一、研究背景

电力变压器作为电力系统的核心枢纽设备，承担着电压变换、电能传输与分配的关键职能，其运行可靠性直接决定电网安全稳定水平。随着我国电力工业向特高压、智能化方向快速发展，电网规模持续扩大，现有在运变压器总量已超170万台，其中运行年限超过15年的设备占比达38%，设备老化、性能退化问题日益突出。据国家能源局统计，近五年因变压器故障引发的电网事故占比达22%，其中因状态监测不及时、寿命评估不准确导致的“非计划停运”事故占比超60%，不仅造成巨大经济损失，还严重影响民生用电安全。

当前，电力行业对变压器状态监测与寿命评估的需求日益迫切。一方面，传统“定期检修”模式存在盲目性，过度检修增加运维成本，漏检则埋下安全隐患，难以适应电网精益化管理要求；另一方面，新能源并网、负荷波动加剧等新形势，对变压器运行状态的实时性、准确性监测提出更高标准。尽管我国已出台《电力变压器状态评价导则》等标准，但现有监测技术仍存在不足：油中溶解气体在线监测易受干扰、局部放电定位精度低、寿命评估模型未充分考虑多因素耦合影响等。因此，研发高效、精准的状态监测与寿命评估技术，对提升电网安全运行水平、推动电力行业高质量发展具有重要现实意义。

二、研究目的与意义

（一）研究目的

本研究旨在针对电力变压器状态监测精度不足、寿命评估模型单一等问题，通过整合多源监测数据，优化监测技术方法，构建多因素耦合的寿命评估模型，形成“实时监测—状态诊断—寿命预测—运维建议”的一体化技术体系。重点解决油中溶解气体分析干扰排除、局部放电精准定位、老化状态定量评估等关键技术难题，为变压器全生命周期运维提供科学依据。

（二）研究意义

1. 理论意义：本研究融合电气工程、材料科学、数据科学等多学科理论，深入探讨变压器故障演化机理与寿命衰减规律，完善多源数据融合的状态评估理论框架，为电力设备状态检修技术研究提供理论支撑。

2. 实践意义：研究成果可实现变压器运行状态的精准感知与寿命的科学预测，帮助运维单位合理制定检修计划，降低非计划停运风险；同时，减少过度检修带来的人力、物力浪费，显著提升电网运维效率与经济效益，助力新型电力系统建设。

三、国内外研究现状

（一）国外研究现状

国外对电力变压器状态监测与寿命评估的研究起步较早，技术应用较为成熟。在状态监测方面，美国GE公司开发了“TransformerSuite”在线监测系统，集成油中溶解气体、局部放电、油质参数等多维度监测功能，通过机器学习算法实现故障预警；德国西门子公司研发的超声波局部放电监测技术，定位精度可达±5cm，已广泛应用于欧洲电网。在寿命评估方面，美国电科院（EPRI）提出基于绝缘纸聚合度（DP）的寿命预测模型，通过监测油中糠醛含量间接推算绝缘老化程度；日本东芝公司构建了考虑温度、湿度、负荷波动的多因素寿命评估模型，在核电站变压器运维中取得良好效果。此外，国外普遍建立了完善的设备状态数据库，依托大数据平台实现监测数据的实时分析与共享。

（二）国内研究现状

国内相关研究始于21世纪初，近年来在政策推动与市场需求驱动下发展迅速。在监测技术上，国内企业已实现油中溶解气体在线监测设备的国产化，如南网科技研发的GAS-3000系统，检测精度达到国际先进水平；清华大学提出基于超高频（UHF）的局部放电定位方法，通过阵列天线技术将定位误差控制在10cm以内。在寿命评估领域，西安交通大学建立了基于绝缘老化动力学的寿命预测模型，考虑了温度、氧气对绝缘纸老化的协同作用；国家电网公司构建了“状态检修大数据平台”，整合全国变压器监测数据，为寿命评估提供数据支撑。但国内研究仍存在短板：一是多源监测数据融合度低，各监测指标独立分析，难以全面反映设备状态；二是寿命评估模型多针对单一老化因素，对新能源并网带来的冲击负荷、谐波干扰等影响考虑不足；三是现场监测设备易受电磁干扰，稳定性有待提升。

（三）研究现状评述

综上，国内外已在变压器状态监测与寿命评估领域取得显著成果，但国外技术成本较高，与国内电网设备型号、运行环境的适配性不足；国内研究在数据融合、多因素耦合评估等方面仍需突破。本研究将结合国内变压器运行实际，借鉴国外先进技术经验，聚焦监测精度提升与评估模型优化，提出更具适用性的技术方案。

