基于泛在物聯(lián)網(wǎng)的變壓器油枕油位監(jiān)測方法

何智杰 傅煒婷 劉逸峰 林燕楨 洪君毅 張俊琎

摘要：經(jīng)運(yùn)行統(tǒng)計(jì)及大量的現(xiàn)場案例證明，儲油柜橡膠的損壞與運(yùn)行年限無直接關(guān)系，但隨著儲油柜使用年限的不斷增長，隱患概率將會持續(xù)增大，如何做到新要求下的狀態(tài)檢修，給現(xiàn)場電氣試驗(yàn)人員帶來了難題。本文提出一種基于泛在物聯(lián)網(wǎng)的變壓器油枕油位監(jiān)測方法，能夠在變壓器不停運(yùn)的情況下，快速、準(zhǔn)確的對變壓器油枕內(nèi)部油位進(jìn)行測量;利用泛在電力物聯(lián)通信技術(shù)，有效縮短故障研判和診斷的時(shí)間，提升檢修效率，從而提高經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。

關(guān)鍵詞：油枕;油位;帶電檢測

一、 序言

變壓器作為電力系統(tǒng)的樞紐設(shè)備，其運(yùn)行可靠性與電力系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定密切相關(guān)，而絕緣材料浸漬在變壓器油中不僅可以提高變壓器內(nèi)部絕緣強(qiáng)度，同時(shí)還可以避免潮氣的侵蝕。因此變壓器內(nèi)部的絕緣油油量的多少不僅影響變壓器設(shè)備的絕緣水平，同時(shí)影響變壓器內(nèi)部絕緣材料的使用周期和運(yùn)行過程中散熱能力。

油枕油位過高，變壓器滿載或過載運(yùn)行時(shí)將會引起變壓器溢油等故障;油位過低，則有可能使得引線或鐵芯直接接觸空氣，造成變壓器內(nèi)部絕緣水平大幅降低，發(fā)生報(bào)警甚至跳閘。同時(shí)油表連桿彎曲、斷裂和表計(jì)指針脫落、失靈等原因造成的假油位現(xiàn)象，也大大增加了油位異常時(shí)的傳統(tǒng)人工目視檢查誤判的可能。因而，如何在變壓器不停運(yùn)的情況下，快速、準(zhǔn)確的對變壓器油枕內(nèi)部油位進(jìn)行測量，將變壓器油枕油位保持在正常數(shù)值范圍內(nèi)，成為長期以來困擾工程技術(shù)人員的難題和挑戰(zhàn)。

二、 主變跳閘重大事故案例

2.1 故障概況

2016年01月25日凌晨4時(shí)43分，220kV香山變#3主變本體輕瓦斯動作發(fā)信。凌晨5時(shí)27分，220kV香山變#3主變本體重瓦斯動作跳閘。

2.2 故障原因分析

油枕油位計(jì)存在故障（卡針），油位計(jì)卡死在“4格”處，導(dǎo)致油枕缺油沒有在安裝過程中被發(fā)現(xiàn)。主變投運(yùn)后，主變負(fù)荷較低，本體油溫變化不大，這種運(yùn)行方式下運(yùn)行人員很難通過巡視發(fā)現(xiàn)油位異常。此次全國極端降溫，特別在凌晨時(shí)，變電站氣溫降到0℃，在主變負(fù)荷不到20MVA的低負(fù)荷下（主變?nèi)萘繛?80MVA），運(yùn)行中的本體油溫降到極端情況下的18.5℃，在油枕內(nèi)少油的情況下，由于變壓器油熱脹冷縮的物理性質(zhì)，導(dǎo)致油枕、氣體繼電器內(nèi)的變壓器油回流至變壓器本體，變壓器本體氣體繼電器缺油保護(hù)動作。

2.3現(xiàn)階段防范措施

2.3.1人工排查梳理

全面排查35kV及以上變壓器主變本體油溫和油位曲線對應(yīng)情況，確認(rèn)是否存在油溫、油位不對應(yīng)的情況，如有異常的盡快安排消缺。

2.3.2加強(qiáng)人工巡視

巡視時(shí)，要求巡視人員多觀察、比對，對發(fā)現(xiàn)油位異常、不同溫度下油位沒有發(fā)生變化或者油位與曲線不對應(yīng)的，必須上報(bào)缺陷，要求檢修人員進(jìn)行檢查、確認(rèn)。

