一種變壓器真空注油自動(dòng)控制裝置的應(yīng)用

胡夏龍，周曉東，杜 巍，李 超

（國能大渡河檢修安裝有限公司，四川 樂山 614900）

隨著電力行業(yè)的不斷發(fā)展，大量的高壓變壓器應(yīng)用于電力系統(tǒng)中，為社會(huì)電力供應(yīng)提供保障，但也給檢修維護(hù)增大了難度，特別是在變壓器內(nèi)部故障時(shí)，需要排油完成故障處理后，再按照檢修標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行注油，其中抽真空注油過程要求尤為嚴(yán)格。傳統(tǒng)注油人為把控，不能做到準(zhǔn)確定量。通過多年變壓器檢修經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，我們嘗試通過自動(dòng)控制裝置對(duì)整個(gè)流程進(jìn)行全面控制，實(shí)現(xiàn)變壓器真空注油自動(dòng)控制過程，以此達(dá)到嚴(yán)控工藝水平，精準(zhǔn)注油，化繁為簡，去人工干預(yù)的目的。

1 傳統(tǒng)真空注油方法

在傳統(tǒng)變壓器真空注油[2]主要分為3階段進(jìn)行，抽真空檢漏階段、抽真空注油階段和注油后油位調(diào)整階段。通過真空泵對(duì)變壓器抽真空，在真空度滿足達(dá)到要求時(shí)，停止抽真空，關(guān)閉閥門，對(duì)變壓器進(jìn)行保壓檢漏試驗(yàn)，觀察其30 min和90 min時(shí)的真空度差值是否滿足要求。試驗(yàn)通過后繼續(xù)抽真空對(duì)變壓器進(jìn)行抽真空注油[3]，通過人員觀察油位計(jì)指示情況來完成變壓器的注油。再關(guān)閉油枕頂部平衡閥，破壞膠囊內(nèi)側(cè)真空，待熱油溫度降至環(huán)境溫度后，再根據(jù)獲得的真實(shí)油位多排少注，使油枕油位滿足油位溫度曲線，最后再次抽真空，將變壓器內(nèi)部殘余空氣抽出后，關(guān)閉平衡閥，破壞膠囊內(nèi)側(cè)真空，完成真空注油。

2 傳統(tǒng)真空注油存在的問題

傳統(tǒng)真空注油工藝因?yàn)橹饕扇藶檫M(jìn)行把控，存在許多不確定因素，主要有以下4個(gè)方面的問題：

（1）因?yàn)橛凸迌?nèi)的熱油油溫較注入油液前的變壓器本體上的溫度高，注入到變壓器內(nèi)的熱油冷卻后，注入變壓器中的注油量與實(shí)際注油量存在誤差。

（2）抽真空過程中，因?yàn)槿斯ぐ殃P(guān)保壓檢漏試驗(yàn)，存在人員可能降低標(biāo)準(zhǔn)的情況，影響設(shè)備檢修質(zhì)量，為設(shè)備的安全運(yùn)行埋下隱患，注油后存在滲漏的可能。

（3）傳統(tǒng)變壓器真空注油過程中，采用人員觀察油位計(jì)指示情況來確定注油量的多少，使得注油量不能夠得到準(zhǔn)確地控制，導(dǎo)致變壓器油枕內(nèi)的油位與油位曲線不相符，變壓器注油過多或者過少，均將嚴(yán)重地影響到變壓器的檢修進(jìn)程，甚至影響到變壓器的性能，造成極大安全隱患和經(jīng)濟(jì)損失。

（4）整個(gè)抽真空及注油過程中，時(shí)間長，人員參與多，導(dǎo)致耗費(fèi)大量人力物力，影響我們現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)效率。

3 變壓器真空注油自動(dòng)控制裝置組成

變壓器真空注油自動(dòng)控制裝置，包括檢測(cè)單元、控制單元和執(zhí)行單元。檢測(cè)單元主要是對(duì)變壓器真空度的檢測(cè)、瓦斯繼電器處油流信號(hào)情況、注油時(shí)油溫的測(cè)量及對(duì)流量的測(cè)算統(tǒng)計(jì)，采集時(shí)時(shí)數(shù)據(jù)為后續(xù)分析計(jì)算提供數(shù)據(jù)支持；控制單元作為核心部件，主要是對(duì)注油條件的判斷及注油量的準(zhǔn)確計(jì)算控制；執(zhí)行單元主要是濾油機(jī)和電動(dòng)閥，實(shí)現(xiàn)變壓器注油時(shí)開關(guān)。

檢測(cè)單元有真空表計(jì)、流量計(jì)、信號(hào)繼電器和溫度傳感器，并將測(cè)得的時(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸給控制單元。

控制單元由單片機(jī)及其它元器件組成，實(shí)現(xiàn)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析判斷，自主決定下一步工作。

