探討變壓器故障在線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與研發(fā)

閆睿智　彭雪

摘? 要：在變壓器的運(yùn)行過程當(dāng)中，對變壓器的故障監(jiān)測是一項極為重要的工作。借助于變壓器故障在線監(jiān)測系統(tǒng)，電力工作者能夠?qū)崟r掌握變壓器的運(yùn)行情況并及時發(fā)現(xiàn)變壓器的故障，進(jìn)而保證了變壓器的穩(wěn)定運(yùn)行，對于電力系統(tǒng)意義重大。文章主要闡述了變壓器故障在線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與研發(fā)。

關(guān)鍵詞：變壓器;變壓器故障在線監(jiān)測系統(tǒng);設(shè)計研發(fā)

中圖分類號：TM407? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）31-0091-02

Abstract： In the process of transformer operation， transformer fault monitoring is a very important work. With the help of transformer fault on-line monitoring system， power workers can grasp the operation of transformer in real time and find the fault of transformer in time， so as to ensure the stable operation of transformer， which is of great significance to the power system. This paper mainly describes the design and development of transformer fault on-line monitoring system.

Keywords： transformer; transformer fault on-line monitoring system; design and development

隨著我國電力事業(yè)的快速發(fā)展，國家正在大力開展智能電網(wǎng)的研發(fā)工作。在這樣的時代背景下，實現(xiàn)變壓器運(yùn)行的智能化是電力行業(yè)發(fā)展的大勢所趨。為了保證變壓器的順利運(yùn)行，設(shè)計并研發(fā)變壓器故障在線監(jiān)測系統(tǒng)能夠幫助電力工作者對變壓器的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，及時排除變壓器的故障，具有極為重要的現(xiàn)實意義。

1 變壓器故障在線監(jiān)測系統(tǒng)的重要性

傳統(tǒng)的電力工作中，一般采用預(yù)防性試驗檢查變壓器中的故障，然而隨著電力行業(yè)的發(fā)展，這種方法的不足之處逐漸暴露出來。進(jìn)行預(yù)防性試驗時，電力設(shè)備必須停止運(yùn)行，并且試驗時變壓器中的電壓要小于電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時的電壓，無法反映出電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中變壓器的實際狀態(tài)，不僅如此，預(yù)防性維修需要投入大量的成本，電力設(shè)備停止運(yùn)行還會影響電力系統(tǒng)的正常供電，進(jìn)而影響到居民的正常用電，給電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益帶來嚴(yán)重的損失。隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，電力用戶對于電力企業(yè)供電的質(zhì)量要求日漸提高，因此，設(shè)計并研發(fā)變壓器故障在線監(jiān)測系統(tǒng)，是提升變壓器運(yùn)行過程穩(wěn)定性以及經(jīng)濟(jì)性的必要手段。

2 變壓器故障在線監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展

2.1 國外

現(xiàn)階段變壓器監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測對象主要包括三種，分別是絕緣油溶解氣體、內(nèi)部局部放電以及繞組過溫點(diǎn)。其中，絕緣油溶解氣體的監(jiān)測于20世紀(jì)中后期由來自加拿大的Syprotec公司首先提出，隨后，諸如日本的三菱公司與日立公司，以及美國的AVO公司都研發(fā)出了相應(yīng)的變壓器故障在線監(jiān)測系統(tǒng)，能夠同時監(jiān)測多種不同的特征氣體，如氫氣、一氧化碳、甲烷、乙炔、乙烯以及乙烷等;內(nèi)部局部放電的監(jiān)測通過分析局部的放電譜圖進(jìn)行相關(guān)信息的分析判斷，對于傳感器的靈敏程度要求比較高。這一技術(shù)在1980年左右由日本率先提出，并研發(fā)出了相應(yīng)的監(jiān)測儀器，此類儀器利用光作為媒介，同時借助聲電并用的方式降低監(jiān)測過程中其它因素對于監(jiān)測結(jié)果的干擾，進(jìn)而精準(zhǔn)的找出變壓器中發(fā)生放電故障的位置;而繞組過溫監(jiān)測則使用了繞組光纖測溫法對變壓器中的繞組溫進(jìn)行測量，現(xiàn)階段使用最多的是美國Luxtron公司生產(chǎn)的WTS-11型瑩光式光纖監(jiān)測系統(tǒng)，能夠測量0至200攝氏度的溫度，能夠精確到0.5攝氏度，誤差僅為2攝氏度以內(nèi)。

2.2 國內(nèi)

