基于多參量的電力變壓器狀態監測系統設計

張力偉

（國網福建省電力有限公司廈門供電公司，福建 廈門 350003）

基于多參量的電力變壓器狀態監測系統設計

張力偉

（國網福建省電力有限公司廈門供電公司，福建 廈門 350003）

變壓器作為發電廠與變電所中非常重要的設備之一，其安全性直接關系到電力系統是否可靠運行。為了更加全面綜合地對變壓器進行故障監測，本文設計一套能夠同時監測變壓器繞組溫度、變壓器一次側過電壓信號、局部放電信號等三個參量的變壓器狀態監測系統。該監測系統利用虛擬儀器技術設計可視化監測界面，能夠實時的對變壓器的三個狀態參量進行監測，同時對數據進行故障診斷。

變壓器；繞組溫度；過電壓；局部放電；虛擬儀器

0 引言

隨著智能電網的不斷發展，對變電設備的安全穩定運行的要求也隨之越來越高。作為電力系統最重要的電能傳輸與轉換設備，保證電力變壓器的安全可靠運行是極為有意義的。目前，電力變壓器狀態在線監測技術是防止變壓器發生故障與降低變壓器事故率的有效手段之一。因此設計一套能夠多方面對電力變壓器的運行狀態進行實時監測的系統是極為有意義的。

本文采用多參量的方式對電力變壓器進行故障監測，通過對變壓器繞組溫度、變壓器一次側過電壓信號、局部放電信號等三個參量進行同時監測，并結合虛擬儀器測控技術進行變壓器多狀態參量在線監測系統的設計。通過對變壓器繞組溫度監測單元、過電壓監測單元、以及局部放電監測單元進行詳細設計，最終利用虛擬儀器技術設計可視化界面對各個狀態參量進行數據監測、存儲與分析。

1 變壓器狀態參量檢測設計

本文所設計是一套能夠同時監測變壓器繞組溫度、變壓器一次側過電壓信號、局部放電信號等三個參量的變壓器狀態監測系統。

（1）變壓器繞組溫度檢測。變壓器繞組溫度過高將直接導致變壓器的絕緣下降，當變壓器溫度過度的上升將可能導致變壓器燒毀甚至引發更大的事故，因此對變壓器繞組溫度檢測是極為有必要的。本文對變壓器繞組溫度監測采用的非接觸式測溫- h-g系列光纖溫度傳感器，光纖溫度傳感器采用高分子溫敏材料，利用輸出光功率與溫度的函數關系的原理進行對溫度進行檢測。

（2）變壓器一次側過電壓監測。過電壓的產生將可能直接損壞變壓器，或者對變壓器的絕緣進行損壞，從而導致變壓器發生故障。本文采用整體電壓傳輸參數A（s）進行有理函數逼近，將頻域電壓信號與A（s）相乘，經Fourier反變換后得到電磁式電壓互感器高壓端口的電壓信號。過電壓監測單元由電壓互感器、電纜、電阻式分壓器三者組成，通過測量電阻分壓器輸出的電壓然后反演到一次側，從而對過電壓信號進行監測。

（3）局部放電監測。變壓器局部放電故障是變壓器最常見的故障之一，本所設計的監測系統采用多個超聲波傳感器形式進行局部放電超聲波信號檢測，多探頭形式能夠提高有效地采集變壓器發生局部放電時產生的超聲信號，而且可以為信號識別系統提供對比，防止采集錯誤和報警錯誤與提高采集精度。

2 多狀態參量監測系統結構設計

本文設計一套集局部放電超聲波檢測單元、變壓器繞組溫度監測單元、變壓器一次側過電壓監測單元以及信號處理單元于一體的狀態監測系統，該系統能夠同時監測變壓器繞組溫度、變壓器一次側過電壓信號、局部放電信號等三個參量的變壓器狀態監測系統。

3 變壓器狀態監測系統設計

為了更好的對變壓器的狀態進行實時監測，本文利用虛擬儀器技術進行變壓器狀態上位機監測系統設計。本文采用NI公司的NI PCI-6221數據采集卡，NI PCI-6221是一款低價位多功能M系列數據采集（DAQ）板卡，經優化適用于需要控制成本的應用。具有5倍采樣速率的高速與4倍分辨率。通過PCI-6221數據采集卡將經過信號處理單元分別處理后的超聲波檢測單元監測的局部放電超聲波信號、過電壓監測單元監測的變壓器二次側信號、繞組溫度信號傳輸至工控機中。工控機通過數據讀取程序進行數據的采集、存儲以及分析診斷。

本文以NI公司的LABVIEW 2014作為軟件開發平臺，開發了一套能夠同時對變壓器過電壓、局部放電、溫度三個參量進行同時監測的上位機監測軟件，能夠實現數據監測、故障報警、數據分析存儲等功能。監測界面如圖1所示。

4 結論

本文采用多參量的方式對電力變壓器進行故障監測，通過對變壓器繞組溫度、變壓器一次側過電壓信號、局部放電信號等三個參量進行同時監測，并結合虛擬儀器測控技術進行變壓器多狀態參量在線監測系統的設計。開發了一套能夠同時對變壓器過電壓、局部放電、溫度三個參量進行同時監測的上位機監測軟件，能夠實現數據監測、故障報警、數據分析存儲等功能。

［1］趙煦，成永紅，孟永鵬，吳鍇，趙紅，李軍，高飛.變壓器多參量在線監測集成系統的開發和應用.

［2］趙煦，成永紅，孟永鵬，吳鍇，趙紅，李軍.變壓器多參量綜合在線監測系統的開發和應用［A］.中國電工技術學會電工測試專業委員會、武漢大學，2010.

［3］陳霄.基于光纖傳感技術的油浸式電力變壓器狀態多參量在線檢測研究［D］.山東大學，2012.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.20.160