換流變壓器狀態在線監測系統研究

梅智琳　孫勝祥　鄒榮盛

摘要：文章從換流變壓器的檢測內容入手，通過對油中溶劑氣體、絕緣油高度和溫度、鐵芯接地狀態、套管絕緣狀態、局部放電狀態、OLTC狀態等的綜合分析與研究，結合目前變電站內變壓器的在線監測項目的配置情況，對換流變壓器狀態監測技術應用進行簡單比較并提出合理性建議。

關鍵詞：換流變壓器；狀態監測；在線監測系統；變電站；現場監測 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM402 文章編號：1009-2374（2015）11-0024-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.11.013

1 換流變壓器狀態在線監測系統

1.1 系統組成

換流變壓器絕緣油油色譜在線監測系統由現場監測單元（色譜數據采集器）、主站單元（數據處理服務器）及監控后臺（監控軟件、狀態監測與預警軟件）組成。現場監測單元，即色譜數據采集器由油樣采集單元、油氣分離單元、氣體檢測單元、數據采集單元、現場控制處理單元、通訊控制單元及輔助單元組成。每一臺色譜數據采集器可監測一臺換流變壓器，其中輔助單元包括置于色譜數據采集器內的載氣、接口法蘭、油管及通信電纜等。換流變壓器的絕緣油采用循環取樣的方式。主站單元（數據處理服務器）通過RS485/CAN總線或100M以太網控制多臺色譜數據采集器。控后臺（監控軟件、狀態監測與預警軟件）提供了基于權限的多級用戶管理，實時監測數據、系統報警、歷史監測數據查詢及顯示分析功能。

1.2 接口方式

在線監測系統的接口方式主要有三種方式：第一種是各采集裝置之間采用RS485總線接口通信，或者采用光纖接口通信；第二種是各采集裝置與主站單元之間采用RS485總線接口通信，或者采用以太網接口通信或者采用光纖接口通信；第三種是監控后臺能提供通訊協議轉發機制，可以提供如MODBUS Slave通訊規約、IEC61850規約，通訊接口為以太網接口，也可以通過RS485，將在線監測的數據送至站內的監控接口單元。同時，換流變壓器色譜在線監測系統通過硬接線的方式，將系統的報警信號，故障信號送至全站監控系統。

2 換流變壓器的檢測內容

本文中我們主要討論直流高壓大容量油浸式換流變壓器的檢測內容。

2.1 換流變故障情況

換流變設備的故障的初期往往是在設備內部發生的，從目前換流站的實際運行情況來看，換流變內部油色譜異常、套管滲漏油、接頭發熱、介質損耗因數超標、分接開關故障、鐵芯故障是主要故障源。如果仍然沿用定期檢測的模式，很可能導致設備故障的擴大，造成不必要的損失，甚至導致大規模停電事故的產生。因此，實現對換流變的狀態在線監測是必要的，也是今后的發展方向。

2.2 換流變在線監測的范圍

根據上述換流變的故障情況以及換流站對狀態在線監測的要求，換流變狀態的在線監測的范圍主要是油中溶解氣體及微水監測，儲油箱中絕緣油油位、油溫監測，繞組溫度監測，鐵心接地電流監測，套管絕緣監測，局部放電監測，有載調節器（OLTC）狀態監測。確保換流變正常運行的主要部件包括繞組、鐵心、絕緣油、冷卻器及有載調節器（OLTC）。因此，監控的關鍵參數包括油/紙的絕緣（包括繞組和變壓器）、負載和運行狀態、OLTC故障。因此狀態在線監測的重點也在這些項目上。

2.3 換流變狀態在線監測技術分析

2.3.1 油中溶劑氣體狀態監測。換流變壓器油中溶解氣體狀態監測裝置由油氣分離單元、特征氣體檢測單元和數據處理與診斷單元三個基本單元組成。油氣分離單元：監測油中溶解氣體的狀態，變壓器中溶解氣體狀態監測技術的關鍵是將氣體從油中分離，分離油中的氣體通常用高分子膜分離。

當設備發生故障時，絕緣油的碳氫化合物通過化學反應形成烴類氣體，分解出的氣體不斷在絕緣油中溶解并擴散。故障的類型及其嚴重程度與故障氣體的組成和含量有很大的聯系。設備內部故障和監視設備運行狀況的判斷是通過分析導出氣體來實現的，在充油電氣設備安全運行中，這已經成為一種非常重要的手段。

2.3.2 絕緣油高度和溫度狀態監測。一般情況下，換流變壓器內的絕緣油在運行過程中會發生分解。某些C-H鍵和C-C鍵在電或熱故障時會斷裂，少量活潑的氫原子和不穩定的碳氫化合物自由基隨著而生成，這些自由基是CH3*和CH2*CH*。通過復雜的化學反應這些氫原子或者自由基能重新化合成氫氣和低分子烴類氣體（如甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等）。故障剛發生時形成的氣體在油中溶解，故障能量較大時能聚集成自由氣體。油箱內壓力增大是因氣體溢出引起的，而油面下降可能是因氣體溢出引起的，也可能因油箱損壞引起的。減少絕緣油，即參與換流變壓器內油循環降溫的物質減少，換流變壓器內溫度升高，加快絕緣性能降低，因此需要監測油箱內絕緣油的油面高度。

2.3.3 繞組溫度狀態監測。在換流變壓器運行時，本體鋼構件、鐵心、繞組均要產生損耗，損耗轉變為熱量向周圍介質中發散，致使換流變壓器整體發熱和溫度升高。當繞組及鐵心溫度與絕緣油溫度有一點的溫差時，絕緣油的一部分熱量是通過熱傳遞從繞組及鐵心溫度得來的，從而使油溫升高。通過散熱器循環，絕緣油將自身的熱量傳遞給外部空氣介質。繞組、鐵心和油的溫度經過循環后大致相近并趨于平衡狀態。此時，換流變壓器本體鋼構件、鐵心、繞組熱量散發、溫度降低，設備運行達到穩定。一般來講，換流變壓器內部各部件的溫度由所產生的損耗決定，絕緣油最低，鐵芯略高，繞組最高。

3 換流變狀態在線監測的應用和建議

從上文中可以看到，換流變狀態在線監測與診斷技術近年來受到了高度重視，在各個方面的檢測技術均有了很大的進步，也開發出了各種監測技術。但是對于局部放電、繞組變形、振動頻譜等的狀態監測，仍需要加大研發力度，以滿足變壓器狀態監測和狀態檢修的要求。換流變狀態監測技術應用比較及建議見表1。

參考文獻

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作者簡介：梅智琳（1983-），女，湖北武漢人，海軍工程大學裝備經濟管理系在職碩士研究生，供職于湖北省送變電工程公司，研究方向：項目管理。

（責任編輯：周 瓊）