基于電廠變壓器套管絕緣性能在線監測技術的研究

李進

（神華神東電力新疆準東五彩灣發電有限公司，新疆 昌吉 831100）

0 引言

變壓器在電廠中發揮著重要的作用，而絕緣套管則是變壓器的重要組成部件，若是絕緣套管的性能出現問題，則會造成電廠電力系統出現停止運行的情況，甚至會發生變壓器的重大安全事故，因此變壓器絕緣套管進行性能的監測是保障電廠電力系統正常運行的重要措施，對電廠的良好運行有著重要的作用。

1 電廠變壓器套管絕緣性能在線監測原理

電廠變壓器絕緣套管絕緣性能在線監測技術是通過對變壓器絕緣套管的性能進行檢測和試驗的一種方法。一般而言，變壓器絕緣套管的在線監測技術的開展是通過信號采集系統、傳感器系統以及分析診斷系統共同組成的。信號采集系統的主要功能是將傳感器獲得的變壓器絕緣套管狀態信息進行數據的處理和傳輸，將數據信號傳輸給分析診斷系統，在分析診斷系統對數據信號進行分析診斷處理后，使工作人員可以對變壓器絕緣套管的絕緣性能進行掌握，并根據其運行狀態對其使用壽命進行評估，變壓器絕緣套管的在線監測流程如下圖1所示[1]。

圖1 變壓器絕緣套管在線監測的基本流程

2 電廠變壓器套管絕緣性能檢測方法

2.1 離線檢測法

變壓器絕緣套管絕緣性能的檢測方法在之前很長一段時間使用的都是離線檢測的方法，這種檢測方法需要工作人員首先停止變壓器絕緣套管的帶電運行，之后對變壓器絕緣套管進行人工拆除操作，對拆除下來的變壓器絕緣套管進行加壓模擬其帶電運行情況，最后得出變壓器絕緣套管的絕緣性能參數，以此進行變壓器絕緣套管絕緣狀態的判斷。電橋法是變壓器絕緣套管離線檢測方法中使用較多的一種，此方法的使用原理和變壓器絕緣套管帶電運行時的工作原理相同，所以具有較高的指導價值，但也存在一定缺陷便是電橋法中加在變壓器絕緣套管兩端的電壓達不到實際母線的電壓。離線檢測的方法開展方式較為簡單，但是需要消耗一定的人力和物力，且試驗分析需要消耗一定的時間成本。

2.2 在線監測法

隨著計算機技術和傳感器技術的使用逐漸成熟，其在變壓器絕緣套管監測工作中的應用逐漸發展成新的在線監測技術。在線監測技術主要是通過傳感器對變壓器絕緣套管絕緣性能參數可以進行實時采集的原理，通過計算機對采集的變壓器絕緣套管絕緣性能數據進行讀取分析，使工作人員可以在計算機中獲取變壓器絕緣套管的運行情況，并可以在其出現異常運行狀態時進行及時的關注和處理操作。變壓器絕緣套管在線監測技術的使用，在很大程度上降低了工作人員需要去現場進行的工作量，減少了對變壓器絕緣套管的大量重復檢測工作，對電廠電力系統的穩定安全運行保障方面，起到了十分重要的作用[2]。

3 電廠變壓器套管絕緣性能在線監測方案

3.1 傳感器方案

對電廠變壓器絕緣套管絕緣性能的在線監測主要是為了保證工作人員可以實時對變壓器絕緣套管絕緣性能進行在線監測。變壓器絕緣套管在線監測的全部方案中包括了前端數據采集單元以及后臺數據顯示單元。前端數據采集單元可以通過傳感器對變壓器絕緣套管泄露的電流信號進行獲取，并且還可以對基準電壓的信息進行采集，之后通過計算機計算的方式得出變壓器絕緣套管絕緣性能的容性電流、介質消耗因數和電容量數據。最后通過信號傳輸單元，將得出的相關數據傳輸給后臺服務器，由后臺服務器對信息進行處理后，將其在顯示在工作人員的操作界面上。

在進行變壓器絕緣套管介質損耗的在線監測階段，需要對變壓器絕緣套管運行階段的運行參數（電壓數據、電流數據）進行使用，這些數據的獲取都需要借助合適的電流傳感器進行獲取。由于變壓器絕緣套管的末屏產生的電流信號通常較?。ê涟不蛘呶布墑e），所以傳統的電流傳感器無法達到對其進行檢測的使用要求，而無源相位傳感器的相位偏差較大，因此選擇有源零磁通電流傳感器作為在線監測變壓器絕緣套管末屏電流信號的傳感器。在安裝傳感器時，安裝方式選擇穿心式結構，并且設計中選擇集成度較高且具有溫度補償功能的BCT-2傳感器，在材料選擇上使用具有深度負反饋功能的莫合金材料，以此做到對采集信號的補償，并且將變壓器絕緣套管末屏電流的檢測范圍設計在100μA～700mA之間，BCT-2傳感器的參數如下表1所示。

