海上石油平臺變壓器在線綜合監(jiān)測技術(shù)分析

張嘯嘯

摘要：在海上石油持續(xù)發(fā)展背景下，對于平臺電力系統(tǒng)以及各種電氣設(shè)備的要求也相繼提高。文章主要介紹了海上石油平臺變壓器的綜合檢測技術(shù)，包括變壓器內(nèi)局部放電監(jiān)測系統(tǒng)、在線監(jiān)測變壓器內(nèi)熱點(diǎn)溫度、變壓器綜合在線檢測、變壓器故障在線預(yù)警、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)，希望能給相關(guān)人士提供有效參考。

關(guān)鍵詞：海上石油;平臺變壓器;綜合監(jiān)測

引言：基于海上平臺中缺少針對變壓器在線監(jiān)測系統(tǒng)，此次研究中將溫度監(jiān)測以及局部放電當(dāng)成主要故障特征量，實(shí)施故障預(yù)警以及故障綜合定位，并促進(jìn)檢測閾值整定技術(shù)、自適應(yīng)濾波、突變理論的有機(jī)融合，研制出一種綜合監(jiān)測系統(tǒng)，能夠針對平臺變壓器實(shí)施綜合在線監(jiān)測、故障分析和故障預(yù)警，進(jìn)一步提升電力系統(tǒng)可靠性和安全性。

一、變壓器內(nèi)局部放電監(jiān)測系統(tǒng)

某海上平臺共有五臺2500KVA，共有兩段主母線分別為：DPP-LOV-001-LA/LB和DPP-LOV-002LC/LD/LE，35/0.4KV有載調(diào)壓干式變壓器TR-001/002/003/004/005，主要為平臺公用系統(tǒng)、鉆井模塊和電潛泵供電。一旦其中的變壓器出現(xiàn)問題，在維修中便需要將某段母線負(fù)載關(guān)停，進(jìn)而降低設(shè)備性能，影響設(shè)備正常運(yùn)行。為了保障變壓器設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，需要結(jié)合在線監(jiān)測技術(shù)，對變壓器設(shè)備進(jìn)行全面監(jiān)測，掌握其實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，為故障搶修提供有效的參考依據(jù)，縮短檢修時(shí)間，保障平臺的連續(xù)生產(chǎn)和用電安全，維護(hù)其他設(shè)備的的穩(wěn)定運(yùn)行。

當(dāng)下我國對于變壓器相關(guān)局部放電監(jiān)測主要是利用超高頻法、超聲波法以及脈沖電流等方法實(shí)施。其中脈沖電流法主要是對局部放電情況下所形成的脈沖電流進(jìn)行監(jiān)測，并結(jié)合電容耦合部件開展檢測工作，具體應(yīng)用在離線測試當(dāng)中，相關(guān)技術(shù)較為成熟，并成為大型變壓器預(yù)防性檢測主要手段，但在實(shí)施在線監(jiān)測過程中，因?yàn)轳詈想娙萜鞑荒芙尤?，以及其他電磁干擾問題影響，很難應(yīng)用。超聲波定位主要是聯(lián)系局部放電情況下所形成的超聲波傳播時(shí)間以及傳輸方向確認(rèn)局放源空間位置，這種方法相對來說比較成熟，擁有在線監(jiān)測的應(yīng)用實(shí)例，同時(shí)也是當(dāng)下變壓器局部放電在線監(jiān)測中的研究熱點(diǎn)內(nèi)容。超聲波定位原理較為簡單，其擁有較強(qiáng)的抗電磁干擾能力，成本低廉，可以直接進(jìn)行幾何定位。超高頻法主要是針對局部放電下所形成的超高頻電磁波實(shí)施測量工作，很少在線應(yīng)用。