三、 基于泛在物聯(lián)網(wǎng)的變壓器油枕油位監(jiān)測方法

3.1 國內(nèi)外現(xiàn)狀分析

目前國內(nèi)外對變壓器油位監(jiān)測研究多基于機(jī)械原理的傳統(tǒng)方法，大致分為兩類，首先機(jī)械式操作，要求低、易操控、費(fèi)用低，但其存在弊端與缺陷，即內(nèi)部構(gòu)造過于復(fù)雜，導(dǎo)致傳輸?shù)臄?shù)據(jù)受到主觀因素影響，其精度與時(shí)效難以保證，遇到突發(fā)狀況時(shí)，其傳輸數(shù)據(jù)失去科學(xué)性和參考價(jià)值，并且該方法僅能輸出最終結(jié)果，無法描述與采集實(shí)時(shí)狀態(tài);其次是數(shù)字式，與機(jī)械式操作相比有了質(zhì)的飛躍，可有效的保證數(shù)據(jù)的真實(shí)性與有效性，被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，具有較好的成效，但是由于是電信號傳輸，受電磁干擾影響。

因此亟需開發(fā)一套變壓器油枕油位監(jiān)測裝置用于降低了操作人員的勞動強(qiáng)度，能夠在變壓器不停運(yùn)的情況下，快速、準(zhǔn)確的對變壓器油枕內(nèi)部油位進(jìn)行探測。

3.2 基于比對超聲回波信號的變壓器油枕油位測試方法

系統(tǒng)由信號發(fā)射雙探頭、超聲回波采集模塊、無線通信單元、智能信號處理裝置組成，通過耦合劑將信號發(fā)射雙探頭緊貼油枕外部表面，使得信號發(fā)射雙探頭內(nèi)部產(chǎn)生的高頻超聲波信號能有效的傳入油枕，信號發(fā)射雙探頭內(nèi)部的聲波采集模塊實(shí)時(shí)采集雙探頭的高頻超聲波在不同介質(zhì)表面產(chǎn)生反射的信號回波，并同時(shí)將采集的雙探頭數(shù)據(jù)由無線通信單元發(fā)送，將超聲回波采集模塊采集的高頻超聲波信號回波發(fā)送給智能信號處理裝置，其根據(jù)聲波采集模塊接收到的雙探頭在不同介質(zhì)表面產(chǎn)生反射的信號回波，對信號發(fā)射雙探頭中間點(diǎn)分界處油枕水平油位進(jìn)行判斷。又因?yàn)槁暡ㄑ赜驼斫饘偻鈿1和變壓器油傳播速度v2已知，故根據(jù)雙探頭的兩個(gè)超聲信號回波的時(shí)間t1、t2，即可知道油枕中變壓器絕緣油水平距離，比對雙探頭的兩個(gè)超聲回波信號時(shí)間差，根據(jù)實(shí)際變壓器油枕的值判定信號發(fā)射雙探頭中間點(diǎn)分界處是否有油：

其中L1為油枕金屬外殼厚度，為L2油枕金屬外殼厚度及油枕中變壓器絕緣油水平距離，v1為測量溫度下油枕金屬外殼材料縱波聲速，v2為測量溫度下變壓器油縱波聲速，S為油枕中變壓器絕緣油水平距離。

四、結(jié)束語

該變壓器油枕油位監(jiān)測方法能夠在變壓器不停運(yùn)的情況下，快速、準(zhǔn)確的對變壓器油枕內(nèi)部油位進(jìn)行測量，測量穩(wěn)定且可重復(fù)性高;并且可做到實(shí)時(shí)信息采集，在不用對變壓器反復(fù)開孔檢查的情況下，利用泛在電力物聯(lián)通信技術(shù)，有效縮短故障研判和診斷的時(shí)間，提升檢修效率，從而提高經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。

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（作者單位：國網(wǎng)福建省電力有限公司）