變壓器絕緣在線監測系統設計分析

摘 ?要：近年來，隨著在線監測技術的發展應用，在線油色譜廣泛應用于高壓變壓器油中溶解氣體的檢測，在線油色譜監測具有快速、重復性好等優點，但目前在線色譜廠家多，在線色譜脫氣方式多樣，存在由于脫氣裝置本身缺陷導致色譜載氣進入變壓器油中的風險，給變壓器安全運行帶來極大隱患。鑒于此，文章結合筆者多年工作經驗，對變壓器絕緣在線監測系統設計分析提出了一些建議，僅供參考。

關鍵詞：變壓器;絕緣在線監測系統設計;分析

引言

隨著時代不斷的發展，在線監測技術應用于變電維修中越來越受到重視，主要表現為應用的范圍逐漸廣泛，經濟效益持續增長，此外，許多科學研究所及高校也在逐步將在線檢測技術應用于設備監測的過程中。由于目前的變電設備較為復雜，因此相應的在線監測設備還有待進一步完善，在今后的設計研發中，應進一步加強在線監測技術的人工智能化，從而使變電維修設備更加便捷。

1、變壓器中絕緣在線監測技術及其應用的重要作用

在變壓器中絕緣在線監測技術的可靠性在試驗及相關的實踐中得到了全面的驗證，其技術廣泛的應用對于變電維修工作具有重要意義。在變壓器中絕緣線監測技術作為一種新興的監控技術，通過獲取設備的數據信息，加以對數據進行分析計算，以此為設備的維修監測進行有價值信息的提供。設備工作的過程中，其運行狀況與性能的關系十分密切，一般來說，設備發生故障的損失是無法預估的，但在線監測技術可以很好的處理這一問題，對于設備的運營過程進行全面的監測、記錄，一旦設備發生故障，即可采取維護措施。在變壓器中絕緣線監測技術監測的方面較為全面，因此其監測結果與實際情況較為符合，對于檢修與維護過程中，變電檢修的方向性及目的十分明確，能夠減少資源的浪費。

2、變壓器的影響因素

在油浸式變壓器中，主絕緣以油紙屏障絕緣結構最為常用。縱絕緣是同一繞組各部分之間的絕緣，如不同繞組間、層間和匝間的絕緣等。通常以沖擊電壓在繞組上的分布作為繞組縱絕緣設計的依據，但匝間絕緣還應考慮長時期工頻工作電壓的影響。電網中有了諧波電流會造成電壓正弦波形畸變，使電壓質量下降，給發供電設備、用電計量、繼電保護等帶來危害，污染電網。諧波還會使電網中感性負載產生過電壓、容性負載產生過電流，對安全運行帶來危害。產生諧波的設備主要有冶金、化工、電氣化鐵路及其他換流設備，非線性用電設備都是諧波源，尤其是硅整流、晶閘管投切設備以及電弧爐、電焊機等。

3、變壓器絕緣在線監測系統設計分析

3.1硬件設計

在線式絕緣監測裝置包括以下幾部分：絕緣采樣調理電路、人機接口、RS-485通信、CAN通信、開關量輸出、最小單元和輔助電源部分。絕緣采樣電路中：R1～R3、R4～R7為平衡橋電阻，且總阻值都為30kΩ;R1～R2、R4～R6為檢測橋電阻，檢測橋電阻為平衡橋電阻的部分電阻，形成了橋電阻部分共用。這不同于傳統平衡橋電阻和非平衡橋電阻分離且獨立的現象。S1、S3為檢測橋開關，通過STM32完成橋電阻R3和R7的接入與斷開，R3為5.1kΩ、R7為10kΩ，實現了不平衡狀態的檢測。R8、R9為補償橋電阻且阻值不同，通過STM32的輸出來控制電阻的接入與斷開，以實現電壓補償功能。其中：S21、S22為接入與斷開的補償橋開關，可以將它們統稱為S2。同時，R10～R13為采樣電阻，其阻值為3MΩ。通過電阻網絡分壓，接著電阻分壓采樣值通過VREF（1.25V）的抬升、運放（LM358D）比例調整、RC濾波和電壓嵌位進入STM32的ADC引腳。這不同于傳統的光電隔離采樣，實現了非隔離絕緣采樣。

3.2軟件設計

軟件設計采用C++編寫，運行環境為IAR7.10，在μC/OS操作系統下模塊化設計，便于系統的可移植性與內存調度，有利于后期的維護、升級。本裝置在不接地直流電源系統中進行實際試驗。絕緣電阻測量值與實際值的相對誤差很小，且測量數據的相對誤差可以控制在±2.5%以內，完全滿足中±5%的誤差要求。將正負/母線對地之間接入電容，裝置能夠檢測其容值，施加的標稱電容值與顯示值的誤差較小，誤差可以控制在±10.0%以內。

3.3改進措施

基于以上脫氣裝置的缺陷，為防止載氣直接或間接進入變壓器油中，提出以下兩點改進思路：第一，對使用膜分離技術的脫氣方式，對脫氣裝置加裝減震模塊，保證膜在一個穩定的環境中工作。在實際運行中發現高壓變壓器在線油色譜脫氣裝置受高壓變壓器震動影響明顯，因震動引起膜破損、蠕動導致變壓器油污染色譜柱的現象時有發生。對脫氣裝置加裝減震模塊，能有效減慢膜的老化、破損速度。第二，改變高壓變壓器主循環油路的結構。（1）傳統的油色譜脫氣裝置裝設在油路主循環管道上。將油色譜脫氣裝置從主循環油路中獨立出來，作為檢測支路，這樣可有效避免部分載氣進入主循環油路。（2）在脫氣裝置后加裝真空濾油脫氣裝置和壓力異常閉鎖報警裝置。在脫氣裝置后的油路管道上安裝真空濾油裝置，真空濾油的原理跟真空脫氣的原理類似，此裝置主要針對溶解于油中的氣體，在高溫條件下機械振蕩，析出溶解于油中的氣體并脫氣。濾油裝置之后安裝高靈敏度的壓力閉鎖保護裝置，此裝置主要針對游離氣體。根據氣壓和液壓對油路管道壓力的區別，當油中存在游離氣體時，壓力傳感器會檢測到壓力下降，將控制裝設在油路主循環管道上的電磁控制閥閉鎖主循環油路，并向油色譜裝置后臺發出報警信息，避免游離氣體進入變壓器油中。

結束語

在線監測的最終目的是為了盡早發現設備及系統在運行時出現的故障問題，使設備維護人員在事故發生的萌芽期采取有效的維修手段進行故障的消除，進而避免危險事故的發生。伴隨電力市場系統的不斷優化改進，節約物力、人力的在線監測技術廣受社會各界的關注。

參考文獻

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作者簡介：劉建新，男，漢，陜西綏德，19870228，發電廠及電力系統，陜西有色榆林新材料集團有限責任公司發電分公司。