变压器套管故障的在线监测技术分析

变压器套管故障的在线监测技术分析

俞信荣  ,曹锟

萧山区钱江电气集团股份有限公司     浙江杭州       311243

摘要：近年来，我国在电能方面的需求越来越大，而这不仅会让电力系统的容量随之增加，电压系统也会不断的增加，由于变压器是电力系统中最为重要的核心设备，所以其在实际运行过程中所具有的安全性就显得十分重要，但是变压器在运行过程中很难做到零故障的运行，因此，为了能够确切的保障变压器的运行效果，降低变压器的故障发生率，我们应当对变压器的常见故障进行充分的了解，利用在线监测手段对变压器进行监测，从而实现对变压器故障的快速诊断和排除。

关键词：变压器；套管；故障；在线监测

从变压器整体来看，套管是其内部最为重要的一个元件，套管存在的主要作用就是将变压器内部的高压线、低压线引到油箱的外部，从而起到对地绝缘以及固定引线的作用。除此之外，变压器之所以能过承受短路时发生的瞬间过热，主要是因为变压器中的套管不仅能够满足在电气强度和机械强度的要求，还具有十分良好的密封性以及热稳定性。目前有很多原因都会诱发变压器套管出现故障，这些故障的表现形式多种多样，例如局部放电、内部绝缘等，当变压器套管出现任何故障时，都会导致大面积出现断电的现象，更严重时可能会对整个电网的安全运行造成威胁。所以必须对变压器套管的运行情况进行定期的监测和诊断。

1.监测变压器套管故障的光纤传感器技术

监测变压器套管故障的光纤传感技术主要分为两种，即结构型和功能型。功能型光纤传感器在进行工作时的原理主要是利用光纤对环境变化的敏感性，也就是当光纤所在的外部环境因素发生改变之后，其自身的传光特性也就发生了变化。通常情况下衡量光纤所处环境是否出现变化时，一般都是通过对光纤的光强变化和光相位进行测量就能得知。而结构光纤传感器工作时的原理则是自身所带的元件能够识别光的通过，当发现这种变化之后，光就会通过光纤传输到信号处理器，从而最大程度的还原环境参数发生的变化。

1.1套管温度监测

在对套管进行温度监测时，通常会使用光纤光栅温度传感器，光纤光栅能够利用那些掺杂了硼元素光纤的光敏性，再通过紫外线等技术就能使纤芯的折射率能够沿着纤轴方向形成周期性或非周期性的变化，同时纤芯内部也会形成空间相位光栅，通常来讲，光栅能否对入射的宽带光进行反射，而反射光又主要取决于光栅的条纹间距，具体的条纹间距又由光栅当时所处的环境温度而决定的。因此，在对套管的温度进行监测时就可以通过检测光栅反射光波长的变化去进一步的确定温度所发生的变化。

1.2套管局放监测

在对套管进行局放监测时，通常会利用光纤传感器通过局放产生的光弧进而实现监测，套管局放监测所使用的光纤传感器一般泛指法布里珀罗光纤传感器，法布里珀罗光纤传感器是目前为止非常典型的一种结构型光纤传感器，其在工作时主要是利用光纤就可以将光逐渐导入到空腔，一般空腔的一面是由硅膜构成，所以能够与光纤的端面组成腔体。由于对套管实施的局放监测是一种超声监测，而且释放出的超声波会让硅膜出现变形，所以当光经过硅膜再次反射到光纤的光相位也必然会发生变化，那么光强也会随之改变，并且我们通过对光强的分布进行分析就能够立即确定待测超声波的分布情况，不仅如此，还可以确定超声波振动信号的波形。

1.3变压器套管油析气体检测

当对变压器套管油析气体进行检测时，通常使用的是光纤气体传感器。变压器套管在出现故障时会析出多种气体，例如氢气、甲烷等，光纤气体传感器通过检测析出气体中碳氢分子的含量，就能对套管内部的故障进行诊断，加之光纤气体传感器的选择较多，所以在使用过程中非常稳定，而且很难受到电磁场的干扰。因此，光纤气体传感器是目前检测变压器套管油析气体的主要手段之一。

（1）光纤氢气传感器

光纤氢气传感器在工作时的原理就是利用金属钯在低压氢气环境中去吸收氢气，从而起到对氢气进行监测的功能。光纤氢气传感器工作的时首先会在光纤端面上蒸镀一层金属膜，然后将带有金属钯膜一侧端面的传感器完全暴露到空气当中，金属层就能吸收氢，吸氢之后金属钯膜的折射率就会发生变化，并且折射率的变化程度与氢浓度有着直接关系。金属钯膜折射率出现变化就会使反射回的光强度也间接出现变化，继而确定出氢的含量。

（2）光纤甲烷传感器

光纤甲烷传感器的主要工作原理就是因为激光能够通过气体这一介质被吸收掉，从而对光强造成影响。由于光的强度与气体介质的浓度有着直接的关联，所以会对光的强度造成影响。通常来讲，光的强度非常容易进行计算和监测，所以当光通过甲烷气体时就能被立即吸收，然后对这些输出的光强进行检测，就能确定甲烷气体的含量。我们通过实际测试发现，在光源中发出的激光在通过光耦合后，再分别导入到充满标准气体的参考池以及充满甲烷气体的参考池中，光信号在分别通过这个气体池之后，被气体吸收后就能够传输到光电探测器，光信号也就随之能够转变成电信号，而当电信号经过前置的放大电路后，经过一系列的处理之后就能准确的测定出甲烷气体的实际浓度。

2.基于光纤传感技术的套管故障在线监测系统

变压器套管故障的在线监测系统一般都是由四个部分组成，分别是实时显示管理系统、全光纤传感器模块、辅助决策模块和基础数据库。变压器套管故障在线监测系统的工作原理是在工作时系统会线通过光纤传感器去接收套管的各个运行参数，当这些参数都被输送到后台进行处理时，基础的数据库就可以对套管进行简单的判断，并且利用辅助决策模块从系统中发出预警信号，这样就能通知相关责任人进行及时的处理。

结束语：

总而言之，变压器在实际运行过程中套管故障是一个很容易对其安全运行造成威胁的主要愿意之一，因此必须对变压器进行实时的监测，在监测过程中通过利用决策模块就可以对套管的实际运行参数进行分析与诊断，这样才能及时地发现套管出现的问题，提前制定出解决办法，从而提高套管的可靠性和稳定性，进一步的确保电网可以实现安全运行。

参考文献

[1]王韧, 彭兆裕, 邹德旭,等. 变压器套管绝缘在线监测系统故障分析及预控[J]. 电工技术, 2020(01):198-199.

[2]王伟平. 基于绝对法检测变压器套管在线监测技术研究与典型应用[J]. 电工电气, 2021(10):144-145.

[3]周海洋, 李辉, 严璋. 改进中性点测量法的变压器套管在线监测[J]. 高电压技术, 2020(05):283-284.