變壓器絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計分析

摘 ?要：近年來，隨著在線監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，在線油色譜廣泛應(yīng)用于高壓變壓器油中溶解氣體的檢測，在線油色譜監(jiān)測具有快速、重復(fù)性好等優(yōu)點，但目前在線色譜廠家多，在線色譜脫氣方式多樣，存在由于脫氣裝置本身缺陷導(dǎo)致色譜載氣進入變壓器油中的風(fēng)險，給變壓器安全運行帶來極大隱患。鑒于此，文章結(jié)合筆者多年工作經(jīng)驗，對變壓器絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計分析提出了一些建議，僅供參考。

關(guān)鍵詞：變壓器;絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計;分析

引言

隨著時代不斷的發(fā)展，在線監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用于變電維修中越來越受到重視，主要表現(xiàn)為應(yīng)用的范圍逐漸廣泛，經(jīng)濟效益持續(xù)增長，此外，許多科學(xué)研究所及高校也在逐步將在線檢測技術(shù)應(yīng)用于設(shè)備監(jiān)測的過程中。由于目前的變電設(shè)備較為復(fù)雜，因此相應(yīng)的在線監(jiān)測設(shè)備還有待進一步完善，在今后的設(shè)計研發(fā)中，應(yīng)進一步加強在線監(jiān)測技術(shù)的人工智能化，從而使變電維修設(shè)備更加便捷。

1、變壓器中絕緣在線監(jiān)測技術(shù)及其應(yīng)用的重要作用

在變壓器中絕緣在線監(jiān)測技術(shù)的可靠性在試驗及相關(guān)的實踐中得到了全面的驗證，其技術(shù)廣泛的應(yīng)用對于變電維修工作具有重要意義。在變壓器中絕緣線監(jiān)測技術(shù)作為一種新興的監(jiān)控技術(shù)，通過獲取設(shè)備的數(shù)據(jù)信息，加以對數(shù)據(jù)進行分析計算，以此為設(shè)備的維修監(jiān)測進行有價值信息的提供。設(shè)備工作的過程中，其運行狀況與性能的關(guān)系十分密切，一般來說，設(shè)備發(fā)生故障的損失是無法預(yù)估的，但在線監(jiān)測技術(shù)可以很好的處理這一問題，對于設(shè)備的運營過程進行全面的監(jiān)測、記錄，一旦設(shè)備發(fā)生故障，即可采取維護措施。在變壓器中絕緣線監(jiān)測技術(shù)監(jiān)測的方面較為全面，因此其監(jiān)測結(jié)果與實際情況較為符合，對于檢修與維護過程中，變電檢修的方向性及目的十分明確，能夠減少資源的浪費。

2、變壓器的影響因素

在油浸式變壓器中，主絕緣以油紙屏障絕緣結(jié)構(gòu)最為常用?？v絕緣是同一繞組各部分之間的絕緣，如不同繞組間、層間和匝間的絕緣等。通常以沖擊電壓在繞組上的分布作為繞組縱絕緣設(shè)計的依據(jù)，但匝間絕緣還應(yīng)考慮長時期工頻工作電壓的影響。電網(wǎng)中有了諧波電流會造成電壓正弦波形畸變，使電壓質(zhì)量下降，給發(fā)供電設(shè)備、用電計量、繼電保護等帶來危害，污染電網(wǎng)。諧波還會使電網(wǎng)中感性負載產(chǎn)生過電壓、容性負載產(chǎn)生過電流，對安全運行帶來危害。產(chǎn)生諧波的設(shè)備主要有冶金、化工、電氣化鐵路及其他換流設(shè)備，非線性用電設(shè)備都是諧波源，尤其是硅整流、晶閘管投切設(shè)備以及電弧爐、電焊機等。

