超高壓、特高壓變壓器是大電網的核心設備，其穩定運行對于保障電力系統安全至關重要。國網華北分部研制出變壓器故障主動防御裝置。該裝置可基于放電信號，在變壓器絕緣擊穿前主動跳閘，防止變壓器因高能量放電爆燃，目前已實現工程化應用。

局部放電是引起電網設備故障的主要原因之一，嚴重時可能導致電網設備停運，甚至發生爆燃。“變壓器防爆燃一直是我們設備管理工作中的重點，傳統的在線監測和繼電保護手段很難及時準確發現高能量放電。”國家電網有限公司華北分部副主任李慶海表示。

在國網設備部指導下，2022年，國網華北分部聯合國網冀北、山西電力和南瑞繼保等單位，組建了一支上百人的“產學研用”一體化項目攻關團隊，此后歷時3年完成變壓器故障主動防御技術攻關，為變壓器防爆燃提供了新手段。

預防變壓器故障要在絕緣擊穿前主動防御

變壓器爆燃的誘因多種多樣，與設計、材料、工藝、運維等方面因素導致的電、熱、力效應綜合影響有關。這些因素可能引發變壓器內部短路、過載、過熱等問題，最終導致絕緣擊穿。“絕緣擊穿后產生的大短路電流易引發變壓器爆燃。因此，我們要在絕緣擊穿前主動防御。”李慶海介紹。

以往，變壓器放電研究更多聚焦小放電信號方面，重點研究放電信號特征、放電類型等，且放電信號只用來監測狀態和預警，并未延伸至變壓器保護層面。然而在工程實際中，小放電信號與背景干擾信號難以區分，導致準確識別、提取放電信號較難，易發生誤報和漏報。

“我們擺脫以往變壓器放電研究聚焦小放電信號的思維定式，在放電信號大、放電能量高時使變壓器精準跳閘，實現變壓器故障的主動防御和設備本體的有效保護。”團隊骨干成員唐云鵬說，“同時，我們創新融合在線監測和繼電保護技術，對放電的嚴重性、連續性、增長性、聲電聯動性等開展綜合分析判斷。”這不僅實現了對局部放電的精準預警，還可通過跳閘隔離故障，解決防誤動、防拒動等技術難題。

根據放電信號預防變壓器故障需破解三大難題

在變壓器出現絕緣擊穿前，油色譜和放電信號都會有所反應。采用油色譜在線監測很難及時發現并預防快速發展的變壓器故障。根據放電信號能快速發現故障，但是在實際應用中存在三大難題：對變壓器全過程放電發展規律認識不充分，放電信號準確采集及抗干擾難，放電信號識別故障的策略復雜。針對這三個難題，團隊深入攻關，取得了突破性進展。

在探索變壓器放電發展規律方面，以往研究往往基于實驗室小模型試驗，研究結果與真實變壓器放電特征存在差異。團隊在5臺500千伏真型變壓器、1臺110千伏真型變壓器上共開展了63次放電試驗，包括沿面放電、匝間（餅間）放電、套管故障放電、出線裝置放電等各類缺陷放電試驗。“這些試驗讓我們逐步掌握了變壓器放電發展規律和特性，揭示了變壓器真實放電發展全過程演化機理。”團隊技術負責人、冀北電科院高壓所副所長郝震說。

在放電信號采集方面，團隊創新研發了新型傳感采集技術。他們發現套管電流互感器（CT）具備良好的高頻電流傳感特性，便研制了基于套管CT的高頻局放傳感器，并提出了內置和外置高頻、超聲、特高頻局放傳感器的一體化布局方案，大幅提升了放電信號采集的有效性和抗干擾能力。

在放電信號識別方面，團隊根據變壓器放電發展規律，發明了融合在線監測與繼電保護技術的放電信號識別判斷算法，構建了“三信號、三參數、七模塊”主動防御策略體系。“主動防御策略體系能夠準確識別放電發展特征，有效甄別局放單一干擾信號和組合干擾信號，實現準確預警故障和超前保護跳閘。”郝震說。

項目成果整體技術達到國際領先水平

有了前期的技術研究，2023年，變壓器故障主動防御裝置應運而生。“我們開展了一系列裝置功能驗證試驗，裝置正確動作和防拒動、防誤動能力得到試驗證明。”唐云鵬說。裝置通過掛網運行評審后，逐步在國家電網公司范圍內應用，目前已安裝18套，覆蓋500千伏、750千伏、1000千伏及±800千伏電壓等級。在實際應用中，裝置未出現過誤報警、誤跳閘等情況。

2024年1月，“大型變壓器（電抗器）故障主動防御技術、成套裝置及工程應用”通過中國電機工程學會鑒定。鑒定委員會認為“項目成果整體技術達到國際領先水平”。變壓器故障主動防御技術入選國家能源局2023年全國電力可靠性管理工作七大突出成果，并納入公司“智能運檢產業鏈”和“變壓器（高抗）防爆燃專項工作”中，獲2024年度公司技術發明獎一等獎。

“為進一步優化完善變壓器故障主動防御技術，我們將繼續深化變壓器放電發展規律研究，持續開展真型變壓器放電試驗，并配合公司總部穩步推進變壓器主動防御裝置在公司范圍內的推廣應用。”李慶海說。