執(zhí)行單元即濾油機(jī)和電動(dòng)閥，執(zhí)行控制單元指令，實(shí)現(xiàn)注油的開啟和關(guān)閉功能。

該變壓器真空注油自動(dòng)控制裝置將原有的一系列工作統(tǒng)一調(diào)令，有效的實(shí)現(xiàn)了變壓器的保壓試驗(yàn)，注油前的各項(xiàng)檢測(cè)工作，確保了注油的工藝水平，并準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)變壓器注油量的控制，實(shí)用性強(qiáng)、安全可靠。此外該裝置整合現(xiàn)有資源，設(shè)計(jì)合理、造價(jià)低廉、制作加工方便。

4 變壓器真空注油自動(dòng)控制裝置介紹

4.1 變壓器真空注油自動(dòng)控制裝置工作流程

變壓器真空注油自動(dòng)控制裝置工作主要分為3個(gè)步驟。分別為變壓器抽真空、變壓器保壓檢漏試驗(yàn)和變壓器真空注油。

（1）變壓器抽真空：參照?qǐng)D1，真空泵5接變壓器呼吸器管道3，對(duì)變壓器1和油枕2進(jìn)行抽真空，并將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)傳輸線13傳遞給單片機(jī)系統(tǒng)8。單片機(jī)系統(tǒng)8對(duì)采集的數(shù)據(jù)分析判斷變壓器1真空度滿足要求（小于133 Pa）后，停止真空泵。

圖1 注油自動(dòng)控制裝置實(shí)際應(yīng)用示意圖

（2）變壓器保壓檢漏試驗(yàn)：開始進(jìn)行保壓試驗(yàn)（即采集停泵1 h時(shí)的真空度P1，1 h 30 min時(shí)的真空度P2，當(dāng)P2-P1＜40 Pa時(shí)，判斷為保壓試驗(yàn)合格，開始進(jìn)行真空注油;當(dāng)保壓試驗(yàn)未通過時(shí)，提醒人員檢查密封，并重新進(jìn)行抽真空，并按照前面要求繼續(xù)做保壓試驗(yàn)至通過）。

（3）變壓器真空注油：保壓試驗(yàn)通過后，單片機(jī)系統(tǒng)8重新通過控制電纜14啟動(dòng)真空泵5，開啟電動(dòng)閥10，啟動(dòng)濾油機(jī)6，將油罐7中合格的變壓器油注至變壓器1內(nèi)。同時(shí)，單片機(jī)系統(tǒng)8開始通過油流計(jì)11計(jì)算注油量，當(dāng)油位到達(dá)壓力信號(hào)傳感器4時(shí)，單片機(jī)系統(tǒng)8計(jì)算出本體油量注入量V1,繼續(xù)通過油流計(jì)11重新計(jì)算注油量V2，當(dāng)注油量V2達(dá)到設(shè)定值時(shí)（設(shè)定值依據(jù)已知數(shù)據(jù)、測(cè)量數(shù)據(jù)及油的溫度膨脹系數(shù)建立的數(shù)據(jù)模型推導(dǎo)計(jì)算出），單片機(jī)系統(tǒng)8將通過控制電纜關(guān)閉電動(dòng)閥10，停止濾油機(jī)6。真空泵5繼續(xù)抽真空，由單片機(jī)系統(tǒng)8判斷真空度小于133 Pa后，停止真空泵，并提醒人員關(guān)閉呼吸器處閥門9。

4.2 變壓器真空注油自動(dòng)控制裝置工作流程

參照?qǐng)D2：首先對(duì)變壓器抽真空，當(dāng)真空度數(shù)值小于133 Pa后，進(jìn)行保試驗(yàn)，即1 h時(shí)的真空度P1，1 h 30 min時(shí)的真空度P2，當(dāng)P2-P1＜40 Pa時(shí)即判斷為保壓試驗(yàn)通過，可以進(jìn)行下一步工作，否則需要對(duì)變壓器各處密封進(jìn)行檢查，處理再次抽真空后繼續(xù)進(jìn)行保壓保壓試驗(yàn)至到通過。試驗(yàn)合格后，通過濾油機(jī)對(duì)變壓器進(jìn)行真空注油至設(shè)定值。當(dāng)注油量滿足要求時(shí)，停止濾油機(jī)，關(guān)閉進(jìn)油閥，繼續(xù)對(duì)變壓器抽真空至真空度數(shù)值小于133 Pa。最后關(guān)閉真空泵處閥門，進(jìn)行其它工作。

圖2 注油自動(dòng)控制裝置工作流程圖

4.3 電路結(jié)構(gòu)情況及工作原理說明：

4.3.1 單片機(jī)系統(tǒng)主要電器元件

單片機(jī)系統(tǒng)主要電器元件包括：STC89C52RC單片機(jī)芯片[4]，LCD1602字符型液晶顯示屏，PS/2鍵盤，繼電器控制電路1、2、3，DS1302時(shí)鐘電路模塊[5]，5路A/D轉(zhuǎn)換信號(hào)輸入端，DS18B20溫度傳感器。其作為該裝置“大腦”，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)化、數(shù)據(jù)分析處理、輸出信號(hào)等功能。

