變壓器油微水智能在線監測技術的應用

【摘要】在利用變壓檢測系統對變壓器進行檢測時，變壓器絕緣油中微水的含量是主要的檢測內容，對變壓器的機械強度和絕緣性能有非常大的影響，本文重點對變壓器油微水在線監測技術的應用進行探討。

【關鍵詞】變壓器油微水；在線檢測；技術；應用

在電力系統中，變壓器是一個非常重要的設備，其運行的好壞對電網的安全運行有非常大的影響。變壓器在運行過程中，散熱和絕緣離不開變壓器油，而變壓器油中微水的含量對變壓器油的絕緣度有非常大的影響。如果在變壓器油中含有水分就會和油產生化學反應，加速油質的降解，降低變壓器油的絕緣效果。所以對變壓器油微水在線監測技術的應用是防止變壓器油絕緣效果降低的有效辦法。

1.系統的檢測原理

1.1 電容傳感器的的測量原理

電容式傳感器是目前油品含水檢測應用中使用非常多的一種檢測方法，在常規溫度下，純油介電常數為212，水的相對介電常熟數為81，有非常大的差別。而變介電常數電容式傳感器就是根據油和水的介電常熟相差非常大這一特點來對水的含量進行測量的，含水油這一混合物的結構非常的復雜，根據其相對常熟建立下面這個數學模型，此時可以把含水油看成純水和純油兩種物質的混合參物。

在公式中，代表混合介質的介電常數，為純水的介電常數，d為混合物中水的體積分數，為純油的介電常數。從這個公式中可以看出水的含量和含水混合物介電常數之間的關系，很明顯，當變壓器中絕緣油的含水量出現變化時，油水混合物的介電常數也會出現非常明顯的變化，利用傳感器對電路進行測量，然后把油水混合物匯總的介電常數轉變成電容量的變化，再使用信號處理電路調節后，和微處理器結合起來，最后測的水的含量。

1.2 調制電容傳感器信號的方法

電容傳感器的轉換輸出電路的種類非常的多，主要來說有下面兩種，分別為：（1）專業的集成電路，當前很多廠家都在努力開發出成本低、性能高的電壓轉化芯片，比如德國AMG公司的CAV414，CAV424系列，瑞士XEMICS公司的可編程低功耗電容傳感器調節芯片XE2003，XE2004等。（2）分立元件法。根據轉換的原理進行分類，其中電橋法電路、調頻法電路、運算法電路、脈沖調寬法電路是比較有代表性的檢測電路。

2.微水含量的測量方法

在以往都是對變壓器油進行采樣，然后在實驗室使用卡爾費休試劑法、色譜分析法、庫侖法對樣品進場測試，使用這種方式對微水含量進行檢測，檢測的準確度非常的高，不過這種方法存在著污染嚴重、化學試劑氣味大、需要現場配置標準試劑等方面的缺點，而且在測量的過程中，不可以對檢測過程進行實時的監控，為了防止意外事故出現，只能使用定期換油的方法進行預防，往往需要將變壓器停役，可能造成大面積停電，帶來財力、人力、物力的大量浪費。

隨著檢測技術的不斷發展，在線監測技術取得了非常大的發展，比如目前我單位新建的110千伏變電站中使用的TROM-600變壓器油色譜在線監測系統，采用思源公司研發的特殊材料制造的色譜柱來作為特征氣體分離的主要元件色譜屬于復合型的光譜分析式色譜柱，利用色譜柱的氣體對光譜進行分析，可以對C0、H2、C2H6、CH4、C2H2、C2H4六種氣體進行分離，同時可以對六種氣體進行峰峰分離，和以往的化學分離方式相比，避免了某些氣體峰值過高，對其他氣體峰值掩蓋的情況出現，保證了數據的準確性，使用了準確度比較高的集散控制技術和單元采集技術，現場設備出現停電的情況時，會啟動自動掉電保護裝置，保證日歷時鐘不丟失，當計算機出現故障時，前端的設備可以獨自完成數據的存儲和收集。使用色譜柱對含電信號進行轉換，在10mV的范圍內測量基線都非常的穩定，恢復時間和響應時間非常的短，確保了測量的靈敏性和重復性，檢測范圍也非常的大，不僅保證了測量數據的準確性，同時也保證了測量的安全。而且在安裝的過程中，只需要把進出油管通過變壓器的預留孔和法蘭相連即可。可以在設備運行的狀態下進行安裝，安裝過程中不會產生油耗和污染。可以對檢測周期進行隨意設定，數據存儲量大，存儲時間長，報表非常豐富，數據顯示非常的生動形象。