本文中所介紹的在線監(jiān)測系統(tǒng)主要是利用三個(gè)不同位置中所設(shè)置的超聲傳感器裝置，全面接收局部放電所形成的超聲寬頻信號，隨后通過寬頻陣列信號算法內(nèi)寬帶聚焦算法把傳感器所接到的寬帶信號變成窄帶信號，隨后通過窄帶測向算法，針對窄帶信號實(shí)施波達(dá)方向計(jì)算，最后通過交叉定位算法，明確出現(xiàn)局部放電問題的所屬位置。變壓器超聲監(jiān)測系統(tǒng)涵蓋多通道同步采集數(shù)據(jù)裝置以及超聲傳感器等裝置，其中超聲傳感器在變壓器外殼緊貼，處于不同位置，局部放電超出50PC的條件下，則裝置定位精度是20厘米，相關(guān)發(fā)送信號通過放大器和采集裝置輸入端連接，采集裝置輸出信號端和工控機(jī)輸入端進(jìn)行連接。假如干式變壓器某段時(shí)間中超聲信號出現(xiàn)突然變大的問題，便是絕緣開始劣化的先兆，系統(tǒng)通過分析判斷會進(jìn)行自動(dòng)預(yù)警，及時(shí)維修檢測，避免事故問題進(jìn)一步擴(kuò)大。

二、在線監(jiān)測變壓器內(nèi)熱點(diǎn)溫度

我國關(guān)于變壓器相關(guān)熱點(diǎn)溫度的在線監(jiān)測方法具體包含無線測溫、光纖測溫以及溫度傳感器等方法[1]。其中溫度傳感器主要是利用熱電偶溫度傳感裝置和熱電阻傳感器裝置實(shí)施接觸測溫，這種方法成本價(jià)低，發(fā)展成熟，同時(shí)也是我國工業(yè)測量領(lǐng)域中應(yīng)用較為普遍的一種方法，但該種方法不能對高電位側(cè)導(dǎo)電體熱點(diǎn)溫度進(jìn)行準(zhǔn)確測量。光纖測溫的造價(jià)較高，因此其應(yīng)用并不是十分普遍。無線測溫主要是針對高電位導(dǎo)電體所研發(fā)出來的測溫裝置，已經(jīng)擁有較為成熟的應(yīng)用案例。此次項(xiàng)目中，主要是綜合應(yīng)用無線測溫以及傳感器測溫等方法，選擇高精度的傳感裝置，能夠使其測量精度達(dá)到0.1攝氏度。在變壓器出線以及外殼中進(jìn)行分布式設(shè)置，并對不同區(qū)域溫度進(jìn)行連續(xù)采集，隨后利用無線方式將溫度值傳輸至監(jiān)測中心，由監(jiān)測中心處理各種數(shù)據(jù)，利用熱力學(xué)模型實(shí)施計(jì)算，了解干式變壓器內(nèi)部溫度場的實(shí)際分布狀態(tài)，準(zhǔn)確計(jì)算熱點(diǎn)溫度值，假如熱點(diǎn)溫度出現(xiàn)大幅度波動(dòng)，則證明干式變壓器存在絕緣溫度嚴(yán)重過高問題，嚴(yán)重情況下，還會出現(xiàn)各種故障問題，形成警報(bào)，避免事故問題擴(kuò)大。

三、變壓器綜合在線檢測

相關(guān)在線監(jiān)測系統(tǒng)通過總結(jié)整理數(shù)十年振動(dòng)測量、局放測量、溫度測量以及電參數(shù)測量等領(lǐng)域的處理經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合先進(jìn)的計(jì)算機(jī)信息技術(shù)、信號處理器以及傳感技術(shù)，應(yīng)用新的算法和技術(shù)手段，研制出新一代綜合化、智能化和數(shù)字化的在線監(jiān)測系統(tǒng)。變壓器相關(guān)智能監(jiān)測單元可以對干式變壓器運(yùn)行中所產(chǎn)生的各種參數(shù)進(jìn)行全面采集監(jiān)控，具體包括以下幾種：第一是對變壓器低壓側(cè)相關(guān)三相電流和三相電壓進(jìn)行監(jiān)測。第二是對變壓器中的鐵芯所形成的接地電流實(shí)施全面監(jiān)測。第三是對變壓器三相繞組熱點(diǎn)溫度實(shí)施監(jiān)測。第四是對變壓器鐵芯溫度變化進(jìn)行監(jiān)測。第五是對變壓器周圍環(huán)境的溫濕度狀況進(jìn)行監(jiān)測，對于相對濕度監(jiān)測中，其傳感器監(jiān)測精度為1%。第六是對變壓器所形成的局部放電進(jìn)行監(jiān)測。第七是對變壓器運(yùn)行中的振動(dòng)狀況進(jìn)行監(jiān)測。相關(guān)變壓器運(yùn)行變量所實(shí)施的單項(xiàng)監(jiān)測技術(shù)較為成熟，但綜合相關(guān)變量實(shí)施綜合監(jiān)測狀況相對較少。

