淺析油浸變壓器溫度在線測量技術

蘇玎++于學蓮

摘要：油浸式變壓器的主要結構就是繞組和絕緣結構。油浸式變壓器對環境溫度具有非常嚴格的要求，若溫度不符合要求將會影響到變壓器性能的發揮，過高或過低的溫度都會使變壓器發生故障。本文以油浸式變壓器的溫度測量為切入點，闡述了在線技術如何對變壓器溫度進行監測，以避免因溫度過高而造成變壓器損壞。

關鍵詞：高壓電 油浸式變壓器 溫度測試 在線測量技術

中圖分類號：TM4 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）02（b）-0000-00

變壓器是電力系統中必不可少的一部分，其功能的正常運行與否，直接關系到工礦企業的正常生產及人們的正常用電生活，因此，變壓器的穩定性與安全性極為重要。油浸式變壓器的絕緣結構非常重要，溫度如果過高會使得絕緣油紙老化，將會引發繞組的匝間短路，從而使變壓器發生故障。

1油浸式變壓器

為了能使電能的傳輸更加有效，發電廠在發電后通常對電流進行加壓，進行高壓輸電。這是因為無論何種材質的電線，其內部都存在著一定的電阻，電流在傳輸過程中都會有一定的消耗。而具有極小電阻的輸電材料，其費用一般都極為昂貴，無法普及使用。因此，電力輸送只好采用高壓輸電方式，通過升高電壓來使電流變小，以節省輸電材料的成本消耗、降低輸電過程中電流的大量損耗。而高壓電危險性較高，日常生活會危及到人們的生命安全，為了滿足人們的用電需求，必須采用變壓器進行降壓處理。

油浸式變壓器適用于50、60赫茲的交流電，其主要功能是將10kV、6kV或3.5kV的網絡電壓調配至適合工礦企業以及民用建筑使用的400V或230V母線電壓。油浸式變壓器在室內外皆可使用，人們日常于電線桿上看到的可能就是容量為315kVA變壓器。油浸式變壓器對溫度的要求較高，其環境溫度必須介于-25℃與40℃之間，最高溫度為日均30℃、年均20攝氏度。變壓器所處環境濕度不得高于90%，所處海拔高度必須低于1km。

油浸式變壓器的主要結構有油箱、繞組和絕緣結構。油箱內盛有滿滿的變壓器油，變壓器身浸于其中。變壓器的核心部件是繞組和鐵芯，電流通過繞組進行轉變和傳輸。變壓器的絕緣結構是油紙，溫度過高會加速油紙的老化進程，絕緣老化將會造成繞組發生匝間短路。

2基本測量方法

2.1直接測量法

直接測量法的操作非常直接，在變壓器的繞組內埋入眾多的傳感器，通過傳感器獲知變壓器的內部溫度。這種方法的精確度隨埋入點的數量增加而越加精準，但缺點是成本高、維護技術有難度[1]。

2.2光纖光柵法

這種方法是近年來興起的引起廣泛關注的測量方法，其工作原理是利用光纖材料對光線的敏感性，將直射到纖芯的紫外光反射或透射到濾波器上。這種方法的優點是對電磁干擾具有極為強大的抵抗能力，且光線材料可以抵御外部介質的腐蝕，具有非常優良的絕緣性能；缺點是造價成本高，工藝難度高，現場維護難度高，因此難以普及使用。

2.3熱模擬測量法

熱模擬測量法并非直接的測量，而是通過模擬繞組與變壓器油之間的溫度差來測量變壓器的溫升平均值。其工作原理是加熱電流流經一個電熱元件，產生了附加升溫，再使用電流匹配器進行調節，使所升高的溫度恰好與繞組油的溫差相同。這種方法的缺點是受外界環境影響較大，必須在規定的環境條件下進行測量。并且，這種方法只能模擬平均溫升，而無法獲知最高溫度。另外，電流回路還會增加設備維護的難度，安全措施難以做好。

2.4間接計算法

這種方法需要獲知幾種變壓器其繞組的熱點溫度，通過套入公式來間接計算需要測量的變壓器的溫度。這種計算方法的模型有三種，分別基于技術標準、熱路和熱阻。這種方法的優點是計算結果準確，實用性非常強。

