變電站變壓器在線監測系統及其應用研究

張 亮，高紅強（國網安徽省電力公司檢修公司，安徽合肥230000）

變電站變壓器在線監測系統及其應用研究

張 亮，高紅強（國網安徽省電力公司檢修公司，安徽合肥230000）

伴隨電網建設規模的不斷擴大與信息技術在電網應用的日益成熟，智能電網已成為現代電網的一個重要標志。變電站變壓器作為智能電網的重要組成部分，其正常工作是維護與保障電網正常穩定運行的重要條件與基礎。而要想觀察變電站變壓器運行狀態就需要借助在線監測系統，因此本文對在線監測技術現狀，變電站變壓器在線監測系統的設計，以及在線監測系統在變電站變壓器中的應用進行了相關研究。

變電站；變壓器；在線監測系統；設計；應用

前言

在線監測系統作為智能電網當前及未來發展的重點方向，對電網建設與運行具有重要的影響和作用。利用在線監測系統對電網中的變電站變壓器運行狀態進行實時監測，對出現的故障進行定位、診斷與分析，不僅可以大大降低故障對變電站變壓器的影響，而且可以顯著提高整個電網運行效率與可靠性。所以在信息化時代下，設計與應用變電站變壓器在線監測系統非常重要。

1 在線監測技術應用現狀

在線監測系統，是指利用現代傳感技術、計算機技術、信息技術、網絡技術、定位技術等多種科學技術，共同研發而成的輔助運行系統。它具有故障識別與診斷、報警、追蹤定位等多種功能，在電網中的運用可以實現對各電氣設備運行狀態的實時監測，從而保證電氣設備正常運行[1]。目前，由于使用對象不同、技術支持水平不同，用戶要求各異等原因，使得在線監測系統大小、開發標準、功能范圍等尚無統一界定，也沒有建立起統一的標準。

雖然在線監測系統在現代電網的變電站變壓器中得到了廣泛的應用，但隨著狀態檢修的逐漸深入，一些問題開始逐漸暴露出來，如抗電磁干擾性較弱、穩定性較差等。這意味著現有在線監測系統的設計還需要不斷的改進與完善，所以對變電站變壓器在線監測系統的設計與應用進行研究十分必要。

2 變電站變壓器在線監測系統的設計

2.1 系統總體方案設計

在現有變電站變壓器在線監測系統如JPOWER2000系統中，傳感器、間隔層、站控層、現場處理終端等是大多數在線監測系統所具有的幾個重要組成部分。基于此，變電站變壓器在線監測系統總體結構設計應主要包括變壓器局部放電在線監測、油色譜在線監測、冷卻系統在線監測、控制參量在線監測、開關柜溫度在線監測、斷路器特性在線監測等多個子系統[2]。這些子系統通過分別采取相應區域內裝置的狀態信息，然后經現場控制單元轉換、分類與匯總，最后由IEC61850協議發送到站控層，站控層通過運用各種模型、試驗、采集數據等來對變電站變壓器運行狀態進行評估，從而達到在線監測的目的。

2.2 應用模塊設計

2.2.1 變壓器油色譜在線監測應用設計

變壓器油色譜在線監測應用模塊的設計采用色譜法對油中溶解的氣體進行檢測，該色譜法不僅能夠檢測出氫氣、一氧化碳、二氧化碳、甲烷等多種氣體，而且可以實現連續檢測與記錄，數據處理與故障診斷功能較強。變壓器油色譜IED采用8GSDCARD存儲器，由RS485接口連接TROM-600油色譜在線監測裝置完成，可以保存一年以上的數據，能夠實現在本地網絡環境中對數據信息的采集、存儲與分析等處理[3]。以這種方式設計的變壓器油色譜在線監測系統，最小監測周期為2h，監測周期可依據實際情況進行相應調整，支撐遠程操作。

2.2.2 局部放電在線監測應用設計

根據變壓器局部放電產生的原因與現有檢測技術，本文對變壓器局部放電在線監測應用系統進行如下設計，變壓器局部放電IED采用超高頻法對局部放電進行檢測，對各監測點信號進行定期采集，單次采集信號長度為50個工頻周期。監測周期可以根據實際需要以現場操作或遠程控制方式進行靈活調整，最短周期為60s。由于變壓器局部放電在線監測IED配備有三個高速數據采集通道，因而可以安裝三個超高頻傳感器，以達到更高的數據采集效率。利用局部放電在線監測應用模塊對變壓器局部放電特征進行分析，需要對放電頻次、相位、幅值等基本參量進行分析，而這些基本參量的采集與存儲則可以通過局部放電IED來較好的實現[4]。局部放電IED通過采用固態硬盤存儲技術，既可以保存24h的實時數據，也可以保存一年以上的放電特征信息。