四、變壓器故障在線預(yù)警

當(dāng)下國內(nèi)外對變壓器所存在的隱患故障預(yù)警主要是以各種常規(guī)振動(dòng)信號以及電氣參數(shù)閾值為基礎(chǔ)進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)警。但故障閾值確定卻依然是一種國際難題，為此需要繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室研究。此次項(xiàng)目中，聯(lián)系多樣的監(jiān)測參量，實(shí)施聯(lián)合預(yù)警，能夠在多參量協(xié)同分析基礎(chǔ)上，得到綜合閾值，隨后通過實(shí)驗(yàn)與監(jiān)測實(shí)踐兩種方式不斷積累，結(jié)合突變理論監(jiān)測拐點(diǎn)，在遇到拐點(diǎn)的條件下，需要開展數(shù)據(jù)分析工作，了解其中的突變信息量，假如突變信息是不可逆突變，則可以將其確定為故障問題，并實(shí)施預(yù)警，除此之外，還可通過實(shí)驗(yàn)方法得到具體的閾值變化，結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，創(chuàng)建典型故障物元模型，并通過可拓診斷措施實(shí)施在線預(yù)警[2]。

五、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

在線綜合監(jiān)測系統(tǒng)主要是分布式結(jié)構(gòu)，可以細(xì)分成后臺機(jī)、現(xiàn)場監(jiān)測以及傳感器三種層次。其中的現(xiàn)場采集模塊主要是負(fù)責(zé)采集各種數(shù)據(jù)信息，結(jié)合現(xiàn)場總線，把所采集的各種數(shù)據(jù)信息順利傳達(dá)至后臺機(jī)，隨后由后臺機(jī)針對現(xiàn)場采集的信息數(shù)據(jù)實(shí)施科學(xué)計(jì)算和分析處理，并形成報(bào)警數(shù)據(jù)，隨后把數(shù)據(jù)信息安全儲存至數(shù)據(jù)庫內(nèi)。綜合監(jiān)測系統(tǒng)中的后臺管理監(jiān)控軟件還擁有記錄各種信息、圖形分析以及顯示趨勢圖形等功能，同時(shí)還可以針對各種運(yùn)行參數(shù)波動(dòng)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，轉(zhuǎn)化為參數(shù)測量波形，并對波形進(jìn)行準(zhǔn)確分析。

系統(tǒng)具體功能如下：第一是具有較強(qiáng)的抗干擾能力，同時(shí)所得到的監(jiān)測數(shù)據(jù)信息也十分準(zhǔn)確。干式變壓器相關(guān)綜合監(jiān)測系統(tǒng)中的智能監(jiān)測單元都是以多腔體、全密封屏蔽設(shè)計(jì)為主，擁有較強(qiáng)的抗干擾能力以及電磁兼容性，同時(shí)還搭配了數(shù)字模擬混合濾波功能，可以在干擾問題較為嚴(yán)重的環(huán)境下，在線監(jiān)測各種運(yùn)行參數(shù)，并進(jìn)行準(zhǔn)確測量。第二是能夠提供多種形式的報(bào)警方式以及預(yù)警計(jì)算手段。干式變壓器相關(guān)監(jiān)測報(bào)警標(biāo)準(zhǔn)除了既定的基礎(chǔ)運(yùn)行條件之外，還可以結(jié)合突變理論對拐點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)全面監(jiān)測，在遇到拐點(diǎn)后，應(yīng)該對其中各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)分析，了解其中的突變信息量，假如突變信息表示屬于不可逆突變，能夠直接確定屬于故障問題，并實(shí)施預(yù)警。除此之外，通過具體實(shí)驗(yàn)所得到的閾值信息，即熱點(diǎn)溫度和局部放電信息后，創(chuàng)建典型故障的物元模型，將其當(dāng)成一種專家信息傳輸至計(jì)算機(jī)軟件內(nèi)，并通過可拓診斷措施開展在線預(yù)警。

