变压器绝缘在线监测系统设计分析

摘  要：近年来，随着在线监测技术的发展应用，在线油色谱广泛应用于高压变压器油中溶解气体的检测，在线油色谱监测具有快速、重复性好等优点，但目前在线色谱厂家多，在线色谱脱气方式多样，存在由于脱气装置本身缺陷导致色谱载气进入变压器油中的风险，给变压器安全运行带来极大隐患。鉴于此，文章结合笔者多年工作经验，对变压器绝缘在线监测系统设计分析提出了一些建议，仅供参考。

关键词：变压器;绝缘在线监测系统设计;分析

引言

随着时代不断的发展，在线监测技术应用于变电维修中越来越受到重视，主要表现为应用的范围逐渐广泛，经济效益持续增长，此外，许多科学研究所及高校也在逐步将在线检测技术应用于设备监测的过程中。由于目前的变电设备较为复杂，因此相应的在线监测设备还有待进一步完善，在今后的设计研发中，应进一步加强在线监测技术的人工智能化，从而使变电维修设备更加便捷。

1、变压器中绝缘在线监测技术及其应用的重要作用

在变压器中绝缘在线监测技术的可靠性在试验及相关的实践中得到了全面的验证，其技术广泛的应用对于变电维修工作具有重要意义。在变压器中绝缘线监测技术作为一种新兴的监控技术，通过获取设备的数据信息，加以对数据进行分析计算，以此为设备的维修监测进行有价值信息的提供。设备工作的过程中，其运行状况与性能的关系十分密切，一般来说，设备发生故障的损失是无法预估的，但在线监测技术可以很好的处理这一问题，对于设备的运营过程进行全面的监测、记录，一旦设备发生故障，即可采取维护措施。在变压器中绝缘线监测技术监测的方面较为全面，因此其监测结果与实际情况较为符合，对于检修与维护过程中，变电检修的方向性及目的十分明确，能够减少资源的浪费。

2、变压器的影响因素

在油浸式变压器中，主绝缘以油纸屏障绝缘结构最为常用。纵绝缘是同一绕组各部分之间的绝缘，如不同绕组间、层间和匝间的绝缘等。通常以冲击电压在绕组上的分布作为绕组纵绝缘设计的依据，但匝间绝缘还应考虑长时期工频工作电压的影响。电网中有了谐波电流会造成电压正弦波形畸变，使电压质量下降，给发供电设备、用电计量、继电保护等带来危害，污染电网。谐波还会使电网中感性负载产生过电压、容性负载产生过电流，对安全运行带来危害。产生谐波的设备主要有冶金、化工、电气化铁路及其他换流设备，非线性用电设备都是谐波源，尤其是硅整流、晶闸管投切设备以及电弧炉、电焊机等。

3、变压器绝缘在线监测系统设计分析

3.1硬件设计

在线式绝缘监测装置包括以下几部分：绝缘采样调理电路、人机接口、RS-485通信、CAN通信、开关量输出、最小单元和辅助电源部分。绝缘采样电路中：R1～R3、R4～R7为平衡桥电阻，且总阻值都为30kΩ;R1～R2、R4～R6为检测桥电阻，检测桥电阻为平衡桥电阻的部分电阻，形成了桥电阻部分共用。这不同于传统平衡桥电阻和非平衡桥电阻分离且独立的现象。S1、S3为检测桥开关，通过STM32完成桥电阻R3和R7的接入与断开，R3为5.1kΩ、R7为10kΩ，实现了不平衡状态的检测。R8、R9为补偿桥电阻且阻值不同，通过STM32的输出来控制电阻的接入与断开，以实现电压补偿功能。其中：S21、S22为接入与断开的补偿桥开关，可以将它们统称为S2。同时，R10～R13为采样电阻，其阻值为3MΩ。通过电阻网络分压，接着电阻分压采样值通过VREF（1.25V）的抬升、运放（LM358D）比例调整、RC滤波和电压嵌位进入STM32的ADC引脚。这不同于传统的光电隔离采样，实现了非隔离绝缘采样。

3.2软件设计

软件设计采用C++编写，运行环境为IAR7.10，在μC/OS操作系统下模块化设计，便于系统的可移植性与内存调度，有利于后期的维护、升级。本装置在不接地直流电源系统中进行实际试验。绝缘电阻测量值与实际值的相对误差很小，且测量数据的相对误差可以控制在±2.5%以内，完全满足中±5%的误差要求。将正负/母线对地之间接入电容，装置能够检测其容值，施加的标称电容值与显示值的误差较小，误差可以控制在±10.0%以内。

3.3改进措施

基于以上脱气装置的缺陷，为防止载气直接或间接进入变压器油中，提出以下两点改进思路：第一，对使用膜分离技术的脱气方式，对脱气装置加装减震模块，保证膜在一个稳定的环境中工作。在实际运行中发现高压变压器在线油色谱脱气装置受高压变压器震动影响明显，因震动引起膜破损、蠕动导致变压器油污染色谱柱的现象时有发生。对脱气装置加装减震模块，能有效减慢膜的老化、破损速度。第二，改变高压变压器主循环油路的结构。（1）传统的油色谱脱气装置装设在油路主循环管道上。将油色谱脱气装置从主循环油路中独立出来，作为检测支路，这样可有效避免部分载气进入主循环油路。（2）在脱气装置后加装真空滤油脱气装置和压力异常闭锁报警装置。在脱气装置后的油路管道上安装真空滤油装置，真空滤油的原理跟真空脱气的原理类似，此装置主要针对溶解于油中的气体，在高温条件下机械振荡，析出溶解于油中的气体并脱气。滤油装置之后安装高灵敏度的压力闭锁保护装置，此装置主要针对游离气体。根据气压和液压对油路管道压力的区别，当油中存在游离气体时，压力传感器会检测到压力下降，将控制装设在油路主循环管道上的电磁控制阀闭锁主循环油路，并向油色谱装置后台发出报警信息，避免游离气体进入变压器油中。

结束语

在线监测的最终目的是为了尽早发现设备及系统在运行时出现的故障问题，使设备维护人员在事故发生的萌芽期采取有效的维修手段进行故障的消除，进而避免危险事故的发生。伴随电力市场系统的不断优化改进，节约物力、人力的在线监测技术广受社会各界的关注。

参考文献

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作者简介：刘建新，男，汉，陕西绥德，19870228，发电厂及电力系统，陕西有色榆林新材料集团有限责任公司发电分公司。

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