變壓器油微水智能在線監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用

【摘要】在利用變壓檢測系統(tǒng)對變壓器進(jìn)行檢測時(shí)，變壓器絕緣油中微水的含量是主要的檢測內(nèi)容，對變壓器的機(jī)械強(qiáng)度和絕緣性能有非常大的影響，本文重點(diǎn)對變壓器油微水在線監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行探討。

【關(guān)鍵詞】變壓器油微水；在線檢測；技術(shù)；應(yīng)用

在電力系統(tǒng)中，變壓器是一個(gè)非常重要的設(shè)備，其運(yùn)行的好壞對電網(wǎng)的安全運(yùn)行有非常大的影響。變壓器在運(yùn)行過程中，散熱和絕緣離不開變壓器油，而變壓器油中微水的含量對變壓器油的絕緣度有非常大的影響。如果在變壓器油中含有水分就會和油產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，加速油質(zhì)的降解，降低變壓器油的絕緣效果。所以對變壓器油微水在線監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用是防止變壓器油絕緣效果降低的有效辦法。

1.系統(tǒng)的檢測原理

1.1 電容傳感器的的測量原理

電容式傳感器是目前油品含水檢測應(yīng)用中使用非常多的一種檢測方法，在常規(guī)溫度下，純油介電常數(shù)為212，水的相對介電常熟數(shù)為81，有非常大的差別。而變介電常數(shù)電容式傳感器就是根據(jù)油和水的介電常熟相差非常大這一特點(diǎn)來對水的含量進(jìn)行測量的，含水油這一混合物的結(jié)構(gòu)非常的復(fù)雜，根據(jù)其相對常熟建立下面這個(gè)數(shù)學(xué)模型，此時(shí)可以把含水油看成純水和純油兩種物質(zhì)的混合參物。

在公式中，代表混合介質(zhì)的介電常數(shù)，為純水的介電常數(shù)，d為混合物中水的體積分?jǐn)?shù)，為純油的介電常數(shù)。從這個(gè)公式中可以看出水的含量和含水混合物介電常數(shù)之間的關(guān)系，很明顯，當(dāng)變壓器中絕緣油的含水量出現(xiàn)變化時(shí)，油水混合物的介電常數(shù)也會出現(xiàn)非常明顯的變化，利用傳感器對電路進(jìn)行測量，然后把油水混合物匯總的介電常數(shù)轉(zhuǎn)變成電容量的變化，再使用信號處理電路調(diào)節(jié)后，和微處理器結(jié)合起來，最后測的水的含量。

1.2 調(diào)制電容傳感器信號的方法

電容傳感器的轉(zhuǎn)換輸出電路的種類非常的多，主要來說有下面兩種，分別為：（1）專業(yè)的集成電路，當(dāng)前很多廠家都在努力開發(fā)出成本低、性能高的電壓轉(zhuǎn)化芯片，比如德國AMG公司的CAV414，CAV424系列，瑞士XEMICS公司的可編程低功耗電容傳感器調(diào)節(jié)芯片XE2003，XE2004等。（2）分立元件法。根據(jù)轉(zhuǎn)換的原理進(jìn)行分類，其中電橋法電路、調(diào)頻法電路、運(yùn)算法電路、脈沖調(diào)寬法電路是比較有代表性的檢測電路。

2.微水含量的測量方法

在以往都是對變壓器油進(jìn)行采樣，然后在實(shí)驗(yàn)室使用卡爾費(fèi)休試劑法、色譜分析法、庫侖法對樣品進(jìn)場測試，使用這種方式對微水含量進(jìn)行檢測，檢測的準(zhǔn)確度非常的高，不過這種方法存在著污染嚴(yán)重、化學(xué)試劑氣味大、需要現(xiàn)場配置標(biāo)準(zhǔn)試劑等方面的缺點(diǎn)，而且在測量的過程中，不可以對檢測過程進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，為了防止意外事故出現(xiàn)，只能使用定期換油的方法進(jìn)行預(yù)防，往往需要將變壓器停役，可能造成大面積停電，帶來財(cái)力、人力、物力的大量浪費(fèi)。

隨著檢測技術(shù)的不斷發(fā)展，在線監(jiān)測技術(shù)取得了非常大的發(fā)展，比如目前我單位新建的110千伏變電站中使用的TROM-600變壓器油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)，采用思源公司研發(fā)的特殊材料制造的色譜柱來作為特征氣體分離的主要元件色譜屬于復(fù)合型的光譜分析式色譜柱，利用色譜柱的氣體對光譜進(jìn)行分析，可以對C0、H2、C2H6、CH4、C2H2、C2H4六種氣體進(jìn)行分離，同時(shí)可以對六種氣體進(jìn)行峰峰分離，和以往的化學(xué)分離方式相比，避免了某些氣體峰值過高，對其他氣體峰值掩蓋的情況出現(xiàn)，保證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，使用了準(zhǔn)確度比較高的集散控制技術(shù)和單元采集技術(shù)，現(xiàn)場設(shè)備出現(xiàn)停電的情況時(shí)，會啟動自動掉電保護(hù)裝置，保證日歷時(shí)鐘不丟失，當(dāng)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，前端的設(shè)備可以獨(dú)自完成數(shù)據(jù)的存儲和收集。使用色譜柱對含電信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換，在10mV的范圍內(nèi)測量基線都非常的穩(wěn)定，恢復(fù)時(shí)間和響應(yīng)時(shí)間非常的短，確保了測量的靈敏性和重復(fù)性，檢測范圍也非常的大，不僅保證了測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，同時(shí)也保證了測量的安全。而且在安裝的過程中，只需要把進(jìn)出油管通過變壓器的預(yù)留孔和法蘭相連即可?？梢栽谠O(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)下進(jìn)行安裝，安裝過程中不會產(chǎn)生油耗和污染。可以對檢測周期進(jìn)行隨意設(shè)定，數(shù)據(jù)存儲量大，存儲時(shí)間長，報(bào)表非常豐富，數(shù)據(jù)顯示非常的生動形象。

