變壓器絕緣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析獲獎(jiǎng)科研報(bào)告

變壓器絕緣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析獲獎(jiǎng)科研報(bào)告關(guān)鍵詞：變壓器;絕緣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì);分析

引言

隨著時(shí)代不斷的發(fā)展，在線監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用于變電維修中越來(lái)越受到重視，主要表現(xiàn)為應(yīng)用的范圍逐漸廣泛，經(jīng)濟(jì)效益持續(xù)增長(zhǎng)，此外，許多科學(xué)研究所及高校也在逐步將在線檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用于設(shè)備監(jiān)測(cè)的過(guò)程中。由于目前的變電設(shè)備較為復(fù)雜，因此相應(yīng)的在線監(jiān)測(cè)設(shè)備還有待進(jìn)一步完善，在今后的設(shè)計(jì)研發(fā)中，應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的人工智能化，從而使變電維修設(shè)備更加便捷。

1、變壓器中絕緣在線監(jiān)測(cè)技術(shù)及其應(yīng)用的重要作用

在變壓器中絕緣在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的可靠性在試驗(yàn)及相關(guān)的實(shí)踐中得到了全面的驗(yàn)證，其技術(shù)廣泛的應(yīng)用對(duì)于變電維修工作具有重要意義。在變壓器中絕緣線監(jiān)測(cè)技術(shù)作為一種新興的監(jiān)控技術(shù)，通過(guò)獲取設(shè)備的數(shù)據(jù)信息，加以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算，以此為設(shè)備的維修監(jiān)測(cè)進(jìn)行有價(jià)值信息的提供。設(shè)備工作的過(guò)程中，其運(yùn)行狀況與性能的關(guān)系十分密切，一般來(lái)說(shuō)，設(shè)備發(fā)生故障的損失是無(wú)法預(yù)估的，但在線監(jiān)測(cè)技術(shù)可以很好的處理這一問(wèn)題，對(duì)于設(shè)備的運(yùn)營(yíng)過(guò)程進(jìn)行全面的監(jiān)測(cè)、記錄，一旦設(shè)備發(fā)生故障，即可采取維護(hù)措施。在變壓器中絕緣線監(jiān)測(cè)技術(shù)監(jiān)測(cè)的方面較為全面，因此其監(jiān)測(cè)結(jié)果與實(shí)際情況較為符合，對(duì)于檢修與維護(hù)過(guò)程中，變電檢修的方向性及目的十分明確，能夠減少資源的浪費(fèi)。

2、變壓器的影響因素

在油浸式變壓器中，主絕緣以油紙屏障絕緣結(jié)構(gòu)最為常用。縱絕緣是同一繞組各部分之間的絕緣，如不同繞組間、層間和匝間的絕緣等。通常以沖擊電壓在繞組上的分布作為繞組縱絕緣設(shè)計(jì)的依據(jù)，但匝間絕緣還應(yīng)考慮長(zhǎng)時(shí)期工頻工作電壓的影響。電網(wǎng)中有了諧波電流會(huì)造成電壓正弦波形畸變，使電壓質(zhì)量下降，給發(fā)供電設(shè)備、用電計(jì)量、繼電保護(hù)等帶來(lái)危害，污染電網(wǎng)。諧波還會(huì)使電網(wǎng)中感性負(fù)載產(chǎn)生過(guò)電壓、容性負(fù)載產(chǎn)生過(guò)電流，對(duì)安全運(yùn)行帶來(lái)危害。產(chǎn)生諧波的設(shè)備主要有冶金、化工、電氣化鐵路及其他換流設(shè)備，非線性用電設(shè)備都是諧波源，尤其是硅整流、晶閘管投切設(shè)備以及電弧爐、電焊機(jī)等。

3、變壓器絕緣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

3.1硬件設(shè)計(jì)

