一種變壓器真空注油自動控制裝置的應用

胡夏龍，周曉東，杜 巍，李 超

（國能大渡河檢修安裝有限公司，四川 樂山 614900）

隨著電力行業的不斷發展，大量的高壓變壓器應用于電力系統中，為社會電力供應提供保障，但也給檢修維護增大了難度，特別是在變壓器內部故障時，需要排油完成故障處理后，再按照檢修標準進行注油，其中抽真空注油過程要求尤為嚴格。傳統注油人為把控，不能做到準確定量。通過多年變壓器檢修經驗總結，我們嘗試通過自動控制裝置對整個流程進行全面控制，實現變壓器真空注油自動控制過程，以此達到嚴控工藝水平，精準注油，化繁為簡，去人工干預的目的。

1 傳統真空注油方法

在傳統變壓器真空注油[2]主要分為3階段進行，抽真空檢漏階段、抽真空注油階段和注油后油位調整階段。通過真空泵對變壓器抽真空，在真空度滿足達到要求時，停止抽真空，關閉閥門，對變壓器進行保壓檢漏試驗，觀察其30 min和90 min時的真空度差值是否滿足要求。試驗通過后繼續抽真空對變壓器進行抽真空注油[3]，通過人員觀察油位計指示情況來完成變壓器的注油。再關閉油枕頂部平衡閥，破壞膠囊內側真空，待熱油溫度降至環境溫度后，再根據獲得的真實油位多排少注，使油枕油位滿足油位溫度曲線，最后再次抽真空，將變壓器內部殘余空氣抽出后，關閉平衡閥，破壞膠囊內側真空，完成真空注油。

2 傳統真空注油存在的問題

傳統真空注油工藝因為主要由人為進行把控，存在許多不確定因素，主要有以下4個方面的問題：

（1）因為油罐內的熱油油溫較注入油液前的變壓器本體上的溫度高，注入到變壓器內的熱油冷卻后，注入變壓器中的注油量與實際注油量存在誤差。

（2）抽真空過程中，因為人工把關保壓檢漏試驗，存在人員可能降低標準的情況，影響設備檢修質量，為設備的安全運行埋下隱患，注油后存在滲漏的可能。

（3）傳統變壓器真空注油過程中，采用人員觀察油位計指示情況來確定注油量的多少，使得注油量不能夠得到準確地控制，導致變壓器油枕內的油位與油位曲線不相符，變壓器注油過多或者過少，均將嚴重地影響到變壓器的檢修進程，甚至影響到變壓器的性能，造成極大安全隱患和經濟損失。

（4）整個抽真空及注油過程中，時間長，人員參與多，導致耗費大量人力物力，影響我們現場生產效率。

3 變壓器真空注油自動控制裝置組成

變壓器真空注油自動控制裝置，包括檢測單元、控制單元和執行單元。檢測單元主要是對變壓器真空度的檢測、瓦斯繼電器處油流信號情況、注油時油溫的測量及對流量的測算統計，采集時時數據為后續分析計算提供數據支持；控制單元作為核心部件，主要是對注油條件的判斷及注油量的準確計算控制；執行單元主要是濾油機和電動閥，實現變壓器注油時開關。

檢測單元有真空表計、流量計、信號繼電器和溫度傳感器，并將測得的時時數據傳輸給控制單元。

控制單元由單片機及其它元器件組成，實現對采集的數據進行分析判斷，自主決定下一步工作。

執行單元即濾油機和電動閥，執行控制單元指令，實現注油的開啟和關閉功能。

該變壓器真空注油自動控制裝置將原有的一系列工作統一調令，有效的實現了變壓器的保壓試驗，注油前的各項檢測工作，確保了注油的工藝水平，并準確的實現變壓器注油量的控制，實用性強、安全可靠。此外該裝置整合現有資源，設計合理、造價低廉、制作加工方便。

4 變壓器真空注油自動控制裝置介紹

4.1 變壓器真空注油自動控制裝置工作流程

變壓器真空注油自動控制裝置工作主要分為3個步驟。分別為變壓器抽真空、變壓器保壓檢漏試驗和變壓器真空注油。

（1）變壓器抽真空：參照圖1，真空泵5接變壓器呼吸器管道3，對變壓器1和油枕2進行抽真空，并將實時數據通過數據傳輸線13傳遞給單片機系統8。單片機系統8對采集的數據分析判斷變壓器1真空度滿足要求（小于133 Pa）后，停止真空泵。

圖1 注油自動控制裝置實際應用示意圖

（2）變壓器保壓檢漏試驗：開始進行保壓試驗（即采集停泵1 h時的真空度P1，1 h 30 min時的真空度P2，當P2-P1＜40 Pa時，判斷為保壓試驗合格，開始進行真空注油;當保壓試驗未通過時，提醒人員檢查密封，并重新進行抽真空，并按照前面要求繼續做保壓試驗至通過）。

（3）變壓器真空注油：保壓試驗通過后，單片機系統8重新通過控制電纜14啟動真空泵5，開啟電動閥10，啟動濾油機6，將油罐7中合格的變壓器油注至變壓器1內。同時，單片機系統8開始通過油流計11計算注油量，當油位到達壓力信號傳感器4時，單片機系統8計算出本體油量注入量V1,繼續通過油流計11重新計算注油量V2，當注油量V2達到設定值時（設定值依據已知數據、測量數據及油的溫度膨脹系數建立的數據模型推導計算出），單片機系統8將通過控制電纜關閉電動閥10，停止濾油機6。真空泵5繼續抽真空，由單片機系統8判斷真空度小于133 Pa后，停止真空泵，并提醒人員關閉呼吸器處閥門9。

