換流變壓器狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究

梅智琳　孫勝祥　鄒榮盛

摘要：文章從換流變壓器的檢測(cè)內(nèi)容入手，通過(guò)對(duì)油中溶劑氣體、絕緣油高度和溫度、鐵芯接地狀態(tài)、套管絕緣狀態(tài)、局部放電狀態(tài)、OLTC狀態(tài)等的綜合分析與研究，結(jié)合目前變電站內(nèi)變壓器的在線監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的配置情況，對(duì)換流變壓器狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)單比較并提出合理性建議。

關(guān)鍵詞：換流變壓器；狀態(tài)監(jiān)測(cè)；在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；變電站；現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類(lèi)號(hào)：TM402 文章編號(hào)：1009-2374（2015）11-0024-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.11.013

1 換流變壓器狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)組成

換流變壓器絕緣油油色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)單元（色譜數(shù)據(jù)采集器）、主站單元（數(shù)據(jù)處理服務(wù)器）及監(jiān)控后臺(tái)（監(jiān)控軟件、狀態(tài)監(jiān)測(cè)與預(yù)警軟件）組成?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)單元，即色譜數(shù)據(jù)采集器由油樣采集單元、油氣分離單元、氣體檢測(cè)單元、數(shù)據(jù)采集單元、現(xiàn)場(chǎng)控制處理單元、通訊控制單元及輔助單元組成。每一臺(tái)色譜數(shù)據(jù)采集器可監(jiān)測(cè)一臺(tái)換流變壓器，其中輔助單元包括置于色譜數(shù)據(jù)采集器內(nèi)的載氣、接口法蘭、油管及通信電纜等。換流變壓器的絕緣油采用循環(huán)取樣的方式。主站單元（數(shù)據(jù)處理服務(wù)器）通過(guò)RS485/CAN總線或100M以太網(wǎng)控制多臺(tái)色譜數(shù)據(jù)采集器?？睾笈_(tái)（監(jiān)控軟件、狀態(tài)監(jiān)測(cè)與預(yù)警軟件）提供了基于權(quán)限的多級(jí)用戶(hù)管理，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、系統(tǒng)報(bào)警、歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)查詢(xún)及顯示分析功能。

1.2 接口方式

在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的接口方式主要有三種方式：第一種是各采集裝置之間采用RS485總線接口通信，或者采用光纖接口通信；第二種是各采集裝置與主站單元之間采用RS485總線接口通信，或者采用以太網(wǎng)接口通信或者采用光纖接口通信；第三種是監(jiān)控后臺(tái)能提供通訊協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制，可以提供如MODBUS Slave通訊規(guī)約、IEC61850規(guī)約，通訊接口為以太網(wǎng)接口，也可以通過(guò)RS485，將在線監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)送至站內(nèi)的監(jiān)控接口單元。同時(shí)，換流變壓器色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)硬接線的方式，將系統(tǒng)的報(bào)警信號(hào)，故障信號(hào)送至全站監(jiān)控系統(tǒng)。

2 換流變壓器的檢測(cè)內(nèi)容

本文中我們主要討論直流高壓大容量油浸式換流變壓器的檢測(cè)內(nèi)容。

2.1 換流變故障情況

換流變?cè)O(shè)備的故障的初期往往是在設(shè)備內(nèi)部發(fā)生的，從目前換流站的實(shí)際運(yùn)行情況來(lái)看，換流變內(nèi)部油色譜異常、套管滲漏油、接頭發(fā)熱、介質(zhì)損耗因數(shù)超標(biāo)、分接開(kāi)關(guān)故障、鐵芯故障是主要故障源。如果仍然沿用定期檢測(cè)的模式，很可能導(dǎo)致設(shè)備故障的擴(kuò)大，造成不必要的損失，甚至導(dǎo)致大規(guī)模停電事故的產(chǎn)生。因此，實(shí)現(xiàn)對(duì)換流變的狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)是必要的，也是今后的發(fā)展方向。

2.2 換流變?cè)诰€監(jiān)測(cè)的范圍

根據(jù)上述換流變的故障情況以及換流站對(duì)狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)的要求，換流變狀態(tài)的在線監(jiān)測(cè)的范圍主要是油中溶解氣體及微水監(jiān)測(cè)，儲(chǔ)油箱中絕緣油油位、油溫監(jiān)測(cè)，繞組溫度監(jiān)測(cè)，鐵心接地電流監(jiān)測(cè)，套管絕緣監(jiān)測(cè)，局部放電監(jiān)測(cè)，有載調(diào)節(jié)器（OLTC）狀態(tài)監(jiān)測(cè)。確保換流變正常運(yùn)行的主要部件包括繞組、鐵心、絕緣油、冷卻器及有載調(diào)節(jié)器（OLTC）。因此，監(jiān)控的關(guān)鍵參數(shù)包括油/紙的絕緣（包括繞組和變壓器）、負(fù)載和運(yùn)行狀態(tài)、OLTC故障。因此狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)也在這些項(xiàng)目上。

