電力變壓器智能保護(hù)關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用分析

劉春云

（山西大同大學(xué) 物理與電子科學(xué)學(xué)院，山西 大同 037000）

0 引 言

當(dāng)前，隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的不斷深入，對(duì)城市電網(wǎng)的要求不斷提高，促進(jìn)了電網(wǎng)的進(jìn)一步升級(jí)與革新，建立穩(wěn)定、安全、高效和智能的現(xiàn)代化電網(wǎng)是當(dāng)前電網(wǎng)建設(shè)的重要發(fā)展目標(biāo)。電力變壓器是電網(wǎng)供電的關(guān)鍵性環(huán)節(jié)，是電力供應(yīng)的源頭環(huán)節(jié)，在整個(gè)電力網(wǎng)絡(luò)中具有舉足輕重的作用。變壓器如果發(fā)生破壞性故障，必然會(huì)造成整條線路的大范圍停電，造成嚴(yán)重的社會(huì)事件和經(jīng)濟(jì)損失；因此，加強(qiáng)電力變壓器保護(hù)研究至關(guān)重要。筆者以變壓器保護(hù)的智能監(jiān)測(cè)技術(shù)為研究對(duì)象，對(duì)其保護(hù)的關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用展開(kāi)論述。

1 電力變壓器保護(hù)中的問(wèn)題及對(duì)電網(wǎng)的影響

1.1 電力變壓器保護(hù)中的問(wèn)題

1.1.1 技術(shù)保護(hù)有所欠缺

隨著智能技術(shù)的不斷發(fā)展，電力變壓器的保護(hù)方式由過(guò)去的單一保護(hù)，發(fā)展為目前以智能保護(hù)為主的自動(dòng)保護(hù)，一些新技術(shù)與新設(shè)備在變壓器保護(hù)中得到了廣泛應(yīng)用。變壓器的結(jié)構(gòu)形式多種多樣，在實(shí)際運(yùn)行環(huán)境中存在很大差別，在動(dòng)作方向、保護(hù)原理以及分段跳閘方式等方面的要求大不相同。為了能夠與當(dāng)前的運(yùn)行要求相符合，一般情況下通過(guò)典型方式構(gòu)成不同的后備保護(hù)型號(hào)，從而為用戶提供選擇，但這種方式易使保護(hù)配置出現(xiàn)復(fù)雜性，增加成本，并且安全問(wèn)題頻繁發(fā)生[1]。

1.1.2 保護(hù)設(shè)施發(fā)生故障

變壓器發(fā)生故障后，需要保護(hù)元件自動(dòng)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)故障自動(dòng)切除，最大程度縮小故障范圍。如果保護(hù)裝置發(fā)生故障，則會(huì)造成故障不能被及時(shí)切除，進(jìn)一步擴(kuò)大影響范圍；因此，電力變壓器保護(hù)裝置必須提高制作標(biāo)準(zhǔn)，將故障率控制在最低，且重視裝置自檢報(bào)警，如果故障報(bào)警不能及時(shí)判斷，必然會(huì)造成巨大的損失。

1.1.3 不平衡電流影響電網(wǎng)穩(wěn)定性

變壓器空載運(yùn)行因?yàn)殡姼械淖饔茫厝粫?huì)出現(xiàn)一定的勵(lì)磁電流和非周期分量，從而導(dǎo)致涌流較大，繼電器就會(huì)被勵(lì)磁電流影響。為了避免發(fā)生上述情況，造成事故，應(yīng)利用特定功能的互感器產(chǎn)生反方向的電流，抵消勵(lì)磁電流，消除不平衡電流。

1.2 智能保護(hù)對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的意義

智能保護(hù)主要以在線監(jiān)測(cè)技術(shù)為重要基礎(chǔ)。智能配變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由智能終端和后臺(tái)管理系統(tǒng)組成，能夠在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變壓器的參數(shù)。智能公變終端安裝于配電變壓器計(jì)量箱，利用無(wú)線公網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變壓器的運(yùn)行狀態(tài)。通過(guò)建立智能配變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠全面、準(zhǔn)確掌握配網(wǎng)公變的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)資源，及時(shí)發(fā)現(xiàn)配網(wǎng)中出現(xiàn)的一些微小變化。此外，其在電網(wǎng)運(yùn)行、建設(shè)等方面具有很大的應(yīng)用空間，例如跟蹤公用配變的負(fù)荷情況，使管理人員和運(yùn)行維護(hù)人員對(duì)其實(shí)時(shí)掌握，細(xì)致分析電能質(zhì)量、用電情況以及無(wú)功補(bǔ)償?shù)确矫妫瑥亩粩嗵嵘\(yùn)行的精細(xì)化水平[2]。

當(dāng)前電力系統(tǒng)采用的仍然是在變壓器現(xiàn)場(chǎng)采集用電負(fù)荷數(shù)據(jù)的方式，這種方式的缺點(diǎn)是安全性較低，勞動(dòng)負(fù)荷較大。利用智能公變終端技術(shù)，可以革新傳統(tǒng)農(nóng)村電網(wǎng)中“設(shè)備+人”的模式，從而形成一種新型管理模式，即“設(shè)備+信息+人”，大大提升智能化運(yùn)維水平。

2 電力變壓器智能在線監(jiān)測(cè)技術(shù)