3.微水檢測系統(tǒng)的應(yīng)用

3.1 測量電容量

電容量的測量模型如圖1所示，首先使用IC1555和四周的元件組成振盪電路，產(chǎn)生交流電橋的工作電源，在電容出現(xiàn)變化時(shí)，橋路的輸出也會隨之發(fā)生改變，然后經(jīng)過交流放大器進(jìn)行放大后，使用檢流器進(jìn)行檢波，最后得到隨著電容變化比例變化的電壓輸出V0。

3.2 數(shù)字化處理測量到的輸出信號

當(dāng)測量到電路輸出電壓V0時(shí)，使用A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號，經(jīng)單片機(jī)把光耦隔離和A/D轉(zhuǎn)換器連接起來，再對電路進(jìn)行變換，最后把信號轉(zhuǎn)變成可以使用單片機(jī)可以識別的信號，使用單片機(jī)處理過后利用線性化函數(shù)進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算，將數(shù)據(jù)處理成和變化量成正比的數(shù)字，然后再使用IEC61850的GOOSE通信協(xié)議將信息輸送出來，也可以使用V/I和D/A轉(zhuǎn)變成5～21mA直流電流信號輸出，然后將設(shè)定值和測量值進(jìn)行對比，將位式控制完成。

3.3 設(shè)計(jì)通訊系統(tǒng)的硬件和軟件

在進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)的時(shí)候，要滿足多個(gè)設(shè)施、多個(gè)主機(jī)的通訊要求，要將數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较蛟谕ㄓ崊f(xié)議上明確的定義出來。

在對硬件進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，要將RS-485接口安裝到硬件上，以便達(dá)到網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通的目的，將多臺裝置掛接到兩根傳輸線上，使用單片機(jī)和光耦對串口進(jìn)行轉(zhuǎn)換，通過光交換機(jī)連接至變電站綜控系統(tǒng)，從而有效的避免設(shè)備直接的互相干擾。

3.3.1 使用的通信貼格式

在進(jìn)行校驗(yàn)的過程中，一般使用8位校驗(yàn)和進(jìn)行校驗(yàn)，如果可以正常進(jìn)行通信，就說明上位機(jī)發(fā)送的命理和其對應(yīng)的命令參數(shù)的設(shè)計(jì)是正確的，下位機(jī)會根據(jù)要求進(jìn)行動作，如果不正常，那么下位機(jī)將沒有響應(yīng)。

3.3.2 通訊數(shù)據(jù)流的構(gòu)成

儀表返回?cái)?shù)據(jù)的格式：

在傳輸?shù)倪^程中，如果起始標(biāo)志和數(shù)據(jù)、結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)一致，那么就需要將數(shù)據(jù)傳送兩次，從上面的通訊協(xié)議可以看出，數(shù)據(jù)的目的地和源地址都十分的明確，上位機(jī)的編號和儀表的編號都可以隨意設(shè)置，可以利用面板的按鈕對儀表的編號進(jìn)行設(shè)置，也可以使用上位機(jī)通過RS-485通訊口對儀表編號進(jìn)行設(shè)置。可以使用面板上的按鍵對儀表的波特率、通訊地址、通信帖格式進(jìn)行設(shè)置，同樣也可以由上位機(jī)通過RS-485通訊口對儀表的波特率、通信地質(zhì)、波特率進(jìn)行調(diào)整。

4.智能色譜在線監(jiān)測

智能色譜在線監(jiān)測包含了職能組件、監(jiān)測裝置、可擴(kuò)展鐵芯接地電流在線裝置等，并且支持61850數(shù)據(jù)的上傳。整套裝置使用UDM-501職能組件作為終端智能設(shè)備，可以支持基于IEC61850的GOOSE通信協(xié)議，設(shè)置有兩個(gè)獨(dú)立光釬GOOSE口，可以同時(shí)接入兩個(gè)過程層的GOOSE網(wǎng)。利用智能色譜在線監(jiān)測，不僅可以在最短的時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)在變壓器內(nèi)部的問題，提高了判斷的準(zhǔn)確率，而且可以進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測，對缺陷的變化情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的掌握。

5.結(jié)論

綜上所述，使用在線檢測技術(shù)不僅可以對變壓器油中的水分和溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，而且還可以對變壓器中油質(zhì)的詳細(xì)情況有一個(gè)非常詳細(xì)的了解，在判斷變壓器的安全狀況、分析變壓器的運(yùn)行情況方面提供出了科學(xué)合理的參考依據(jù)，大大的降低了變壓器的維護(hù)成本，節(jié)省了投入的維護(hù)人員數(shù)量，而且可以有效的防止了事故的出現(xiàn)，提高了變壓器的使用時(shí)間，特別是在使用了比較先進(jìn)的TROM-600變壓器油色譜在線監(jiān)測裝置后，安全性和監(jiān)測的準(zhǔn)確性都有了很大的提高。

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