3、變壓器絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計分析

3.1硬件設(shè)計

在線式絕緣監(jiān)測裝置包括以下幾部分：絕緣采樣調(diào)理電路、人機接口、RS-485通信、CAN通信、開關(guān)量輸出、最小單元和輔助電源部分。絕緣采樣電路中：R1～R3、R4～R7為平衡橋電阻，且總阻值都為30kΩ;R1～R2、R4～R6為檢測橋電阻，檢測橋電阻為平衡橋電阻的部分電阻，形成了橋電阻部分共用。這不同于傳統(tǒng)平衡橋電阻和非平衡橋電阻分離且獨立的現(xiàn)象。S1、S3為檢測橋開關(guān)，通過STM32完成橋電阻R3和R7的接入與斷開，R3為5.1kΩ、R7為10kΩ，實現(xiàn)了不平衡狀態(tài)的檢測。R8、R9為補償橋電阻且阻值不同，通過STM32的輸出來控制電阻的接入與斷開，以實現(xiàn)電壓補償功能。其中：S21、S22為接入與斷開的補償橋開關(guān)，可以將它們統(tǒng)稱為S2。同時，R10～R13為采樣電阻，其阻值為3MΩ。通過電阻網(wǎng)絡(luò)分壓，接著電阻分壓采樣值通過VREF（1.25V）的抬升、運放（LM358D）比例調(diào)整、RC濾波和電壓嵌位進入STM32的ADC引腳。這不同于傳統(tǒng)的光電隔離采樣，實現(xiàn)了非隔離絕緣采樣。

3.2軟件設(shè)計

軟件設(shè)計采用C++編寫，運行環(huán)境為IAR7.10，在μC/OS操作系統(tǒng)下模塊化設(shè)計，便于系統(tǒng)的可移植性與內(nèi)存調(diào)度，有利于后期的維護、升級。本裝置在不接地直流電源系統(tǒng)中進行實際試驗。絕緣電阻測量值與實際值的相對誤差很小，且測量數(shù)據(jù)的相對誤差可以控制在±2.5%以內(nèi)，完全滿足中±5%的誤差要求。將正負/母線對地之間接入電容，裝置能夠檢測其容值，施加的標(biāo)稱電容值與顯示值的誤差較小，誤差可以控制在±10.0%以內(nèi)。

3.3改進措施

基于以上脫氣裝置的缺陷，為防止載氣直接或間接進入變壓器油中，提出以下兩點改進思路：第一，對使用膜分離技術(shù)的脫氣方式，對脫氣裝置加裝減震模塊，保證膜在一個穩(wěn)定的環(huán)境中工作。在實際運行中發(fā)現(xiàn)高壓變壓器在線油色譜脫氣裝置受高壓變壓器震動影響明顯，因震動引起膜破損、蠕動導(dǎo)致變壓器油污染色譜柱的現(xiàn)象時有發(fā)生。對脫氣裝置加裝減震模塊，能有效減慢膜的老化、破損速度。第二，改變高壓變壓器主循環(huán)油路的結(jié)構(gòu)。（1）傳統(tǒng)的油色譜脫氣裝置裝設(shè)在油路主循環(huán)管道上。將油色譜脫氣裝置從主循環(huán)油路中獨立出來，作為檢測支路，這樣可有效避免部分載氣進入主循環(huán)油路。（2）在脫氣裝置后加裝真空濾油脫氣裝置和壓力異常閉鎖報警裝置。在脫氣裝置后的油路管道上安裝真空濾油裝置，真空濾油的原理跟真空脫氣的原理類似，此裝置主要針對溶解于油中的氣體，在高溫條件下機械振蕩，析出溶解于油中的氣體并脫氣。濾油裝置之后安裝高靈敏度的壓力閉鎖保護裝置，此裝置主要針對游離氣體。根據(jù)氣壓和液壓對油路管道壓力的區(qū)別，當(dāng)油中存在游離氣體時，壓力傳感器會檢測到壓力下降，將控制裝設(shè)在油路主循環(huán)管道上的電磁控制閥閉鎖主循環(huán)油路，并向油色譜裝置后臺發(fā)出報警信息，避免游離氣體進入變壓器油中。

結(jié)束語

在線監(jiān)測的最終目的是為了盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)備及系統(tǒng)在運行時出現(xiàn)的故障問題，使設(shè)備維護人員在事故發(fā)生的萌芽期采取有效的維修手段進行故障的消除，進而避免危險事故的發(fā)生。伴隨電力市場系統(tǒng)的不斷優(yōu)化改進，節(jié)約物力、人力的在線監(jiān)測技術(shù)廣受社會各界的關(guān)注。

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作者簡介：劉建新，男，漢，陜西綏德，19870228，發(fā)電廠及電力系統(tǒng)，陜西有色榆林新材料集團有限責(zé)任公司發(fā)電分公司。