度计算模型。高热点计算结果用于根据气泡生成的标准来确定过载能力，也用来控制变压器冷却系统。在“湿度”模型中，根据变压器油的相对湿度值，结合高热点的温度以及油–纸系统内湿度的传递，СУМТО可快速测定纸的湿度。
通过СУМТО的信息显示屏，调度人员可获得监视系统所涵盖的变电站所有变压器的工艺信息以及СУМТО内部分析模块的信息。当得到超过临界的数值时，会发出故障报警信号。
采用专门的试验台对每个变压器的不同工况进行模拟，以便对模型进行调整，对程序进行设定。试验台包括模拟柜、物理模型、载荷和标准控制柜（图5、6）。
图5 ШАРМ模拟柜               图6 ШКИВ模拟柜
变压器的重要组成部分是高压套管，在故障断电中，高压套管的破损率占20-25%，同时套管绝缘层绝缘强度的降低带来更为严重的后果，因为套管的这种破损往往伴随着爆炸和火灾。
多年使用油纸电容器式套管的经验表明，有许多因素对套管老化产生很大的影响，如生产厂家的产品质量、电流载荷、靠近下部的电场的场强、变压器内上层油的温度、机械负载和气候条件因素。对RIP绝缘的套管来说，绝缘破损是由于干式套管架体的机械应力。
由于影响因素众多，在运行期间偶然性的变化也时常发生，因此预测每个套管的使用年限是十分困难的。
最早的套管绝缘状态检测系统出现在35年前，其原理是将不同相位套管内的复导纳电流进行比较。非平衡补偿法用于稍后出现的工作电压下套管绝缘参数检测微处理器系统中（IDD美国Doble Engineering Co.和R1500  俄罗斯“振动中心”公司）。
所有采用非平衡补偿法的装置的不足之处是检测的结果对电网的稳定性和对称性依赖较大。载荷变化和故障情况下电网内会产生电压矢量相位和振幅波动，尽管采用各种计算结果均值的方法，采用对称装置以及其他技术解决方法，仍然经常发生套管状态检测仪器读数错误和保护系统误启动的情况。
全俄电工所研发的套管绝缘检测系统ШКИВ(图7)是在每个相位内直接测量信号的电流，采用来自于变电站制式电压互感器的基准相电压。
图7 套管绝缘检测柜
与ADD和R1500不同，ШКИВ系统不仅能检测套管的状态，同时还能满足保护设备的要求。
采用检测系统往往会遇到许多困难。首先，复杂的微处理器传感器可靠性不足，不适于在-300C条件下工作，其次，许多变电站还没有解决电磁兼容问题，第三，“在线”仪表的读数往往与实验室检测数据不一致，这使人们对仪表读数的准确性产生怀疑。这些问题不仅是俄罗斯存在的问题。今年2月，GIGRE(D1.01 TF15)工作组专门研究了用“在线”传感器测量水和气含量的误差问题。
最后应当指出，尽管存在着诸多问题，智能系统和连续检测技术正在得到应用和推广。

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