我國對于變壓器故障在線監(jiān)測系統(tǒng)的研究工作起步較晚，二十世紀(jì)末，相關(guān)的技術(shù)迎來了快速的發(fā)展，取得了令人可喜的成果。其中較為典型的變壓器故障在線監(jiān)測系統(tǒng)主要包括由武漢高壓研究院推出的局部放電監(jiān)測系統(tǒng)，不僅能夠準(zhǔn)確找出變壓器出現(xiàn)放電故障的具體位置，更能夠得出具體的放電總量;還有東北電力科學(xué)院研發(fā)的BSZ大型變壓器油色譜在線監(jiān)測裝置，檢測周期只需1h，監(jiān)測的準(zhǔn)確性也極為可靠，然而該裝置只能監(jiān)測變壓器中的氫氣、乙炔、乙烯和乙烷四種特征氣體。但不可否認(rèn)的是，我國的變壓器故障在線監(jiān)測系統(tǒng)的技術(shù)已經(jīng)取得了極為明顯的進(jìn)步。圖1為我國自主研發(fā)的變壓器油色譜及微水在線監(jiān)測系統(tǒng)裝置示意圖。

3 變壓器故障在線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與研發(fā)

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

變壓器故障在線監(jiān)測系統(tǒng)主要由兩個部分組成，分別是上位機(jī)以及下位機(jī)。下位機(jī)是直接控制設(shè)備獲取設(shè)備狀況的計算機(jī)，主要負(fù)責(zé)收集信息數(shù)據(jù)，經(jīng)過初步處理后傳輸給上位機(jī)，能夠?qū)崿F(xiàn)電阻的自動投切;上位機(jī)指的是可以直接發(fā)出操控命令的計算機(jī)，負(fù)責(zé)存儲下位機(jī)收集的數(shù)據(jù)信息，并進(jìn)行全面的分析處理，通過各類信號變化將變壓器的運(yùn)行狀況直接反映給電力工作人員。變壓器故障在線監(jiān)測系統(tǒng)的下位機(jī)主要包含四個模塊，分別是通信模塊、最大傳輸單元（MTU）控制模塊、投切模塊以及地線電流采集模塊，一般情況下，下位機(jī)安裝在變壓器附近，從而能夠隨時采集變壓器鐵芯中的電信號，并將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行實時存儲，同時，下位機(jī)能夠借助控制固態(tài)繼電器實現(xiàn)變壓器的電阻自動投切功能。變壓器故障在線監(jiān)測系統(tǒng)中的上位機(jī)之間借助RS485電纜進(jìn)行連接，系統(tǒng)中每一臺上位機(jī)都能夠同時進(jìn)行多臺下位機(jī)的操控，在收集下位機(jī)中的數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析的同時，上位機(jī)能夠通過全球移動通信系統(tǒng)（GSM）模塊對變壓器運(yùn)行過程中的各類情況以短信息的方式發(fā)送給電力工作人員，使得工作人員能夠及時掌握變壓器的異常。

3.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計及功能實現(xiàn)

變壓器故障在線監(jiān)測系統(tǒng)的硬件分為多個功能模塊，分別負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集、變壓器運(yùn)行現(xiàn)場的監(jiān)控顯示、傳感器信號的預(yù)處理，除此之外還有變壓器故障在線監(jiān)測系統(tǒng)上位機(jī)中的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信模塊和外圍電路。硬件系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集模塊主要負(fù)責(zé)將系統(tǒng)中的傳感器收集到的模擬信號經(jīng)過一系列的處理轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，將經(jīng)過轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號儲存在系統(tǒng)內(nèi)，經(jīng)初步的分析判斷之后得出變壓器故障的具體內(nèi)容并進(jìn)行簡單的處理。與此同時，系統(tǒng)能夠?qū)鞲衅鞑杉降臄?shù)據(jù)信息、日期、分析結(jié)果等內(nèi)容傳輸，借助于上位機(jī)中的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信模塊發(fā)送給監(jiān)測中心，以便電力工作人員進(jìn)行變壓器故障的分析與處理工作，并對工作內(nèi)容進(jìn)行記錄。變壓器故障在線監(jiān)測系統(tǒng)可以選擇C8051F020單片機(jī)作為核心處理器，這是美國CYGNAL公司生產(chǎn)的一種高速、高性能的混合信號處理單片機(jī)，與傳統(tǒng)的51系列單片機(jī)相比較，C8051F020單片機(jī)的功能更加豐富，運(yùn)行過程中的可靠性與速度也有著明顯的提升，對變壓器故障在線監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設(shè)計起到了很好的輔助作用。

3.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計及其功能實現(xiàn)

變壓器故障在線監(jiān)測系統(tǒng)使用的是美國微軟公司開發(fā)的Microsoft Windows操作系統(tǒng)以及Microsoft Visual Studio2010開發(fā)工具，使用的計算機(jī)語言為C語言。圖2為變壓器故障在線監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

4 結(jié)束語

電力是國家發(fā)展賴以生存的基礎(chǔ)，變壓器作為電力系統(tǒng)中的重要組成部分，其故障監(jiān)測工作是保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因此，電力企業(yè)必須予以高度的重視，大力開展變壓器故障在線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與研發(fā)工作，推動智能化電網(wǎng)的發(fā)展，為我國的現(xiàn)代化建設(shè)提供更加優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

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