4.2 變壓器真空注油自動控制裝置工作流程

參照圖2：首先對變壓器抽真空，當真空度數值小于133 Pa后，進行保試驗，即1 h時的真空度P1，1 h 30 min時的真空度P2，當P2-P1＜40 Pa時即判斷為保壓試驗通過，可以進行下一步工作，否則需要對變壓器各處密封進行檢查，處理再次抽真空后繼續進行保壓保壓試驗至到通過。試驗合格后，通過濾油機對變壓器進行真空注油至設定值。當注油量滿足要求時，停止濾油機，關閉進油閥，繼續對變壓器抽真空至真空度數值小于133 Pa。最后關閉真空泵處閥門，進行其它工作。

圖2 注油自動控制裝置工作流程圖

4.3 電路結構情況及工作原理說明：

4.3.1 單片機系統主要電器元件

單片機系統主要電器元件包括：STC89C52RC單片機芯片[4]，LCD1602字符型液晶顯示屏，PS/2鍵盤，繼電器控制電路1、2、3，DS1302時鐘電路模塊[5]，5路A/D轉換信號輸入端，DS18B20溫度傳感器。其作為該裝置“大腦”，實現了數據采集轉化、數據分析處理、輸出信號等功能。

4.3.2 電路原理結構圖

圖3 注油自動控制裝置電路原理圖

4.3.3 電路接線圖

圖4 注油自動控制裝置電路接線圖

4.3.4 電路主要元件選型說明：

（1）真空表計：ZDZ52T型智能電阻真空計。該真空機電源采用高檔模塊電源，硬件采用模塊化結構設計及EMI抑制、WATCHDOG電路，軟件采用冗余、陷阱、數字濾波等抗干擾技術，提高了儀器的抗干擾能力及整機性能，該儀器具有很高的可靠性，可在惡劣的工業環境下使用。

（2）超聲波流量計:RRD-2000F-2-8-DN50-2型一體外夾式超聲波流量計。主傳感器安裝在測量管道上，與傳統流量計相比，它無需斷管斷流，安裝方便快捷，真正實現了無損安裝。

（3）壓力信號傳感器：沃爾克 PLS經濟型壓力變送器。其作為氣液體壓力變送器，內置進口陶瓷壓阻或擴散硅式傳感器。適用于與接觸部分材質兼容的氣體和液體介質。可以測量表壓、絕壓和負壓。選用抗腐蝕的陶瓷壓力傳感器沒有液體的傳遞，壓力直接作用在陶瓷膜片的前面，使膜片產生微小的形變，厚膜電阻印刷在陶瓷膜片的背面，連接成一個惠斯登電橋（閉橋），由于壓敏電阻的壓阻效應，使電橋產生一個與壓力成正比的高度線性、與激勵電壓也成正比的電壓信號，標準的信號根據壓力量程的不同標定為2.0/3.0 /3.3mV/V ，可以和應變式傳感器相兼容。

（4）繼電器型號：HUIKE HK4100F-DC5V-SHC（集成于單片機系統）。

（5）交流接觸器1：耐德三極交流接觸器 D型接觸 LC1D系列32A AC380 V。

（6）交流接觸器2：耐德三極交流接觸器 D型接觸 LC1D系列32A AC380 V。

（7）交流接觸器3：耐德三極交流接觸器 D型接觸 LC1D系列95A AC380 V。

（8）測溫元件：DS18B20溫度傳感器。其采用美國DALLAS公司生產的 DS18B20可組網數字溫度傳感器芯片封裝而成，具有耐磨耐碰，體積小，使用方便，適用于各種設備數字測溫和控制領域。

4.4 變壓器真空注油自動控制模型

注油量的設定值V的數學模型推導：將已知值和測量值,通過數學模型的推導，計算出設定值V。

（1）已知量：

1）變壓器油的密度g為0.9（kg/L）；

2）變壓器總油重G（銘牌）；

3）變壓器油體積膨脹系數a為0.000 733。

（2）測量值：

1）環境溫度T1（單片機模板直接測量出的結果）；

2）注油溫度T2（測量出的結果）；

3）變壓器本體注入量V1（由流量計計算得來）。

（3）變量值：變壓器油體積補償參數f為a[T-（-30）]

（4）計算設定值：

1）本體注入量V1實際需要注入量：V3=V1×[a（T2-T1）+1]

2）油枕環境溫度時注入量：V4=G/g×a[T1-（-30）]

3）油枕實際需要注入量：V5=V4×[a（T2-T1）+1]

4）真空注油實際需要注入量：V=V3+V5

由V1+V2=V3+V5

即V1+V2=V1×[a（T2-T1）+1]+V4×[a（T2-T1）+1]

即V2=V1×a（T2-T1）+V4×[a（T2-T1）+1]

V2=V1×a（T2-T1）+{G/g×a[T1-（-30）]} ×[a（T2-T1）+1]

即當V2的設定值達到以上值時，即滿足停止注油條件。

5 結束語

變壓器真空注油自動控制裝置能夠實現變壓器抽真空保壓檢漏試驗的嚴格把控，也能夠實現變壓器準確注油。既保證了變壓器檢修質量，也避免變壓器油因為過多過少導致增加大量工作。

通過對一種變壓器真空注油自動控制裝置的深入分析，從結構組成、工作原理、控制模型等多方面進行了深入分析介紹。通過該裝置能夠提高工作效率。