四、研究内容

（一）变压器多源状态监测技术优化

1. 油中溶解气体监测技术改进：针对传统色谱分析中氢气、乙炔等特征气体检测易受温度、湿度干扰的问题，研究基于“恒温控制+吸附剂提纯”的预处理工艺，优化气体传感器校准方法，提升检测精度；开发多传感器数据融合算法，融合油中溶解气体、油温和油位数据，实现故障类型的初步诊断。

2. 局部放电监测与定位技术优化：采用超高频与超声波联合监测技术，构建多通道信号采集系统；基于时差定位法与波达方向定位法融合算法，优化局部放电信号特征提取流程，降低电磁干扰影响，将定位误差控制在8cm以内。

3. 绝缘状态监测技术补充：通过在线监测变压器油介损、击穿电压及绝缘纸聚合度等参数，结合油中糠醛、CO、CO₂含量分析，构建绝缘老化状态评价指标体系。

（二）多因素耦合的寿命评估模型构建

1. 影响因素识别与量化：分析温度、负荷率、谐波干扰、绝缘老化等因素对变压器寿命的影响机制，通过现场数据统计与实验室加速老化试验，量化各因素的影响权重。

2. 寿命评估模型建立：基于Weibull分布与绝缘老化动力学理论，融合多源监测数据，构建变压器剩余寿命预测模型；引入马尔可夫链算法，实现寿命预测的动态更新，提高模型适应性。

3. 模型验证与优化：选取不同运行年限、不同型号的变压器作为样本，通过现场试验数据验证模型精度，根据验证结果调整模型参数，确保预测误差低于10%。

（三）一体化运维决策支持系统开发

基于上述监测与评估技术，开发集数据采集、状态诊断、寿命预测、运维建议于一体的决策支持系统。系统具备数据可视化、故障预警、检修计划生成等功能，通过对接电网调度平台，实现运维决策的智能化与精准化。

五、研究方法

1. 文献研究法：系统梳理国内外变压器状态监测与寿命评估的相关文献、标准规范及技术专利，总结现有技术成果与研究不足，明确研究切入点。

2. 现场调研法：选取5-8个省级电力公司运维现场，调研不同型号变压器的运行状态、现有监测设备应用情况及运维痛点，收集故障案例与监测数据。

3. 试验研究法：在实验室搭建变压器模拟试验平台，开展绝缘加速老化试验、局部放电模拟试验，获取关键参数；对优化后的监测技术进行性能测试，验证其可行性。

4. 数值模拟法：运用MATLAB、COMSOL等软件，构建局部放电信号传播模型与绝缘老化数值模型，模拟不同工况下的设备状态变化规律。

5. 数据分析法：采用机器学习算法（如随机森林、神经网络）处理多源监测数据，实现故障特征提取与寿命预测模型构建；通过统计学方法验证模型的可靠性。

六、研究技术路线

1. 前期准备阶段（第1-2个月）：明确研究目标与内容，制定研究方案；查阅文献资料，完成国内外研究现状分析；开展现场调研，收集试验数据与故障案例。

2. 监测技术优化阶段（第3-6个月）：设计油中溶解气体监测预处理工艺，开发多传感器数据融合算法；搭建局部放电联合监测系统，优化定位算法；完成监测技术性能测试与优化。

3. 寿命评估模型构建阶段（第7-10个月）：量化寿命影响因素权重，建立多因素耦合的寿命预测模型；通过试验数据验证模型精度，完成模型参数优化。

4. 系统开发与应用阶段（第11-12个月）：开发一体化运维决策支持系统；选取试点变压器应用系统，收集反馈意见并完善；整理研究数据，撰写研究报告与学术论文。

七、研究创新点

1. 监测技术融合创新：提出“超高频+超声波+油中特征气体”多维度联合监测方案，结合数据融合算法消除干扰，显著提升故障诊断的准确性与及时性。

2. 评估模型优化创新：构建考虑负荷波动、谐波干扰等新型影响因素的多因素耦合寿命评估模型，引入动态更新机制，解决传统模型适应性不足的问题。

3. 运维决策智能化创新：开发一体化决策支持系统，实现监测、评估、运维建议的全流程闭环管理，为电网精益化运维提供智能化工具。

八、结论

经对相关领域研究现状的深入调研与分析，开展电力变压器状态监测与寿命评估技术研究十分必要且紧迫。电力变压器作为电力系统核心设备，其运行状态直接影响电网安全稳定。目前，现有监测与评估方法存在精度不足、实时性差等问题。本课题计划综合运用物联网、大数据分析等先进技术，构建全面精准的监测体系与科学的寿命评估模型。预期成果可实时掌握变压器状态，精准预测剩余寿命，为设备运维提供可靠依据，保障电力系统安全经济运行。