摘要：在我国快速发展过程中，经济在快速发展，社会在不断进步，在现代电力设备的运行和维护中，电力变压器是事故最多的设备之一。预知性状态维修制是实时或定时的在线了解变压器的运行状态，以便能及时采取有效的维护对策，消除潜伏性故障和缺陷，尽可能地减少停电损失。在线检测与诊断的重要特征是检测系统中采用高灵敏度的传感器对反映电力设备在运行中劣化的信息（特征量）进行采集，根据信息处理和诊断技术对故障进行综合评判，实现智能化诊断。
关键词：红外阵列传感器；电力变压器；过热故障；在线监测
引言
21世纪大电网面临的首要问题是保证其安全、可靠的运行,电力变压器是这个大电网中的重要设备,为了提高变压器安全运行水平和经济效益,迫切需要能及时、准确地判断变压器的运行状况,特别是对变压器内部潜伏性故障作出判断,并提出相应的意见和对策.随着现代科学技术的发展,对运行中变压器内部故障进行在线监测、诊断有了实现的可能。
1概述
改革开放以来，国民经济水平高速平稳的发展使得我国电力系统的行业规模越来越大，相应的，国家和人民对电能质量和供电可靠性的要求也越来越高。因此显著提高我国电力系统的安全性成为一个重大的问题。随着我国自动化水平的提高，电力设备在线监测技术的发展和应用也越来越成熟，逐步实现电力设备定期试验向状态检修过渡，相比于传统的定期检修方式，状态检修具有全天候、高精确度、实时报警等优点，极大地降低了电力设备故障失修的概率同时也节省了人力。而红外检测技术是较为典型的电力设备在线监测技术手段之一，其应用范围广且符合实际应用当中的“低成本，高效益”准则，在提高电力设备维护效率和运行可靠性这些方面扮演着重要的角色。我国自２０世纪７０年代初开始开发电力设备红外检测技术。１９９０年国际大电网会议（ＣＩＧＩＥ）认可了电力设备故障红外诊断技术。２１世纪以来国家鼓励电力企业将红外技术应用至电力系统。红外技术可以对高压设备故障类型进行定性诊断，在故障定位和严重程度定量方面都有着非常不错的表现。与此同时，对影响红外故障诊断的各种因素进行了更深一步的研究，制订了一系列相应的红外诊断操作规范。红外检测诊断技术作为一种高科技检测技术，通过接收物体发出的红外辐射，然后通过像素点阵的形式将物体的表面温度分布情况呈现出来。该检测方法具有精确、实时、高效等优点。红外诊断对故障点的精准直观检测以及对检修的预知，可以使维运的成本降低，从而达到增强设备运行可靠性的目的。对于电力设备的诊断，红外检测更是具有诊断效率高、安全可靠、不受电磁干扰、探测距离远、速度快等优点，还可以进行在线监测。变压器红外在线监测系统通过定点安装红外监测仪，对主要的潜在故障区域进行２４ｈ不间断状态监测，并且通过软件实时反馈状态信息，易于及时发现过热故障，为专业人员远程实时评判设备潜在隐患提供了依据。
2电力变压器过热故障在线监测系统总体设计
2.1构建变压器故障诊断专家系统
构建变压器故障诊断专家系统，首先需要构建数据库和知识库。（1）数据库。一个结构合理完善的数据库系统也是构建专家系统的基础。数据库的内容包括下列内容：变压器的基本信息。该数据库用于存储设备的基本数据，包括变压器所属公司名称、变电站名称、设备位置（设备名称）、制造厂家；以及变压器的型号、容量、电压等级、调压方式、油种、油重、冷却方式、油保护方式，以及变压器的出厂序号、出厂年月和投运日期信息。（2）数据库的安全机制。考虑到在实际电力行业中，一般都是由专人负责的，所以采用的安全策略相对较简单。为了保证数据库的安全性，在进入整个系统时，需要验证账户密码，如果不匹配则系统无法运行。（3）知识库。知识库是专家系统的核心之一，主要由事实性数据及专家的启发性知识构成。
