探討變壓器故障在線監測系統的設計與研發

閆睿智　彭雪

摘? 要：在變壓器的運行過程當中，對變壓器的故障監測是一項極為重要的工作。借助于變壓器故障在線監測系統，電力工作者能夠實時掌握變壓器的運行情況并及時發現變壓器的故障，進而保證了變壓器的穩定運行，對于電力系統意義重大。文章主要闡述了變壓器故障在線監測系統的設計與研發。

關鍵詞：變壓器;變壓器故障在線監測系統;設計研發

中圖分類號：TM407? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）31-0091-02

Abstract： In the process of transformer operation， transformer fault monitoring is a very important work. With the help of transformer fault on-line monitoring system， power workers can grasp the operation of transformer in real time and find the fault of transformer in time， so as to ensure the stable operation of transformer， which is of great significance to the power system. This paper mainly describes the design and development of transformer fault on-line monitoring system.

Keywords： transformer; transformer fault on-line monitoring system; design and development

隨著我國電力事業的快速發展，國家正在大力開展智能電網的研發工作。在這樣的時代背景下，實現變壓器運行的智能化是電力行業發展的大勢所趨。為了保證變壓器的順利運行，設計并研發變壓器故障在線監測系統能夠幫助電力工作者對變壓器的運行狀態進行監測，及時排除變壓器的故障，具有極為重要的現實意義。

1 變壓器故障在線監測系統的重要性

傳統的電力工作中，一般采用預防性試驗檢查變壓器中的故障，然而隨著電力行業的發展，這種方法的不足之處逐漸暴露出來。進行預防性試驗時，電力設備必須停止運行，并且試驗時變壓器中的電壓要小于電力系統正常運行時的電壓，無法反映出電力系統運行過程中變壓器的實際狀態，不僅如此，預防性維修需要投入大量的成本，電力設備停止運行還會影響電力系統的正常供電，進而影響到居民的正常用電，給電力企業的經濟效益帶來嚴重的損失。隨著我國社會經濟的迅猛發展，電力用戶對于電力企業供電的質量要求日漸提高，因此，設計并研發變壓器故障在線監測系統，是提升變壓器運行過程穩定性以及經濟性的必要手段。

2 變壓器故障在線監測系統的發展

2.1 國外

現階段變壓器監測系統的監測對象主要包括三種，分別是絕緣油溶解氣體、內部局部放電以及繞組過溫點。其中，絕緣油溶解氣體的監測于20世紀中后期由來自加拿大的Syprotec公司首先提出，隨后，諸如日本的三菱公司與日立公司，以及美國的AVO公司都研發出了相應的變壓器故障在線監測系統，能夠同時監測多種不同的特征氣體，如氫氣、一氧化碳、甲烷、乙炔、乙烯以及乙烷等;內部局部放電的監測通過分析局部的放電譜圖進行相關信息的分析判斷，對于傳感器的靈敏程度要求比較高。這一技術在1980年左右由日本率先提出，并研發出了相應的監測儀器，此類儀器利用光作為媒介，同時借助聲電并用的方式降低監測過程中其它因素對于監測結果的干擾，進而精準的找出變壓器中發生放電故障的位置;而繞組過溫監測則使用了繞組光纖測溫法對變壓器中的繞組溫進行測量，現階段使用最多的是美國Luxtron公司生產的WTS-11型瑩光式光纖監測系統，能夠測量0至200攝氏度的溫度，能夠精確到0.5攝氏度，誤差僅為2攝氏度以內。

2.2 國內

我國對于變壓器故障在線監測系統的研究工作起步較晚，二十世紀末，相關的技術迎來了快速的發展，取得了令人可喜的成果。其中較為典型的變壓器故障在線監測系統主要包括由武漢高壓研究院推出的局部放電監測系統，不僅能夠準確找出變壓器出現放電故障的具體位置，更能夠得出具體的放電總量;還有東北電力科學院研發的BSZ大型變壓器油色譜在線監測裝置，檢測周期只需1h，監測的準確性也極為可靠，然而該裝置只能監測變壓器中的氫氣、乙炔、乙烯和乙烷四種特征氣體。但不可否認的是，我國的變壓器故障在線監測系統的技術已經取得了極為明顯的進步。圖1為我國自主研發的變壓器油色譜及微水在線監測系統裝置示意圖。

3 變壓器故障在線監測系統的設計與研發

3.1 系統架構設計

變壓器故障在線監測系統主要由兩個部分組成，分別是上位機以及下位機。下位機是直接控制設備獲取設備狀況的計算機，主要負責收集信息數據，經過初步處理后傳輸給上位機，能夠實現電阻的自動投切;上位機指的是可以直接發出操控命令的計算機，負責存儲下位機收集的數據信息，并進行全面的分析處理，通過各類信號變化將變壓器的運行狀況直接反映給電力工作人員。變壓器故障在線監測系統的下位機主要包含四個模塊，分別是通信模塊、最大傳輸單元（MTU）控制模塊、投切模塊以及地線電流采集模塊，一般情況下，下位機安裝在變壓器附近，從而能夠隨時采集變壓器鐵芯中的電信號，并將其轉化為數字信號，對采集到的數據進行實時存儲，同時，下位機能夠借助控制固態繼電器實現變壓器的電阻自動投切功能。變壓器故障在線監測系統中的上位機之間借助RS485電纜進行連接，系統中每一臺上位機都能夠同時進行多臺下位機的操控，在收集下位機中的數據并進行分析的同時，上位機能夠通過全球移動通信系統（GSM）模塊對變壓器運行過程中的各類情況以短信息的方式發送給電力工作人員，使得工作人員能夠及時掌握變壓器的異常。

3.2 系統硬件設計及功能實現

變壓器故障在線監測系統的硬件分為多個功能模塊，分別負責數據采集、變壓器運行現場的監控顯示、傳感器信號的預處理，除此之外還有變壓器故障在線監測系統上位機中的網絡數據通信模塊和外圍電路。硬件系統中的數據采集模塊主要負責將系統中的傳感器收集到的模擬信號經過一系列的處理轉換為數字信號，將經過轉換的數字信號儲存在系統內，經初步的分析判斷之后得出變壓器故障的具體內容并進行簡單的處理。與此同時，系統能夠對傳感器采集到的數據信息、日期、分析結果等內容傳輸，借助于上位機中的網絡數據通信模塊發送給監測中心，以便電力工作人員進行變壓器故障的分析與處理工作，并對工作內容進行記錄。變壓器故障在線監測系統可以選擇C8051F020單片機作為核心處理器，這是美國CYGNAL公司生產的一種高速、高性能的混合信號處理單片機，與傳統的51系列單片機相比較，C8051F020單片機的功能更加豐富，運行過程中的可靠性與速度也有著明顯的提升，對變壓器故障在線監測系統的硬件設計起到了很好的輔助作用。

3.3 系統軟件設計及其功能實現

變壓器故障在線監測系統使用的是美國微軟公司開發的Microsoft Windows操作系統以及Microsoft Visual Studio2010開發工具，使用的計算機語言為C語言。圖2為變壓器故障在線監測系統的結構示意圖。

4 結束語

電力是國家發展賴以生存的基礎，變壓器作為電力系統中的重要組成部分，其故障監測工作是保證電力系統安全穩定運行的關鍵環節。因此，電力企業必須予以高度的重視，大力開展變壓器故障在線監測系統的設計與研發工作，推動智能化電網的發展，為我國的現代化建設提供更加優質的服務。

參考文獻：

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