3在線測量技術的優越性

上文中提到，直接測量法成本高昂且結果不精準，光纖光柵法結果精準，但成本高昂，而熱模擬法雖然在日德等許多國家都有應用，但理論分析與實際情況有著巨大差別，導致了測量結果的較大偏差。僅間接計算法按照《油浸式變壓器負載導則》中提到的計算公式[2]，可以較準確地計算出變壓器的熱點溫度。間接計算法經濟實用、操作簡便的優越性使其在變壓器測溫方面得到了廣泛應用。由于間接計算法要通過幾種變壓器來間接獲得最終結果，計算過程耗費時間較長，對計算機運算能力要求極高[3]，待結果得出后向有關部門反應，有關部門再派出維護人員進行維修，這使得間接計算法暴露出一個非常明顯的缺點——計算復雜、反應不及時。

為此，業界許多研究人員對變壓器的溫度測量方法進行了深入的研究，目前已經取得了一定的研究成果，制作出一種在線監測儀器。這種儀器基于負載導則，模型依循舊版導則的簡單計算公式，受到外界影響的可能非常小，結果的精確度非常高。由于計算公式涉及到的溫度是穩態溫度，不必考慮不同時間段溫度的變化會對最終結果造成影響。在線監測儀器內置GPRS模塊，可以與距離較遠的變電站實現遠程監測與控制。

4在線測量系統

4.1在線測量系統的工作原理

在線測量系統包括上位機、下位機、傳感器和變壓器本身。電力人員在油浸式變壓器內安裝在線監測儀器，在線監測儀器包括N個溫度傳感器，傳感器在變壓器溫度上升時通過下位機中內置的GPRS模塊將信息傳送至變電站的控制中心，變電站的工作人員通過上位機獲得變壓器的溫變信息，可以及時快速地安排人員前去維護。

下位機的主要部件有溫度傳感器與單片機處理單元。下位機在變壓器上只需安置五個檢測點，即可對變壓器的底部、油面、頂部、箱體以及環境五處溫度進行及時的監測。下位機內置微處理器，與傳感器相連，通過液晶屏顯示即時溫度。五處檢測點，有任何一點的溫度值超過內置的溫度標準，將會引發微處理器發生報警信息。下位機通過內置的GPRS模塊將信息傳輸至變電站內的上位機，上位機內的相關軟件通過代碼編譯，迅速顯示出工作人員可以理解的曲線和數據結果，并作出音像報警和故障分析。

4.2硬件

4.2.1下位機

下位機的溫度傳感器通常為產自美國Dallas公司的DS18-B20半導體，微處理器一般為Atmel公司生產的AT89-S52。這種微處理器的串口可以跨越較遠的距離，與GPRS模塊進行數據傳輸。YM-12684液晶屏可以顯示溫度信息與故障代碼。溫度傳感器通過屏蔽雙絞線將溫度信號傳送至單片機中，鑒于屏蔽雙絞線的特性，有效距離最多為50米[4]。

4.2.2GPRS模塊

GPRS模塊是遠距離無線通信的核心，通過TCP/IP協議，數據可以暢通到達終端設備處。

4.3軟件

4.3.1通信協議

在線測量系統的通信協議就是上文所提到的TCP/IP協議，AT指令集也能支持。

4.3.2上位機和下位機軟件

上位機的軟件可以借助GPRS模塊查詢到來自下位機的變壓器溫度信息，并顯示溫變數據、繪制溫度曲線、打印溫度報表、做出音像報警、記錄故障信息、分析故障原因。下位機的軟件依托于C語言指令，循環讀取各個端口的溫度信息，依照內置命令完成監控、報警功能。

5結語

本文對油浸式變壓器的工作原理、降溫必要性、測溫方法做了簡單的分析，并以此對油浸式變壓器的溫度在線測量系統做了分析和闡述，點明其系統結構和工作原理，希望對油浸式變壓器溫度的在線測量和電力部門的及時搶修提供參考意見。

參考文獻：

[1]楊文琛，畢露月.油浸式變壓器繞組溫度的測量方法研究[J].機電信息，2014（24）

[2]高鵬，楊亞奇，米康民.變壓器繞組熱點溫度在線測量的研究[J].山西電力，2013（02）

[3]鄧雙淵.油浸式電力變壓器熱點溫度在線監測方法的研究[J].科技創新導報，2011（20）

[4]王紹杰，華澤璽，王麗.油浸式變壓器熱特性在線監測系統的設計[J].計算機與現代化，2011（08）