油浸式電流互感器油位監測系統設計

文/夏永平 王明

1 引言

油浸式電流互感器是電力系統的主要設備之一，在電力系統中起著舉足輕重的作用。油浸式電流互感器作為變壓器重要附件之一，其可靠性直接影響變壓器的安全運行。2017年新疆電網發生了三起750千伏高壓套管故障異常事件，由于發現及時，未造成重大電網事故，否則后果不堪設想。因此，開展油浸式電流互感器狀態在線監測迫在眉睫。由于油浸式電流互感器結構的特殊性，目前針對油浸式電流互感器的有效帶電檢測或在線監測手段幾乎沒有，如能采取一種簡單有效的在線監測方式在油浸式電流互感器故障前及時發現缺陷，并采取有效措施，將能避免重大事故的發生。當油浸式電流互感器內部壓力超出一定限值時發出報警信號，及時采取有效措施處理措施，將能避免油浸式電流互感器故障發生，油浸式電流互感器的結構示意圖如圖1所示。

電流互感器是依據電磁感應原理將一次側大電流轉換成二次側小電流來測量的儀器。電流互感器是由閉合的鐵心和繞組組成。它的一次側繞組匝數很少，串在需要測量的電流的線路中。油浸式電流互感器與其他絕緣形式的互感器相比較，傳導均與、易修復、可恢復性強、結構簡單，一般被用于戶外使用。但是，油浸式電流互感器在戶外使用時安裝在高處，人們用肉眼很難觀測到油位的情況，而且油浸式電流互感器使用時間久后，灰塵增多，難以通過油浸式電流互感器上的油位觀察窗看清里面油的多少，再加上長時間使用的滲油、漏油問題，如果不能及時補絕緣油將可能帶來電力事故。

2 油浸式電流互感器結構

本項目設計的油浸電流互感器結構主要采用絕緣紙包扎，以變壓器油浸漬作為產品絕緣，以金屬外殼作為容器，以瓷套作為產品的外絕緣。油浸結構具有良好的絕緣性能可用于戶外，因而廣泛應用于高壓電力系統中。該油浸絕緣電流互感器為正立式結構，二次繞組位于產品油箱內下部。

因產品的重心低具有良好的抗震性能。超導磁材料的應用，使電流互感器具有良好的精度（0.2S），能達到較好的短路特性（動熱穩定特性）。特別對于大電流產品，除了能節約有色金屬外，還有利于簡化產品結構，降低制造成本。油浸絕緣結構主要適用于60～500KV級的電流、電壓互感器，但由于普通干式絕緣產品不能用于戶外，而采用戶外環氧樹脂的干式互感器的價格昂貴，因而10～35KV級的油浸互感器仍在廣泛使用，如圖1為本項油浸式電流互感器油位監測系統安裝結構圖。

3 油位監測系統設計原理

本項目設計的油浸式電流互感器油位監測系統具體包括高油位紅外發射器、高油位紅外接收器、低油位紅外發射器、低油位紅外接收器、高油位指示燈、低油位指示燈、控制器以及電源，如圖2所示。其中高油位紅外發射器和高油位紅外接收器相對設置在油浸式電流互感器兩側的最高油位處；低油位紅外發射器、低油位紅外接收器相對設置在油浸式電流互感器兩側的最低油位處；控制器連接高油位指示燈、低油位指示燈。

高油位指示燈采用綠色指示燈，低油位指示燈采用紅色指示燈。為了便于工作人員一眼就能確定是最高油位還是最低油位，所以在設計過程中將高油位指示燈設置在低油位指示燈上方，同時，油浸式電流互感器油位監測系統還包括聲鳴報警器；聲鳴報警器連接控制器，在油浸式電流互感器處于最低油位時，低油位指示燈亮紅色，聲鳴報警器發出聲音報警。另外，也可在油浸式電流互感器油位監測系統增加無線模塊，在最高油位和最低油位時將信息無線發送給手機等智能終端，實現對油位更可靠的監測。

利用油浸式電流互感器中的波紋管膨脹器隨著油浸式電流互感器油量的增大而伸長，隨著油浸式電流互感器油量的減少而縮短的原理，根據實際實驗，確定波紋管膨脹器隨著油量增大而伸長最長時所處的位置，該位置即設置為油浸式電流互感器的最高油位，當波紋管膨脹器上端到達油浸式電流互感器的最高油位處時，高油位紅外發射器發射的紅外線被遮擋，高油位紅外接收器無法收到紅外線，控制器控制高油位指示燈點亮，從而實現最高油位的提醒；同樣的，當波紋管膨脹器縮短，但其上端未到達油浸式電流互感器的最低油位處時，低油位紅外接收器均不能接收到低油位紅外發射器發射的紅外線，此時，控制器控制低油位指示燈處于熄滅狀態。

4 監測系統設計優點

該監測系統可以通過高油位紅外發射器、高油位紅外接收器、低油位紅外發射器、低油位紅外接收器感知油浸式電流互感器的最高油位和最低油位，并在最高油位時高油位指示燈亮，以提醒工作人員油浸式電流互感器不缺油，在最低油位時低油位指示燈亮，并可通過聲鳴報警器發出聲音報警，以提醒工作人員油浸式電流互感器缺油，需要及時補充絕緣油，避免電力安全事故的發生。設計結構簡單，靈敏度高，適宜推廣應用。

5 結論

圖1：油浸式電流互感器油位監測系統安裝結構圖

圖2：油浸式電流互感器油位監測系統結構框圖

本項設計的油浸式電流互感器油位監測系統包括高油位紅外發射器與接收器、低油位紅外發射器與接收器、高油位指示燈、低油位指示燈、控制器以及電源。其中高油位紅外發射器和高油位紅外接收器相對設置在油浸式電流互感器兩側的最高油位處；低油位紅外發射器、低油位紅外接收器相對設置在油浸式電流互感器兩側的最低油位處；控制器連接高油位指示燈、低油位指示燈。通過高低油位紅外發射器和接收器感知油浸式電流互感器的最高油位和最低油位變化，缺油時通過聲鳴報警器以提醒工作人員補充絕緣油，避免電力安全事故的發生。它具有結構簡單，靈敏度高，實現了油浸式電流互感器油位實時監測，避免由于缺油而導致安全事故發生。