變壓器絕緣油監(jiān)測(cè)控制技術(shù)研究進(jìn)展

唐楷 楊俊波 鄧貴川 王文川 林國(guó)良

①四川輕化工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院 ②四川盛鑫源電器設(shè)備制造有限公司③自貢市創(chuàng)新科技咨詢服務(wù)有限公司

目前，國(guó)家正在大力鼓勵(lì)發(fā)展推廣節(jié)能型、智能化的配電電力變壓器。變壓器的穩(wěn)定運(yùn)行及使用時(shí)間長(zhǎng)短對(duì)國(guó)家電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定和市場(chǎng)效益起著不可取代的作用。在變壓器設(shè)備運(yùn)行事故中，由于絕緣油監(jiān)測(cè)失控導(dǎo)致的事故比比皆是。因此，對(duì)變壓器絕緣油的運(yùn)行維護(hù)及在線監(jiān)測(cè)工作在電力系統(tǒng)中顯得尤為重要[1-4]。

1 目的和意義

變壓器在電力系統(tǒng)中起到樞紐作用，其重要性不言而喻。變壓器穩(wěn)定性和電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行息息相關(guān)。由于變壓器的故障而導(dǎo)致設(shè)備損失比比皆是。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外工程技術(shù)人員對(duì)變壓器事故原因開展了眾多研究，從結(jié)論分析來(lái)看，大部分事故都是由于變壓器局部故障擴(kuò)大而導(dǎo)致。國(guó)內(nèi)目前對(duì)變壓器運(yùn)行工況分析不充分，主要依靠預(yù)防性試驗(yàn)。但是因?yàn)轭A(yù)防性實(shí)驗(yàn)耗時(shí)長(zhǎng)，現(xiàn)在行業(yè)內(nèi)通行的預(yù)防性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目對(duì)變壓器發(fā)展性故障反應(yīng)不敏捷，發(fā)展速度如果幾天至幾周的局部性缺陷很難及時(shí)發(fā)現(xiàn)。但這種由于局部缺陷擴(kuò)大，而在一段時(shí)間內(nèi)造成的事故往往占有很大比例。變壓器油雖絕緣不導(dǎo)電，但由于長(zhǎng)期參與高壓電器運(yùn)行，在光、熱、金屬、外界電磁場(chǎng)及各種催化雜質(zhì)的作用下會(huì)產(chǎn)生催化反應(yīng)[5-6]。況且，變壓器油中含有的微量水分也會(huì)導(dǎo)致設(shè)備受潮、絕緣材料老化以及油況質(zhì)量下降不利影響。另外，變壓器絕緣油中溶解的氣體，也會(huì)對(duì)變壓器造成的巨大損害。綜合來(lái)看，如何有效測(cè)定變壓器油中微量水分，同時(shí)對(duì)變壓器油中溶解氣體的定性和定量檢測(cè)，是變壓器絕緣油監(jiān)測(cè)控制的技術(shù)關(guān)鍵[7-8]。

2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外研究人員在該領(lǐng)域做了大量科學(xué)研究，其中接近實(shí)用階段的技術(shù)成果如下[9-11]：

“一種電力變壓器絕緣油中溶解氣體智能在線監(jiān)測(cè)裝置”（ZL 201220415468.3）開發(fā)了一類智能在線監(jiān)測(cè)裝置。該裝置的油氣分離模塊通過管路與電力變壓器連接，油氣分離模塊通過通訊電纜與色譜分離氣體檢測(cè)模塊連接，色譜分離氣體檢測(cè)模塊通過通訊電纜與現(xiàn)場(chǎng)控制與處理單元連接，現(xiàn)場(chǎng)控制與處理單元通過通訊電纜與GPRS模塊連接，主站單元及監(jiān)測(cè)軟件通過數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)庫(kù)連接。采用本裝置可在線、連續(xù)、快速、自動(dòng)分析充油高壓電力設(shè)備中溶解的H2、CH4、CO、CO2、C2H4、C2H2、C2H6氣體的含量和增長(zhǎng)率，并對(duì)設(shè)備故障進(jìn)行自動(dòng)診斷。

“變壓器絕緣油水分含量在線監(jiān)測(cè)裝置及方法”（ZL 2018 10828604.3）提供了一種變壓器絕緣油水分含量在線監(jiān)測(cè)裝置，包括：振蕩頻率計(jì)數(shù)器、油樣恒溫檢測(cè)腔及晶振等部件構(gòu)成。根據(jù)晶振產(chǎn)生的振蕩頻率的變化獲取變壓器絕緣油水分含量。