變壓器局部放電在線監測應用模塊的硬件設計以ARM作為主機，以DSP作為從機，ARM采用三星公司出產的32位精簡指令集S3C2440A系列芯片，該芯片具有功耗小、運行穩定、計算快速準確等特點。DSP采用浮點型控制器TMS320F28335系列芯片，該芯片具有成本低、性能好、精度高、集成度高、存儲量大等諸多優點。整個局部放電IED硬件結構框圖如圖1。

圖1 變壓器局部放電在線監測硬件結構框圖

局部放電在線監測應用模塊軟件設計由主機根據事先設定的通信協議對被檢測設備下發指令，從機獲取指令后對指令有效位進行截取，然后轉發給智能終端，智能終端將采集來的數據返回給從機，由從機根據相應協議進行解析與整合，再進行封裝、打包傳回主機，最終完成整個數據處理過程。

2.2.3 冷卻系統在線監測應用設計

變壓器冷卻在線監測系統應用設計為ARM與DSP相結合的方式。該系統通過對變壓器負荷電流、頂層油溫等數據信息的采集與分析，來實現對冷卻系統運行狀態的檢測與評估，并能夠根據系統運行要求對電源、風機輪換周期等進行調整，最終實現對變壓器冷卻系統的遠程控制與故障報警功能。

由互感器與接觸器等組成的風冷控制柜作為變壓器冷卻系統中的一個重要裝置，為保證系統運行安全性，應將其設計成手動控制回路形式，并用該回路來代替自動控制裝置完成冷卻系統的徹底切斷任務，這樣可以有效避免變電站發生停電風險。變壓器冷卻系統IED結構控制過程如圖2。

圖2 變壓器冷卻系統IED控制結構圖

3 變電站變壓器在線監測系統應用案例

某220kV智能變電站改造工程中，應用了變電站變壓器局部放電在線監測系統，用于對設備局部放電信息進行采集、分析與處理。①施工人員將超高頻傳感器安裝到變電站變壓器的法拉上，使超高頻傳感器通過變壓器法拉間隙感應到局部放電信號，從而實現對設備局部放電信號的采集與處理。傳感器將采集來的局部放電信號進行相應處理后經由光纖傳輸至IED中，然后由IED將其轉換成IEC61850協議，再傳到后臺監控中心，由監控中心對數據信號進行處理與存儲[5]。②局部放電IED安裝在變壓器附近，以便于油色譜分析儀等其他設備集中安裝和縮短信號傳輸的距離，進而提高數據傳輸速率與改造施工效率。

在變壓器局部放電在線監測系統的應用下，根據系統所得放電頻次、電量與相位等基本分量實時圖像分析可以看出，主變局部放電量大多在350PC左右，某一時刻局部放電量較大為440PC左右，此時變壓器運行狀態仍在正常范圍內。當主變局部放電量超出正常范圍值許多時，系統軟件就會立刻發出警報，從而有效避免局部放電對電網運行造成進一步影響。

經一段時間運行觀察來看，該在線監測系統能夠準確有效的對系統設備運行狀態進行反映。與電網改造前相比，應用了變壓器局部放電在線監測系統的220kV智能電網，實現了對各個監測點的24h監測，并且既可以自啟動監測，也可以定時監測，非常方便靈活，達到了較高的自動化、智能化與信息化水平。

4 總結

通過上文對變壓器在線監測系統及其應用研究可知，雖然現有在線監測系統仍不夠完善，但其在智能電網建設中的重要性是不可忽視的，在提高電網運行安全性與可靠性方面所發揮的巨大作用也是不可否認的。隨著在線監測技術的不斷進步，變壓器在線監測系統將會更加趨于完善，這對未來電網的信息化發展具有重要的現實意義。

[1]劉福強.虹橋變電站變壓器在線監測系統應用研究[D].華北電力大學，2012.

[2]李 凱.變壓器繞組光纖溫度在線監測系統應用研究[D].華北電力大學，2014.

[3]王曉東.內蒙古500kV變壓器在線監測系統開發與應用[D].華北電力大學，2014.

[4]李 祖.變壓器局部放電在線監測系統研究及應用[D].華北電力大學，2014.

[5]甘景福，韓克勤，周燕飛.超高頻變壓器局部放電在線監測系統在智能變電站的應用[J].電力科學與工程，2012，02：41～45.

TM855

A

2095-2066（2016）05-0071-02

2016-2-1

張 亮（1982-），男，工程師，碩士，主要從事變電運維工作。

高紅強（1982-），男，工程師，本科，主要從事變電運維工作。