电力变压器监测系统对电力作用巨大

进入21世纪以来，随着经济的快速发展，人类社会对电能的需求越来越多，而且对电能质量水平的要求也越来越高，“智能电网（SmartGrid）”的概念自20世纪后期逐渐被提出来，国内外都将其作为目前和未来电网建设的主要目标，作为电能传输过程中的转换枢纽“智能变电站（SmartSubstation）”同样是建设的重点，并且面向于综合自动化的发展方向。智能变电站中的主要设备就是电力变压器，其工作状态是否正常，将直接影响着电能的传输与质量水平的高低。

由于我国能源布局是西南部多、东部少，经济发展状况却恰恰相反，仅北京、广东和上海等东部七省市的电能消耗就超过了全国的40%，因此，“西电东送”是我国能源分配管理的主要战略方针。根据国务院发展改革委员会的规划，“十二五”期间已开展了全面的特高压输电网建设，到2020年，我国将建设成全球首个特高压电网，打造出一个“高速安全的能源输送网”。

电力变压器将是这个能源输送网中的最主要设备之一，也是防止电力系统出现重大事故的第一道防火墙。由于电力变压器需要长期不间断的运行，发生故障是在所难免的，一旦其出现故障，不仅使自身损坏，中断电力输送供应，更严重时将引起整个电力系统的崩溃。一台EFPH8557型号的国产±800kV换流变压器就需要9000万元人民币左右，而相同规格的进口产品也大概需要800万欧元。电力变压器的故障使得自身的损失仅仅是一小部分而已，而由其直接或间接引发的诸如工业生产、交通运输、商品贸易、生活、医疗等方面的损失将是非常巨大的，甚至是无法预估的。

在电力变压器的故障中，绝大部分都直接或间接与绕组、铁心相关。从1994年至2007年，对299台电压等级在110kV及以上的电力变压器的故障进行整理与分析，按故障部位分类可得：电力变压器的绕组、铁心的故障数量之和占总故障数量的59.2%，分接开关的故障数量占比为12.4%，引线和管套的故障数量占比为18.1%，绝缘和密封的故障数量占比为7.3%，其他故障数量占比为3%。由此可知，电力变压器的故障主要表现在绕组、铁心、分接开关等可活动或容易松动的部位。

电力变压器在正常运行过程中，其绕组、铁心的振动与噪声是在一个比较稳定的范围内的，当出现故障时，振动与噪声也表现得异常甚至非常剧烈。探究引起绕组、铁心异常振动的原因可知，最主要是由直流输电系统和太阳磁暴而导致的从电力变压器的中性点流入的直流电流分量所致，此外，对于交流输电系统中存在的各次谐波分量也是引起绕组、铁心异常振动的重要原因。同时，电网频率和电压幅值的突变也会损坏电力变压器，外来撞击也会使得电力变压器的固定装置出现松动而导致振动异常等。

一直以来，人们大多数是通过预防性测试和定期检修的方式来评估电力变压器的运行状况，即每隔一段时间停电排查各种电力设备可能存在的故障或隐患，这属于离线监测的方式，带有很大的盲目性，既浪费了大量的人力、物力，更不能对电力变压器和相关电力设备进行有效的维护。

随着嵌入式技术、数字信号处理技术、传感器技术等新兴技术的突破性发展，使得可以从多参量的角度来实时监测电力变压器在线运行时的各种状态量，包括电参量（频率、电压、电流、谐波等）和非电参量（振动信号的频谱分析、噪声大小等），属于在线监测方式，无需停电。早在20世纪90年代后期，我国就对在线监测和离线监测方式进行过统计，例如，山东省莱阳电力局在使用在线监测方式后，1998年的停电次数比1996年减少了40.4%，维护费用减少了49%，电力变压器的大修周期也会延长。

由此可见，电力变压器状态在线实时监测系统的研发与应用，可以做到及时发现电力变压器及其附属设备的潜伏性故障，给出预警信号，及时消除隐患，避免事故的进一步恶化，保障了电力系统安全可靠地运作，延长电力变压器的使用寿命，节省了投资与维护的成本，提高了电能供应的质量水平，这不仅是对“智能电网”和“智能变电站”的建设与发展具有重要意义，而且对整个工业体系和社会生活都具有十分重要的意义。