“一種變壓器絕緣油光聲光①譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”（ZL 2020 10483026.1）開發(fā)了一種變壓器絕緣油光聲光譜在線監(jiān)測(cè)。該方法提供的變壓器絕緣油光聲光譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有便于通過故障診斷系統(tǒng)早期預(yù)報(bào)設(shè)備故障隱患信息，避免設(shè)備事故，減少重大損失，提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性的優(yōu)點(diǎn)。但技術(shù)尚未得到廣泛印證，可靠性和準(zhǔn)確性尚待驗(yàn)證。

“一種基于PIC單片機(jī)的變壓器絕緣油在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”（ZL 201620558606.1）提供了一種變壓器絕緣油在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括氣體檢測(cè)模塊、微水檢測(cè)模塊、油溫檢測(cè)模塊、A/D采樣模塊、PIC控制模塊。該方法通過傳感器檢測(cè)到的變壓器絕緣油中溫度、濕度、溶解氣體各組成含量等信息，匯總到控制模塊，并且通過液晶顯示屏和鍵盤實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)維護(hù)人員的人機(jī)信息交互，實(shí)時(shí)對(duì)變壓器絕緣油進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)。

“一種變壓器油油套管絕緣油在線監(jiān)測(cè)裝置”（ZL 202010 454518.8）提供了一種變壓器油油套管絕緣油在線監(jiān)測(cè)裝置，包括油氣分離單元、光聲單元、信號(hào)處理單元、數(shù)據(jù)采集控制單元和PLC控制單元。其中，光聲單元用于檢測(cè)分離的氣體，輸出壓力信號(hào)，信號(hào)處理單元將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，信號(hào)處理單元通過信號(hào)傳輸線與數(shù)據(jù)采集控制單元連接，所述的數(shù)據(jù)采集控制單元與主控制中心監(jiān)測(cè)平臺(tái)通過RS485連接；PLC控制器單元分別與油氣分離單元、光聲單元、數(shù)據(jù)采集控制單元通過RS232連接。本裝置解決了變壓器油油套管絕緣油色譜監(jiān)測(cè)時(shí)間長(zhǎng)、無(wú)在線監(jiān)測(cè)問題。

“絕緣油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)裝置及絕緣油中氣體脫出方法”（ZL 201810073972.1）開發(fā)了一種絕緣油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)裝置，該裝置包括脫氣缸、除油室、直線步進(jìn)電機(jī)以及色譜分析氣路模塊。該方法無(wú)需油循環(huán)泵和真空泵，優(yōu)化了脫氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，降低了投入成本，提高了脫氣效率。

“一種變壓器絕緣油在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法”（ZL 20151039 7902.8）提供了一種變壓器絕緣油在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法。包括對(duì)絕緣油進(jìn)行PH值檢測(cè)的PH值監(jiān)測(cè)模塊，監(jiān)測(cè)變壓器油箱內(nèi)絕緣油壓力的壓力檢測(cè)模塊，檢測(cè)絕緣油油位的油位監(jiān)測(cè)模塊和用于對(duì)監(jiān)測(cè)模塊進(jìn)行供電的電源模塊。實(shí)時(shí)采集變壓器油箱內(nèi)絕緣油的不同時(shí)刻不同位置的PH值，并實(shí)時(shí)采集變壓器油箱內(nèi)不同時(shí)刻不同位置的壓力值，得出異常清楚發(fā)出警報(bào)并通知管理員。能夠?qū)ψ儔浩鹘^緣油進(jìn)行及時(shí)漏油監(jiān)測(cè)和氧化監(jiān)測(cè)，并鎖定故障點(diǎn)通知管理人員。

3 結(jié)論和展望

（1）針對(duì)變壓器絕緣油監(jiān)測(cè)這一問題，離線監(jiān)測(cè)需要在變壓器設(shè)備停運(yùn)時(shí)進(jìn)行各種試驗(yàn)檢測(cè)，這種方法不能被大范圍使用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，變壓器設(shè)備在線監(jiān)測(cè)技術(shù)將得到進(jìn)一步研究和推廣。

（2）采用氣相色譜儀技術(shù)可以同時(shí)分析油中溶解氣體，便于發(fā)現(xiàn)早期故障。但是這種方法需要定時(shí)抽取油樣，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析，試驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)，不能實(shí)現(xiàn)在線連續(xù)監(jiān)測(cè)，使用仍然有一定局限。

（3）針對(duì)變壓器絕緣油監(jiān)測(cè)技術(shù)研究，還需要綜合考慮監(jiān)控軟件的開發(fā)和現(xiàn)場(chǎng)安裝測(cè)試及分析系統(tǒng)性能，設(shè)計(jì)電源、殼體等系統(tǒng)輔助部分，才能更好的接近實(shí)際應(yīng)用。