3.微水檢測系統的應用

3.1 測量電容量

電容量的測量模型如圖1所示，首先使用IC1555和四周的元件組成振盪電路，產生交流電橋的工作電源，在電容出現變化時，橋路的輸出也會隨之發生改變，然后經過交流放大器進行放大后，使用檢流器進行檢波，最后得到隨著電容變化比例變化的電壓輸出V0。

3.2 數字化處理測量到的輸出信號

當測量到電路輸出電壓V0時，使用A/D轉換器轉變成數字信號，經單片機把光耦隔離和A/D轉換器連接起來，再對電路進行變換，最后把信號轉變成可以使用單片機可以識別的信號，使用單片機處理過后利用線性化函數進行詳細的計算，將數據處理成和變化量成正比的數字，然后再使用IEC61850的GOOSE通信協議將信息輸送出來，也可以使用V/I和D/A轉變成5～21mA直流電流信號輸出，然后將設定值和測量值進行對比，將位式控制完成。

3.3 設計通訊系統的硬件和軟件

在進行軟件設計的時候，要滿足多個設施、多個主機的通訊要求，要將數據傳輸的方向在通訊協議上明確的定義出來。

在對硬件進行設計的過程中，要將RS-485接口安裝到硬件上，以便達到網絡聯通的目的，將多臺裝置掛接到兩根傳輸線上，使用單片機和光耦對串口進行轉換，通過光交換機連接至變電站綜控系統，從而有效的避免設備直接的互相干擾。

3.3.1 使用的通信貼格式

在進行校驗的過程中，一般使用8位校驗和進行校驗，如果可以正常進行通信，就說明上位機發送的命理和其對應的命令參數的設計是正確的，下位機會根據要求進行動作，如果不正常，那么下位機將沒有響應。

3.3.2 通訊數據流的構成

儀表返回數據的格式：

在傳輸的過程中，如果起始標志和數據、結束標準一致，那么就需要將數據傳送兩次，從上面的通訊協議可以看出，數據的目的地和源地址都十分的明確，上位機的編號和儀表的編號都可以隨意設置，可以利用面板的按鈕對儀表的編號進行設置，也可以使用上位機通過RS-485通訊口對儀表編號進行設置。可以使用面板上的按鍵對儀表的波特率、通訊地址、通信帖格式進行設置，同樣也可以由上位機通過RS-485通訊口對儀表的波特率、通信地質、波特率進行調整。

4.智能色譜在線監測

智能色譜在線監測包含了職能組件、監測裝置、可擴展鐵芯接地電流在線裝置等，并且支持61850數據的上傳。整套裝置使用UDM-501職能組件作為終端智能設備，可以支持基于IEC61850的GOOSE通信協議，設置有兩個獨立光釬GOOSE口，可以同時接入兩個過程層的GOOSE網。利用智能色譜在線監測，不僅可以在最短的時間內發現出現在變壓器內部的問題，提高了判斷的準確率，而且可以進行持續監測，對缺陷的變化情況進行實時的掌握。

5.結論

綜上所述，使用在線檢測技術不僅可以對變壓器油中的水分和溫度進行實時的監控，而且還可以對變壓器中油質的詳細情況有一個非常詳細的了解，在判斷變壓器的安全狀況、分析變壓器的運行情況方面提供出了科學合理的參考依據，大大的降低了變壓器的維護成本，節省了投入的維護人員數量，而且可以有效的防止了事故的出現，提高了變壓器的使用時間，特別是在使用了比較先進的TROM-600變壓器油色譜在線監測裝置后，安全性和監測的準確性都有了很大的提高。

參考文獻

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