专家系统将可能出现的故障现象、产生故障的原因、判断故障的方法及有关标准和专家经验，尽可能地收集归纳，形成规则存入知识库中，依据具体设备检测到的征兆信息结合历史状况进行综合推理判断，诊断出故障的性质。
2.2变压器局放调节电路的设计
为了保证系统内部信号收集的可靠性，需要在监测系统内设计放大电路、滤除杂波等电路。当变压器局放过程中，将产生频率范围较宽的局放信号。要想确保信号准确度，需要合理调整传感器导出信号的调节电路。放大装置是将信号幅值扩大处理的线路，使得导出信号电压与局放信号收集卡的接收范围相吻合。但是，变压器运行环境复杂，在不同局放类型中的模拟信号有所差异。如果信号收集卡只采取单纯的扩大形式，可能造成较大的测量误差。因此，需要根据电路内多个调控信号形成的反馈系数，及时调节信号放大装置的增益倍数。通过利用增益装置，可自动转变放大装置的电压测量范围，从而解决局部信号幅值起伏问题。在滤波电路设计方面，考虑到变压器运行时会受到噪音干扰，本文在局放监测系统设计中采用窄带测量方法，以此去除滤波干扰信号。
2.3软件运行流程
双击运行检测软件后，软件先会进行初始化相关设置，检查红外检测仪是否和计算机在同一局域网环境下，若连接不正常时，会弹出提示栏，提醒未连接到服务器。当连接正常时，摄像头拍摄画面会立即呈现在界面上，此时点击数据上传，红外阵列信息就会实时出现在界面上，同时随温度值的大小而呈现出不同的颜色。此时设置的默认报警最大值是１００，可以根据实际情况去重新设定，到此在线监测系统投入正常运行。
2.4光纤温度传感器
热辐射温度光纤传感器是利用光纤内产生的热辐射来传感温度的一种器件,它是以光纤纤芯中的热点本身所产生的黑体辐射现象为基础,把光纤本身作为一个待测温度的黑腔体.光纤温度传感器的灵敏度是一种分布灵敏度,因而可以确定位于光纤上任何位置的温度,由于只探测热辐射,故无需任何光源.该传感器用来监视一些大型电气设备,如电机、变压器等内部热点的温度,可有效解决变压器设备中热点测量的技术问题.在变压器设计、制造时,我们将热辐射光纤传感器的传感探头直接嵌入变压器绕组、铁心等探测热点,通常安装在绕组和铁心的上中下部位,传感探头数一般不宜超过5个.根据变压器国家标准GB1094.2-1996《电力变压器承受短路的能力》规定,油浸式电力变压器绕组最高允许平均测得的温度为250℃(铜绕组).传感探头获得的信号经光纤传送至探测器,经由探测器将光信号转换为电信号输出.热辐射光纤传感器可直接测量变压器绕组、铁心的实时温度,改进了变压器的预测建模技术,达到实时互测变压器绕组、铁心温度状态的目的.
结语
本文介绍的红外阵列监测技术只是基于昆山变电站１１０ｋＶ变压器在线监测系统的一部分，后面监测界面还会增加测弧和测铁芯接地电流的功能。同时，本项目也有一些有待进一步开发的地方。比如针对红外阵列的测温算法改进，使得精确度在更高一些；因为该系统是全天候２４ｈ不间断监测，目前程序还可能会出现各种异常情况，在日后的运行使用中，需不定期对代码进行优化升级，以加强该系统的稳定性，争取早日做到真正意义上的自动化监测。最后，软件还可以结合大数据，云平台处理和计算，对数据库进行算法筛选并上传具有特征性的异常信息，通过云处理来达到评测电力设备状态甚至预测电力设备使用寿命的目标，响应高度智能化的发展趋势。
参考文献
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