4.3.2 電路原理結(jié)構(gòu)圖

圖3 注油自動(dòng)控制裝置電路原理圖

4.3.3 電路接線圖

圖4 注油自動(dòng)控制裝置電路接線圖

4.3.4 電路主要元件選型說明：

（1）真空表計(jì)：ZDZ52T型智能電阻真空計(jì)。該真空機(jī)電源采用高檔模塊電源，硬件采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及EMI抑制、WATCHDOG電路，軟件采用冗余、陷阱、數(shù)字濾波等抗干擾技術(shù)，提高了儀器的抗干擾能力及整機(jī)性能，該儀器具有很高的可靠性，可在惡劣的工業(yè)環(huán)境下使用。

（2）超聲波流量計(jì):RRD-2000F-2-8-DN50-2型一體外夾式超聲波流量計(jì)。主傳感器安裝在測(cè)量管道上，與傳統(tǒng)流量計(jì)相比，它無需斷管斷流，安裝方便快捷，真正實(shí)現(xiàn)了無損安裝。

（3）壓力信號(hào)傳感器：沃爾克 PLS經(jīng)濟(jì)型壓力變送器。其作為氣液體壓力變送器，內(nèi)置進(jìn)口陶瓷壓阻或擴(kuò)散硅式傳感器。適用于與接觸部分材質(zhì)兼容的氣體和液體介質(zhì)。可以測(cè)量表壓、絕壓和負(fù)壓。選用抗腐蝕的陶瓷壓力傳感器沒有液體的傳遞，壓力直接作用在陶瓷膜片的前面，使膜片產(chǎn)生微小的形變，厚膜電阻印刷在陶瓷膜片的背面，連接成一個(gè)惠斯登電橋（閉橋），由于壓敏電阻的壓阻效應(yīng)，使電橋產(chǎn)生一個(gè)與壓力成正比的高度線性、與激勵(lì)電壓也成正比的電壓信號(hào)，標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)根據(jù)壓力量程的不同標(biāo)定為2.0/3.0 /3.3mV/V ，可以和應(yīng)變式傳感器相兼容。

（4）繼電器型號(hào)：HUIKE HK4100F-DC5V-SHC（集成于單片機(jī)系統(tǒng)）。

（5）交流接觸器1：耐德三極交流接觸器 D型接觸 LC1D系列32A AC380 V。

（6）交流接觸器2：耐德三極交流接觸器 D型接觸 LC1D系列32A AC380 V。

（7）交流接觸器3：耐德三極交流接觸器 D型接觸 LC1D系列95A AC380 V。

（8）測(cè)溫元件：DS18B20溫度傳感器。其采用美國DALLAS公司生產(chǎn)的 DS18B20可組網(wǎng)數(shù)字溫度傳感器芯片封裝而成，具有耐磨耐碰，體積小，使用方便，適用于各種設(shè)備數(shù)字測(cè)溫和控制領(lǐng)域。

4.4 變壓器真空注油自動(dòng)控制模型

注油量的設(shè)定值V的數(shù)學(xué)模型推導(dǎo)：將已知值和測(cè)量值,通過數(shù)學(xué)模型的推導(dǎo)，計(jì)算出設(shè)定值V。

（1）已知量：

1）變壓器油的密度g為0.9（kg/L）；

2）變壓器總油重G（銘牌）；

3）變壓器油體積膨脹系數(shù)a為0.000 733。

（2）測(cè)量值：

1）環(huán)境溫度T1（單片機(jī)模板直接測(cè)量出的結(jié)果）；

2）注油溫度T2（測(cè)量出的結(jié)果）；

3）變壓器本體注入量V1（由流量計(jì)計(jì)算得來）。

（3）變量值：變壓器油體積補(bǔ)償參數(shù)f為a[T-（-30）]

（4）計(jì)算設(shè)定值：

1）本體注入量V1實(shí)際需要注入量：V3=V1×[a（T2-T1）+1]

2）油枕環(huán)境溫度時(shí)注入量：V4=G/g×a[T1-（-30）]

3）油枕實(shí)際需要注入量：V5=V4×[a（T2-T1）+1]

4）真空注油實(shí)際需要注入量：V=V3+V5

由V1+V2=V3+V5

即V1+V2=V1×[a（T2-T1）+1]+V4×[a（T2-T1）+1]

即V2=V1×a（T2-T1）+V4×[a（T2-T1）+1]

V2=V1×a（T2-T1）+{G/g×a[T1-（-30）]} ×[a（T2-T1）+1]

即當(dāng)V2的設(shè)定值達(dá)到以上值時(shí)，即滿足停止注油條件。

5 結(jié)束語

變壓器真空注油自動(dòng)控制裝置能夠?qū)崿F(xiàn)變壓器抽真空保壓檢漏試驗(yàn)的嚴(yán)格把控，也能夠?qū)崿F(xiàn)變壓器準(zhǔn)確注油。既保證了變壓器檢修質(zhì)量，也避免變壓器油因?yàn)檫^多過少導(dǎo)致增加大量工作。

通過對(duì)一種變壓器真空注油自動(dòng)控制裝置的深入分析，從結(jié)構(gòu)組成、工作原理、控制模型等多方面進(jìn)行了深入分析介紹。通過該裝置能夠提高工作效率。