在線式絕緣監(jiān)測(cè)裝置包括以下幾部分：絕緣采樣調(diào)理電路、人機(jī)接口、RS-485通信、CAN通信、開(kāi)關(guān)量輸出、最小單元和輔助電源部分。絕緣采樣電路中：R1～R3、R4～R7為平衡橋電阻，且總阻值都為30kΩ;R1～R2、R4～R6為檢測(cè)橋電阻，檢測(cè)橋電阻為平衡橋電阻的部分電阻，形成了橋電阻部分共用。這不同于傳統(tǒng)平衡橋電阻和非平衡橋電阻分離且獨(dú)立的現(xiàn)象。S1、S3為檢測(cè)橋開(kāi)關(guān)，通過(guò)STM32完成橋電阻R3和R7的接入與斷開(kāi)，R3為5.1kΩ、R7為10kΩ，實(shí)現(xiàn)了不平衡狀態(tài)的檢測(cè)。R8、R9為補(bǔ)償橋電阻且阻值不同，通過(guò)STM32的輸出來(lái)控制電阻的接入與斷開(kāi)，以實(shí)現(xiàn)電壓補(bǔ)償功能。其中：S21、S22為接入與斷開(kāi)的補(bǔ)償橋開(kāi)關(guān)，可以將它們統(tǒng)稱為S2。同時(shí)，R10～R13為采樣電阻，其阻值為3MΩ。通過(guò)電阻網(wǎng)絡(luò)分壓，接著電阻分壓采樣值通過(guò)VREF（1.25V）的抬升、運(yùn)放（LM358D）比例調(diào)整、RC濾波和電壓嵌位進(jìn)入STM32的ADC引腳。這不同于傳統(tǒng)的光電隔離采樣，實(shí)現(xiàn)了非隔離絕緣采樣。

3.2軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)采用C++編寫，運(yùn)行環(huán)境為IAR7.10，在μC/OS操作系統(tǒng)下模塊化設(shè)計(jì)，便于系統(tǒng)的可移植性與內(nèi)存調(diào)度，有利于后期的維護(hù)、升級(jí)。本裝置在不接地直流電源系統(tǒng)中進(jìn)行實(shí)際試驗(yàn)。絕緣電阻測(cè)量值與實(shí)際值的相對(duì)誤差很小，且測(cè)量數(shù)據(jù)的相對(duì)誤差可以控制在±2.5%以內(nèi)，完全滿足中±5%的誤差要求。將正負(fù)/母線對(duì)地之間接入電容，裝置能夠檢測(cè)其容值，施加的標(biāo)稱電容值與顯示值的誤差較小，誤差可以控制在±10.0%以內(nèi)。

3.3改進(jìn)措施

基于以上脫氣裝置的缺陷，為防止載氣直接或間接進(jìn)入變壓器油中，提出以下兩點(diǎn)改進(jìn)思路：第一，對(duì)使用膜分離技術(shù)的脫氣方式，對(duì)脫氣裝置加裝減震模塊，保證膜在一個(gè)穩(wěn)定的環(huán)境中工作。在實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)高壓變壓器在線油色譜脫氣裝置受高壓變壓器震動(dòng)影響明顯，因震動(dòng)引起膜破損、蠕動(dòng)導(dǎo)致變壓器油污染色譜柱的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。對(duì)脫氣裝置加裝減震模塊，能有效減慢膜的老化、破損速度。第二，改變高壓變壓器主循環(huán)油路的結(jié)構(gòu)。（1）傳統(tǒng)的油色譜脫氣裝置裝設(shè)在油路主循環(huán)管道上。將油色譜脫氣裝置從主循環(huán)油路中獨(dú)立出來(lái)，作為檢測(cè)支路，這樣可有效避免部分載氣進(jìn)入主循環(huán)油路。（2）在脫氣裝置后加裝真空濾油脫氣裝置和壓力異常閉鎖報(bào)警裝置。在脫氣裝置后的油路管道上安裝真空濾油裝置，真空濾油的原理跟真空脫氣的原理類似，此裝置主要針對(duì)溶解于油中的氣體，在高溫條件下機(jī)械振蕩，析出溶解于油中的氣體并脫氣。濾油裝置之后安裝高靈敏度的壓力閉鎖保護(hù)裝置，此裝置主要針對(duì)游離氣體。根據(jù)氣壓和液壓對(duì)油路管道壓力的區(qū)別，當(dāng)油中存在游離氣體時(shí)，壓力傳感器會(huì)檢測(cè)到壓力下降，將控制裝設(shè)在油路主循環(huán)管道上的電磁控制閥閉鎖主循環(huán)油路，并向油色譜裝置后臺(tái)發(fā)出報(bào)警信息，避免游離氣體進(jìn)入變壓器油中。

結(jié)束語(yǔ)

在線監(jiān)測(cè)的最終目的是為了