表1 BTC-2 傳感器參數

3.2 同步采樣方案

基準電壓信號以及變壓器絕緣套管末屏的電流信號都屬于交流信號，所以其相位是一直變化的。因此，為了更加準確地對介質損耗信息進行計算，便需要確保采集的電流信息和電壓信息是同一時刻的。若是二者的采樣時間不是在同一時刻，則計算所得的數據便不能準確反映出變壓器絕緣套管的絕緣性能。在計算時，若是電網的頻率數值選擇為穩定狀態的50赫茲作為計算量，則一個信號周期計算成毫秒便是20毫秒，在角度上的反映則是360度，這樣便可以得出1毫秒時間等于18度，由此可以看出，1毫秒的偏差就非常大了[3]。在同步采樣方案中使用B碼對時的方法進行時刻的確定，由于不同碼元的脈沖寬度不同，工作人員可以通過對碼元信息的識別，確定提取的信息數據時間是同一時刻的。B碼對時的方法主要是通過單片機或解碼芯片的使用，對不同碼元寬度（10毫秒碼元、8毫秒碼元、2毫秒碼元）進行提取，以此得到可以使用的同一時刻的信號數據，并且B碼對時裝置的穩定程度和精確程度較高，符合同步采樣方案的使用要求。

3.3 信號處理方案

對變壓器絕緣套管的信號數據使用傳感器技術進行采集后，需要對采集信號的線性區域進行進一步的放大，以此才能完成更為精準的信號數據轉化操作。所以在此過程中需要對數據信號進行放大處理，信號放大處理可以使用AD627芯片，這款芯片是性能較好的儀表放大芯片。在信號放大處理過程中工作人員可以通過對電阻的調節，以此進行放大倍數的調節，并且芯片的非線性度為40ppm以內，失調電壓低于50微安，工作產生的噪聲較小，溫漂較小等優點[4]。

3.4 數據通信方案

在變壓器絕緣套管使用現場進行監測的單元對變壓器絕緣套管絕緣性能數據信息的采集和初步處理后，需要現場監測單元設備將采集處理好的數據信息傳輸至后臺的數據庫中進行儲存，并在顯示單元設備上進行數據信息的展示。由于變壓器絕緣套管運行的現場環境和通信方式需要根據實際情況進行選擇，本文以RS485總線的通信方式作為分析對象，RS485總線是使用差分的方式，這種方式可以很好地抑制共模干擾對數據產生的影響，并且這種通信方式的傳輸距離較遠，最遠可以達到3千米的距離，可以達到電廠走線要求的走線距離要求。并且RS485總線通信使用的通信芯片為MAX485ESA通信芯片，這種通信芯片具有工業級的制造標準、穩定的性能以及較大的溫度范圍等特點，完全可以滿足電廠變壓器絕緣套管現場監測單元對數據信息進行通信傳輸的要求[5]。

3.5 軟件方案

在完成變壓器絕緣套管現場監測單元設備的硬件設計后，需要對變壓器絕緣套管在線監測使用的軟件流程進行設計。硬件設備得以驅動使用的核心元素便是軟件的控制，軟件的驅動邏輯也是硬件電路進行運行的基本依據。在變壓器絕緣套管現場監測單元進行通電運行后，工作人員應首先對系統進行初始化的復位操作，并對系統內部寄存器以及系統的使用參數進行相應的配置。之后便是進行系統運行的主循環中，等待定時采樣時間時變壓器絕緣套管現場監測單元傳輸過來的進行初步采集處理的數據信息，之后對同步信號數據是否到來進行判斷，保證變壓器絕緣套管現場監測單元的數據信息采集和基準單元信號采集操作是同時觸發的，在計算機系統進行數據信息的計算和分析整理后，通過RS485總線將計算分析所得的數據信息傳輸至后臺服務器中，并在顯示器上進行數據信息的展示。

4 結語

總之，在人們對電力系統的運行性能要求不斷提高背景下，保障變壓器絕緣套管絕緣性能的良好情況也成為當下電廠工作人員的重要工作內容。工作人員應加大對變壓器絕緣套管中介質損耗在線監測技術的研究，以此實現對其絕緣性能的精準判斷。