2.3 換流變狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)分析

2.3.1 油中溶劑氣體狀態(tài)監(jiān)測(cè)。換流變壓器油中溶解氣體狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置由油氣分離單元、特征氣體檢測(cè)單元和數(shù)據(jù)處理與診斷單元三個(gè)基本單元組成。油氣分離單元：監(jiān)測(cè)油中溶解氣體的狀態(tài)，變壓器中溶解氣體狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)的關(guān)鍵是將氣體從油中分離，分離油中的氣體通常用高分子膜分離。

當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，絕緣油的碳?xì)浠衔锿ㄟ^(guò)化學(xué)反應(yīng)形成烴類(lèi)氣體，分解出的氣體不斷在絕緣油中溶解并擴(kuò)散。故障的類(lèi)型及其嚴(yán)重程度與故障氣體的組成和含量有很大的聯(lián)系。設(shè)備內(nèi)部故障和監(jiān)視設(shè)備運(yùn)行狀況的判斷是通過(guò)分析導(dǎo)出氣體來(lái)實(shí)現(xiàn)的，在充油電氣設(shè)備安全運(yùn)行中，這已經(jīng)成為一種非常重要的手段。

2.3.2 絕緣油高度和溫度狀態(tài)監(jiān)測(cè)。一般情況下，換流變壓器內(nèi)的絕緣油在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)發(fā)生分解。某些C-H鍵和C-C鍵在電或熱故障時(shí)會(huì)斷裂，少量活潑的氫原子和不穩(wěn)定的碳?xì)浠衔镒杂苫S著而生成，這些自由基是CH3*和CH2*CH*。通過(guò)復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)這些氫原子或者自由基能重新化合成氫氣和低分子烴類(lèi)氣體（如甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等）。故障剛發(fā)生時(shí)形成的氣體在油中溶解，故障能量較大時(shí)能聚集成自由氣體。油箱內(nèi)壓力增大是因氣體溢出引起的，而油面下降可能是因氣體溢出引起的，也可能因油箱損壞引起的。減少絕緣油，即參與換流變壓器內(nèi)油循環(huán)降溫的物質(zhì)減少，換流變壓器內(nèi)溫度升高，加快絕緣性能降低，因此需要監(jiān)測(cè)油箱內(nèi)絕緣油的油面高度。

2.3.3 繞組溫度狀態(tài)監(jiān)測(cè)。在換流變壓器運(yùn)行時(shí)，本體鋼構(gòu)件、鐵心、繞組均要產(chǎn)生損耗，損耗轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃肯蛑車(chē)橘|(zhì)中發(fā)散，致使換流變壓器整體發(fā)熱和溫度升高。當(dāng)繞組及鐵心溫度與絕緣油溫度有一點(diǎn)的溫差時(shí)，絕緣油的一部分熱量是通過(guò)熱傳遞從繞組及鐵心溫度得來(lái)的，從而使油溫升高。通過(guò)散熱器循環(huán)，絕緣油將自身的熱量傳遞給外部空氣介質(zhì)。繞組、鐵心和油的溫度經(jīng)過(guò)循環(huán)后大致相近并趨于平衡狀態(tài)。此時(shí)，換流變壓器本體鋼構(gòu)件、鐵心、繞組熱量散發(fā)、溫度降低，設(shè)備運(yùn)行達(dá)到穩(wěn)定。一般來(lái)講，換流變壓器內(nèi)部各部件的溫度由所產(chǎn)生的損耗決定，絕緣油最低，鐵芯略高，繞組最高。

3 換流變狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)的應(yīng)用和建議

從上文中可以看到，換流變狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)與診斷技術(shù)近年來(lái)受到了高度重視，在各個(gè)方面的檢測(cè)技術(shù)均有了很大的進(jìn)步，也開(kāi)發(fā)出了各種監(jiān)測(cè)技術(shù)。但是對(duì)于局部放電、繞組變形、振動(dòng)頻譜等的狀態(tài)監(jiān)測(cè)，仍需要加大研發(fā)力度，以滿(mǎn)足變壓器狀態(tài)監(jiān)測(cè)和狀態(tài)檢修的要求。換流變狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用比較及建議見(jiàn)表1。

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作者簡(jiǎn)介：梅智琳（1983-），女，湖北武漢人，海軍工程大學(xué)裝備經(jīng)濟(jì)管理系在職碩士研究生，供職于湖北省送變電工程公司，研究方向：項(xiàng)目管理。

（責(zé)任編輯：周 瓊）