變壓器檢修用綜合控制裝置的創(chuàng)新技術及應用

陸 瑤

（中國石油大慶石化公司熱電廠，黑龍江大慶 163714）

1 項目概述

變壓器檢修用綜合控制裝置是一個群眾性科技創(chuàng)新項目，項目的目的是為了研究一種能夠提高變壓器檢修效率的裝置，使變壓器檢修變得更加智能化，以解決變壓器檢修中遇到的一些問題，例如變壓油液高度檢測、充氮保護智能化控制、充氮作業(yè)過程中的高空安全問題等，該項目融合了現(xiàn)階段先進的智能控制技術，可以提高檢修效率，降低檢修風險。

2 變壓器檢修用綜合控制裝置

變壓器檢修用綜合控制裝置由PLC、液位傳感器、行程開關、壓力表、電磁閥、鋰電池和無線通信模塊等部分共同組成，包括1 個主控單元和3 個檢測單元。主控單元與檢測單元之間采取無線通信，主控單元集成在一個機箱，內部擁有一塊主板，主板上安裝一個核心處理器和若干電氣元件，可以實現(xiàn)遠程檢測和自動報警。變壓器檢修時，主控單元箱體放在地面，3 個檢測單元分別對應放油、充氮和膠囊3 個位置，工作人員通過操作面板即可完成變壓器的檢測和試驗。

3 創(chuàng)新設計

3.1 主控箱

主控單元箱體采用不銹鋼材料制作而成，箱體底部安裝萬向輪用于拖拽，防護等級可以達到IP56 級，檢測單元可以收入主控箱體內，方便移動和保存，電路部分采用三防插頭，實現(xiàn)電源的快速連接，箱體內部安裝有PLC、繼電器、電磁閥、無線通信模塊、指示燈、照明燈和蜂鳴器等，箱體外部安裝一個隱藏式插座，便于其他檢測設備的供電。

工作原理：綜合控制裝置為AC 220 V 供電，通過快速接頭接入電源，為PLC、開關、照明燈、插座、繼電器、電磁閥、無線模塊和蜂鳴器供電。無線模塊負責接收和發(fā)射無線信號，PLC 接收到無線模塊本地的信號后，自主控制繼電器、指示燈、蜂鳴器或電磁閥動作，從而完成變壓器檢修的綜合控制。

該裝置傳感器主要有油位傳感器、氮氣壓力傳感器和充脹傳感器三種，充脹傳感器和油位傳感器通過磁吸元件實現(xiàn)快速拆裝，油位傳感器選擇超聲波傳感器，氮氣壓力傳感器連接電信號壓力表，并與主控箱的電磁閥相連，通過快速接頭實現(xiàn)快速連接。

3.2 放油檢測單元

放油檢測單元的外殼由鋁合金制成，頂部安裝提拉手，傳感器安裝于殼體內部，配有無線傳輸裝置，整個檢測單元由鋰電池供電（圖1）。

圖1 放油檢測單元

鋰電池為液位傳感器和無線傳輸裝置供電。液位傳感器為超聲波傳感器，超聲波由殼體內部向變壓器發(fā)射，變壓器內部的變壓器油與空氣具有不同的聲阻，當超聲波經過這兩種不同的介質時會產生不同的吸收效果，超聲波反射回到傳感器后，可通過檢測所收到超聲波的信號強度來判斷油位位置，并將油位位置數(shù)據(jù)通過無線傳輸裝置發(fā)送出去，PLC 端的無線裝置接收到數(shù)據(jù)后將其轉換為控制信號，控制繼電器、指示燈、蜂鳴器進行相應的動作，從而實現(xiàn)油位位置的自動檢測。

3.3 充氮檢測單元

充氮檢測單元的殼體由鋁合金制成，頂部安裝提拉手，電磁式壓力表、無線傳輸裝置、鋰電池、軟管與接頭安裝于殼體內部。

鋰電池為殼體內的各部件供電，電磁式壓力表采用快拆裝置接到系統(tǒng)中，快拆裝置上安裝高強度磁鐵，能夠牢固地吸附于接點，避免因振動或壓力變化導致接點斷開，自動充氮機通過軟管與主機相連，壓力表檢測充氮壓力并通過無線裝置發(fā)送壓力數(shù)據(jù)，PLC 端的無線裝置接收到壓力數(shù)據(jù)后控制繼電器與指示燈動作，控制電磁閥的開和關，使氮氣壓力始終維持在0.01～0.03 MPa。充氮檢測單元外形結構見圖2。

圖2 充氮檢測單元

圖3 膠囊檢測單元

3.4 膠囊檢測單元

膠囊檢測單元的殼體由鋁合金制成，頂部安裝提拉手，行程開關、無線傳輸裝置、鋰電池和高強度磁體安裝于殼體內部。

膠囊檢測單元通過行程開關來檢測膠囊的鼓脹程度，膠囊充氣鼓漲后推動行程開關滑動到一定的位置，行程開關的位置數(shù)據(jù)由無線傳輸裝置發(fā)送，PLC 端的無線傳輸裝置收到信號后，控制繼電器和指示燈的相應動作，控制氣泵的開和關，實現(xiàn)膠囊的自動充氣控制。

