變壓器絕緣油監測控制技術研究進展

唐楷 楊俊波 鄧貴川 王文川 林國良

①四川輕化工大學化學工程學院 ②四川盛鑫源電器設備制造有限公司③自貢市創新科技咨詢服務有限公司

目前，國家正在大力鼓勵發展推廣節能型、智能化的配電電力變壓器。變壓器的穩定運行及使用時間長短對國家電網系統的穩定和市場效益起著不可取代的作用。在變壓器設備運行事故中，由于絕緣油監測失控導致的事故比比皆是。因此，對變壓器絕緣油的運行維護及在線監測工作在電力系統中顯得尤為重要[1-4]。

1 目的和意義

變壓器在電力系統中起到樞紐作用，其重要性不言而喻。變壓器穩定性和電力系統的安全運行息息相關。由于變壓器的故障而導致設備損失比比皆是。近年來，國內外工程技術人員對變壓器事故原因開展了眾多研究，從結論分析來看，大部分事故都是由于變壓器局部故障擴大而導致。國內目前對變壓器運行工況分析不充分，主要依靠預防性試驗。但是因為預防性實驗耗時長，現在行業內通行的預防性實驗項目對變壓器發展性故障反應不敏捷，發展速度如果幾天至幾周的局部性缺陷很難及時發現。但這種由于局部缺陷擴大，而在一段時間內造成的事故往往占有很大比例。變壓器油雖絕緣不導電，但由于長期參與高壓電器運行，在光、熱、金屬、外界電磁場及各種催化雜質的作用下會產生催化反應[5-6]。況且，變壓器油中含有的微量水分也會導致設備受潮、絕緣材料老化以及油況質量下降不利影響。另外，變壓器絕緣油中溶解的氣體，也會對變壓器造成的巨大損害。綜合來看，如何有效測定變壓器油中微量水分，同時對變壓器油中溶解氣體的定性和定量檢測，是變壓器絕緣油監測控制的技術關鍵[7-8]。

2 國內外研究現狀

近年來，國內外研究人員在該領域做了大量科學研究，其中接近實用階段的技術成果如下[9-11]：

“一種電力變壓器絕緣油中溶解氣體智能在線監測裝置”（ZL 201220415468.3）開發了一類智能在線監測裝置。該裝置的油氣分離模塊通過管路與電力變壓器連接，油氣分離模塊通過通訊電纜與色譜分離氣體檢測模塊連接，色譜分離氣體檢測模塊通過通訊電纜與現場控制與處理單元連接，現場控制與處理單元通過通訊電纜與GPRS模塊連接，主站單元及監測軟件通過數據線與數據庫連接。采用本裝置可在線、連續、快速、自動分析充油高壓電力設備中溶解的H2、CH4、CO、CO2、C2H4、C2H2、C2H6氣體的含量和增長率，并對設備故障進行自動診斷。

“變壓器絕緣油水分含量在線監測裝置及方法”（ZL 2018 10828604.3）提供了一種變壓器絕緣油水分含量在線監測裝置，包括：振蕩頻率計數器、油樣恒溫檢測腔及晶振等部件構成。根據晶振產生的振蕩頻率的變化獲取變壓器絕緣油水分含量。

“一種變壓器絕緣油光聲光①譜在線監測系統”（ZL 2020 10483026.1）開發了一種變壓器絕緣油光聲光譜在線監測。該方法提供的變壓器絕緣油光聲光譜在線監測系統具有便于通過故障診斷系統早期預報設備故障隱患信息，避免設備事故，減少重大損失，提高設備運行的可靠性的優點。但技術尚未得到廣泛印證，可靠性和準確性尚待驗證。

“一種基于PIC單片機的變壓器絕緣油在線監測系統”（ZL 201620558606.1）提供了一種變壓器絕緣油在線監測系統，包括氣體檢測模塊、微水檢測模塊、油溫檢測模塊、A/D采樣模塊、PIC控制模塊。該方法通過傳感器檢測到的變壓器絕緣油中溫度、濕度、溶解氣體各組成含量等信息，匯總到控制模塊，并且通過液晶顯示屏和鍵盤實現與現場檢測維護人員的人機信息交互，實時對變壓器絕緣油進行在線監測。

“一種變壓器油油套管絕緣油在線監測裝置”（ZL 202010 454518.8）提供了一種變壓器油油套管絕緣油在線監測裝置，包括油氣分離單元、光聲單元、信號處理單元、數據采集控制單元和PLC控制單元。其中，光聲單元用于檢測分離的氣體，輸出壓力信號，信號處理單元將壓力信號轉化為電信號，信號處理單元通過信號傳輸線與數據采集控制單元連接，所述的數據采集控制單元與主控制中心監測平臺通過RS485連接；PLC控制器單元分別與油氣分離單元、光聲單元、數據采集控制單元通過RS232連接。本裝置解決了變壓器油油套管絕緣油色譜監測時間長、無在線監測問題。

“絕緣油中溶解氣體在線監測裝置及絕緣油中氣體脫出方法”（ZL 201810073972.1）開發了一種絕緣油中溶解氣體在線監測裝置，該裝置包括脫氣缸、除油室、直線步進電機以及色譜分析氣路模塊。該方法無需油循環泵和真空泵，優化了脫氣系統的結構，降低了投入成本，提高了脫氣效率。

“一種變壓器絕緣油在線監測系統及方法”（ZL 20151039 7902.8）提供了一種變壓器絕緣油在線監測系統及方法。包括對絕緣油進行PH值檢測的PH值監測模塊，監測變壓器油箱內絕緣油壓力的壓力檢測模塊，檢測絕緣油油位的油位監測模塊和用于對監測模塊進行供電的電源模塊。實時采集變壓器油箱內絕緣油的不同時刻不同位置的PH值，并實時采集變壓器油箱內不同時刻不同位置的壓力值，得出異常清楚發出警報并通知管理員。能夠對變壓器絕緣油進行及時漏油監測和氧化監測，并鎖定故障點通知管理人員。

3 結論和展望

（1）針對變壓器絕緣油監測這一問題，離線監測需要在變壓器設備停運時進行各種試驗檢測，這種方法不能被大范圍使用。隨著科學技術的發展，變壓器設備在線監測技術將得到進一步研究和推廣。

（2）采用氣相色譜儀技術可以同時分析油中溶解氣體，便于發現早期故障。但是這種方法需要定時抽取油樣，在實驗室進行分析，試驗時間長，不能實現在線連續監測，使用仍然有一定局限。

（3）針對變壓器絕緣油監測技術研究，還需要綜合考慮監控軟件的開發和現場安裝測試及分析系統性能，設計電源、殼體等系統輔助部分，才能更好的接近實際應用。