在所監(jiān)測到的變壓器相關(guān)運(yùn)行參數(shù)超出標(biāo)準(zhǔn)的情況下，變壓器相關(guān)智能監(jiān)測單元能夠利用多樣化總線，將故障信息及時(shí)傳送到上一級管理設(shè)備中，進(jìn)行預(yù)警信號監(jiān)測裝置內(nèi)部相關(guān)報(bào)警繼電器發(fā)送動(dòng)作后，會產(chǎn)生無源觸點(diǎn)信號，并將其輸送出去，該種條件下，便會在監(jiān)測裝置液晶顯示屏中出現(xiàn)警報(bào)信息。后臺計(jì)算機(jī)監(jiān)控結(jié)合無線通信網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)?bào)警信息發(fā)送到指定手機(jī)當(dāng)中。

第三是設(shè)備管理較為方便，站內(nèi)擁有的幾臺監(jiān)測裝置能夠?qū)崿F(xiàn)獨(dú)立運(yùn)行，分別記錄相關(guān)數(shù)據(jù)信息，同時(shí)也可以利用一臺計(jì)算機(jī)和一條數(shù)據(jù)通信總線統(tǒng)一管理多臺設(shè)備，能夠隨時(shí)增加相關(guān)監(jiān)測裝置，并通過一個(gè)后臺機(jī)進(jìn)行統(tǒng)一管理。第四是擁有充足的儲存空間，數(shù)據(jù)備份較為方便，在數(shù)據(jù)保存周期大于10分鐘的條件下，數(shù)據(jù)連續(xù)保存時(shí)間不低于12個(gè)月，同時(shí)能夠利用計(jì)算機(jī)結(jié)合RS 232 /485 總線或CAN總線傳輸數(shù)據(jù)信息，備份保存數(shù)據(jù)信息，后臺數(shù)據(jù)備份能力超出20年。第五是后臺管理軟件，其擁有分析各參量變化趨勢的功能，包括溫度、電壓、局部放電、電流等信號，并進(jìn)行自動(dòng)保存，能夠隨時(shí)分析波形變化。利用通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測分析。

結(jié)語：綜上所述，此次研究中針對海上平臺中的變壓器，分析相應(yīng)的綜合在線監(jiān)測技術(shù)，結(jié)合海上平臺實(shí)際發(fā)展?fàn)顩r和變壓器監(jiān)測需求，研制出一種綜合監(jiān)測系統(tǒng)。其中的智能采集功能，可以針對多種單元進(jìn)行同時(shí)采集，符合海上石油平臺發(fā)展?fàn)顩r，同時(shí)還具有安裝簡便、監(jiān)測效率高等優(yōu)勢。能夠?qū)ζ脚_變壓器進(jìn)行全民監(jiān)測，保證相關(guān)電氣設(shè)備的安全運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉朝平.海洋石油平臺干式變壓器鐵心多點(diǎn)接地常見原因及預(yù)防措施[J].電氣應(yīng)用，2018，37（12）：28-30.

[2]于曉紅，于宏偉.海洋石油平臺主變壓器間通風(fēng)系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)計(jì)[J].石油和化工設(shè)備，2017，20（09）：13-14+12.