摘要
輸電系統變壓器的設計壽命往往長達20年甚至以上，在長時間運轉之要求下，不可避免的會受到許多自然或人為災害的影響，致使設備長期於溫度、雷擊、暫態過電壓及電流等交互作用下，逐步產生絕緣老化現象，甚至導致內部產生微弱放電（稱部份放電），若不採取適當措施，它會逐步擴大而導致設備絕緣擊穿。近年來，微處理機與無線通訊技術發展迅速，致使高壓電力設備之線上即時與長期監測系統研製變的可行。因此，自主研製一套能夠快速、準確的發現並診斷變壓器故障類型之設備，對變壓器故障的及時、迅速維修復原具有重要的意義，亦可為電力系統的安全運行提供可靠的保證。有鑑於此，本研究已完成建立運轉監測暨立即警示單元，透過對變壓器設備之部份放電偵測，提供立即故障警示與故障類型辨識功能。由於變壓器設備的絕緣劣化，有些是遭受天然或人為災害的立即變化，例如：雷擊突波，開關突波，非線性共振等等，而有些部份則是長期運轉所累積的老化結果，因此，要達到絕緣劣化的狀態檢測，若能同時兼顧立即與累積效應之觀測，更能全面化的防止絕緣崩潰所造成整體電力供應系統之影響。因此，本研究所研製之運轉狀態監測與診斷系統分成兩大主要部分，一為長期放置於變壓器設備之運轉監測暨立即警示單元，主要由Arm-Cortex M4嵌入式運算模組、感測器模組及傳輸模組所組成；其工作內容為即時線上擷取3個通道之部份放電超聲波訊號及5個通道之高頻比流器脈衝訊號，輔以軟硬體式的干擾及雜訊消除等機制，藉由部份放電特徵訊號之擷取，進行內部絕緣及運轉狀態故障與否之分析與立即性判斷。同時，亦將所得之原始超聲波及高頻比流器脈衝訊號，以通訊模組傳回中央監控單元，以便於進行故障類型之辨識，及長期絕緣老化狀態之分析。本系統的另一部份即為中央監控單元，主要由一工業電腦搭配傳輸模組所組成；其工作內容為收集並儲存各個運轉監測暨立即警示單元所傳來的超聲波及高頻比流器脈衝訊號，進行軟體式的訊號雜訊及干擾消除，再以類神經網路辨識故障類型，以協助運維人員進行快速且正確的處置。其次，透過實測圖譜之分析，可將變壓器設備絕緣老化過程之訊號圖形建立成資料庫，運用設備絕緣老化過程之特徵萃取，建立基於超聲波及之高頻比流器脈衝法之變壓器設備絕緣老化狀態數位化評估及辨識系統，進而分析設備之剩餘壽命，以利於預先估測設備之損害狀態，減少可能之停電危機。本研究所研製之系統基於變壓器設備的絕緣失效及老化現象，分別研製兼具部份放電立即警示及絕緣老化之趨勢評估兩大功能，本研究可藉由長期且線上監測方式，同時兼具故障警示及老化過程分析之雙重功能，並藉由長期量測設備部份放電超聲波及高頻比流器脈衝訊號，建立其老化圖譜趨勢判斷，提供單次性現場量測時的重要參考資料及基礎，有效評估氣封式電力開關設備之絕緣老化階段，及其剩餘壽命之估算，或甚至瑕疵及損壞等現象，以適當的提前預作更換或做維修保養等工作，真正達到故障的預防與老化預知之診斷，俾利於增進系統運轉壽命及系統之可靠度提昇。同時亦藉由此研究達成全自製之檢測設備，降低檢測設備成本，增進國產化之可能性。