4 裝置的安裝、設置及應用

變壓器檢修用綜合控制裝置能夠實現(xiàn)自動放油、自動充氮、自動為膠囊充氣、聲光報警和電源、壓力管線的快速連接等功能，在實際使用中可以根據(jù)檢修需要靈活選擇各項功能的配置，傳感器收納方便，整個檢測裝置結構緊湊，方便攜帶和安裝。該裝置在-25～70 ℃可以穩(wěn)定工作，耐環(huán)境濕度能力達到90%RH（25 ℃時），最高使用海拔3000 m。安裝時只需要簡單的吊具。

4.1 裝置配線

安裝前，應詳細檢查裝置接線是否完好，確保接線順序與相序正確，不存在短路情況，接地情況良好。殼體內各元器件與使用說明書一致，在充氮進出口位置應設置明顯的標識，防止將管線接反。

安裝時，要再一次檢查裝置接線是否正確，一切準備就緒后才能介入220 V 交流電源，此時閉合斷路器，閉合各熔斷器，檢查電源顯示和輸入是否存在問題，檢查工作指示燈與蜂鳴器是否正常，檢查插座是否松動，檢查檢測單元內置的鋰電池工作是否正常，鋰電池工作電壓顯示應為DC 24 V；此外還應檢查自動充氮機工作是否正常。

4.2 現(xiàn)場運行

變壓器檢修用綜合控制裝置進入檢修現(xiàn)場后，應先啟動主控單元，待主控單元工作正常后依次啟動各項檢測單元，確認各檢測單元完好無損，且各指示燈無故障報警，方可為各檢測單元供電。

4.3 油位檢測單元——超聲波液位傳感器設置

在油位檢測單元中，鋰電池擁有正負2 個端子，進行相關操作時需手動連接鋰電池與超聲波傳感器，傳感器工作正常則顯示燈亮，否則需檢查鋰電池接線或傳感器是否存在問題。

首次使用超聲波傳感器需要設置，在超聲波傳感器控制面板上進行相應操作，當選擇數(shù)字3 時系統(tǒng)進入界面選擇，界面中顯示默認設置。然后進行頁面的校準，再次觸碰操作面板的數(shù)字鍵3，界面中顯示液位選擇，這時需要根據(jù)液面探測裝置的實際位置進行設置，需要設置為存在液面時，觸碰操作面板的數(shù)字鍵2 直至顯示為“有液”，需要設置為不存在液面時，觸碰操作面板的數(shù)字鍵2，直至顯示為“無液”，按照變壓器檢測經驗，“有液”是指當前液面處于高位，“無液”是指當前液面處于低位。然后選擇罐體厚度，觸碰操作面板數(shù)字鍵3，界面進入厚度選擇頁面，按照變壓器罐體的實際厚度選擇即可，觸碰操作面板的數(shù)字鍵2 可以切換厚度小于或大于40 mm。然后選擇校準方式，觸碰操作面板數(shù)字鍵3，進入校準頁面，頁面中有自動校準和手動校準兩個選項，選擇自動校準時，自動檢測裝置會以6 d 作為一個工作周期，進行全部控制裝置的自動校準，而不需要人工干預。選擇手動校準時，需工作人員手動完成各個檢測裝置的校準，一般每個月需要手動校準一次。然后進行增益模式的選擇，觸碰操作面板數(shù)字鍵3，進入增益模式選擇頁面，在這一頁面中會顯示小、中、大、強等4 種增益模式，一般情況下不用特意選擇，跟隨系統(tǒng)默認值即可。最后進行設置結果的確認，觸碰操作面板數(shù)字3 鍵，進入確認頁面，頁面中顯示“確認”或“取消”兩個按鈕，點擊確認后完成裝置的校準，點擊確認后如系統(tǒng)界面顯示31，則表示系統(tǒng)存在問題，需重新檢查接線，在按照上述過程進行校準，直至界面顯示校準成功為止。超聲波液位傳感器如圖4 所示。

圖4 超聲波液位傳感器

4.4 膠囊檢測單元——直壓柱塞橫裝滾輪式開關設置

在膠囊檢測單元中，鋰電池擁有正負2個端子，進行相關操作時需手動連接鋰電池與超聲波傳感器，傳感器工作正常則顯示燈亮起，否則需檢查鋰電池接線或傳感器是否存在問題。電源接好后可根據(jù)實際需要調整行程開關位置，調整行程開關可以通過轉動滾子實現(xiàn)，動作行程設置在20°～75°，行程開關的受力范圍為2～8 N。

5 日常維護

該裝置采用免維護設計，在使用過程中只需按照使用說明書進行相應設置即可。一旦設備出現(xiàn)故障，只能由專業(yè)的售后人員進行維修。但日常使用過程中仍需進行標準化保養(yǎng)工作，例如每半年檢查接線端子是否接觸良好，清潔空氣壓縮機內的灰塵，檢查機械結構的穩(wěn)定性，檢查導線絕緣是否良好。裝置中的3 個檢測單元所包含的鋰電池需要定期維護，每3 個月需將電池拆下進行完全充放電保養(yǎng)，并檢查電池容量和工作電壓是否合格。

6 結束語

綜上所述，變壓器檢修用綜合控制裝置應用先進的PLC 控制技術與傳感器測量技術，可以在變壓器檢修中自動測量油液位置、測量充氮壓力、測量膠囊鼓脹情況，從而實現(xiàn)變壓器檢修的自動控制，維持變壓器液位穩(wěn)定、充氮壓力正常、膠囊鼓脹適當，保持變壓器良好的工作狀態(tài)，避免以往變壓器檢修中存在的高空墜落危險，能夠提高變壓器檢修效率、降低檢修成本、增強電網智能化控制水平。