2.1 變壓器在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展歷程

變壓器在線監(jiān)測(cè)技術(shù)自產(chǎn)生到現(xiàn)在經(jīng)歷了三個(gè)重要階段。（1）帶電測(cè)量階段。1970年，檢測(cè)變壓器相關(guān)參數(shù)主要依靠人工測(cè)量，使用的設(shè)備大部分為機(jī)械設(shè)備，例如測(cè)量絕緣電阻的機(jī)械搖表等。機(jī)械設(shè)備靈敏度不高，測(cè)量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，難以推廣應(yīng)用。（2）數(shù)字設(shè)備檢測(cè)階段。1980年后，針對(duì)不同檢測(cè)項(xiàng)目的專用檢測(cè)儀器逐漸普及，并隨著數(shù)字電子和模擬電子的發(fā)展，微機(jī)型檢測(cè)設(shè)備逐漸推廣，通常為自動(dòng)化或半自動(dòng)化設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)變壓器保護(hù)動(dòng)作的部分自動(dòng)化。（3）計(jì)算機(jī)檢測(cè)階段。計(jì)算機(jī)技術(shù)迅猛發(fā)展的帶動(dòng)下，在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和狀態(tài)判斷檢測(cè)設(shè)備逐漸興起，其實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的故障識(shí)別、自動(dòng)處理和故障預(yù)測(cè)功能。例如實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變壓器中油的介質(zhì)、油溫等。采用特殊的傳感器和檢測(cè)技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變壓器絕緣電阻，空載損耗、負(fù)載損耗等，形成狀態(tài)曲線，通過(guò)觀察曲線的運(yùn)行趨勢(shì)，判斷設(shè)備故障，形成檢測(cè)報(bào)告，給相關(guān)部門提供參考，并安排檢修人員，以保證供電的可靠性[3]。

2.2 智能變壓器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)

在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)是由多種裝置共同組合形成的統(tǒng)一整體，主要包括絕緣檢測(cè)裝置、局部放電檢測(cè)裝置、狀態(tài)信息檢測(cè)裝置以及油色層與微水監(jiān)測(cè)裝置。在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

變壓器外殼的絕緣檢測(cè)裝置主要檢測(cè)絕緣層外殼的絕緣強(qiáng)度是否降低，同時(shí)屏蔽外界干擾因素，如感應(yīng)電流等。狀態(tài)檢測(cè)單元主要負(fù)責(zé)檢測(cè)變壓器自身狀態(tài)，如實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)繞組狀態(tài)、有載分接開(kāi)狀態(tài)，保證其正常工作。局部放電監(jiān)測(cè)單元主要檢測(cè)是否存在漏電現(xiàn)象。檢測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)每個(gè)單元分散搜集后集中處理，由監(jiān)測(cè)主IED根據(jù)既有信息綜合研判，作出對(duì)應(yīng)指令。同時(shí)，依據(jù)站控層的網(wǎng)絡(luò)光纖將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和診斷結(jié)果發(fā)送到控制室服務(wù)器，狀態(tài)監(jiān)測(cè)人員通過(guò)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變壓器狀態(tài)。

3 智能變壓器在線監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用

3.1 鐵芯接地電流實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

我國(guó)當(dāng)前技術(shù)應(yīng)用中主要采用鐵芯接地電流在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，這一系統(tǒng)的工作流程主要包括以下幾個(gè)方面。首先，將泄漏電流傳感器安裝在電抗器鐵芯、變壓器鐵芯以及夾件的接地排上，監(jiān)測(cè)夾件和鐵芯的泄露電流，利用RS485電纜連接數(shù)據(jù)采集柜和聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器，并由服務(wù)器監(jiān)測(cè)終端與路由器連接串口聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器。其次，數(shù)據(jù)采集柜主要作用是將漏電流傳感器所采集的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，并通過(guò)數(shù)字顯示儀表進(jìn)行顯示，同時(shí)利用RS485電纜將數(shù)字信號(hào)傳送到串口聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器。最后，后臺(tái)管理軟件接收、記錄所有數(shù)據(jù)，并保證其具有報(bào)警、分析、查詢以及打印等一系列功能。通過(guò)分析其一段時(shí)間的運(yùn)行趨勢(shì)，掌握變壓器鐵芯的接地情況和故障問(wèn)題，從而為檢修人員的工作提供方便。

圖1 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)

3.2 油色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

近幾年的發(fā)展過(guò)程中，部分地區(qū)在實(shí)際工作中應(yīng)用了變壓器油色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，有效實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控的實(shí)時(shí)化，縮短了監(jiān)測(cè)時(shí)間。當(dāng)前，普遍應(yīng)用定期檢測(cè)方式分析變壓器油色譜，但只能通過(guò)定量的方式獲取一些故障氣體，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)一些潛在故障。此外，這種監(jiān)測(cè)方式花費(fèi)的時(shí)間較長(zhǎng)，過(guò)程繁瑣，如果是郊外地區(qū)，工作難度會(huì)更大，對(duì)變壓器的搶修工作而言非常不便。通過(guò)應(yīng)用變壓器油色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠大大提升工作效率，一般情況下適合應(yīng)用于110 kV及以上電壓等級(jí)的電力高壓設(shè)備，如電抗器、變壓器等。通過(guò)應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)，促使智能化技術(shù)水平不斷提升；通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變壓器，大大減少變壓器檢修過(guò)程所花費(fèi)的時(shí)間，有效保證變壓器出現(xiàn)故障時(shí)可以及時(shí)傳達(dá)給相關(guān)熱源，從而快速、有效地開(kāi)展搶修工作，為變壓器的可靠運(yùn)行提供保證，提升變壓器的安全性。

4 結(jié) 論

變壓器一旦發(fā)生故障，會(huì)影響一大批人的正常生活，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，因此電力變壓器保護(hù)非常重要。本文以變壓器保護(hù)的智能監(jiān)測(cè)技術(shù)為研究對(duì)象，闡述了其保護(hù)的關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用，重點(diǎn)討論了鐵芯接地電流實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、油色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀。在智能電網(wǎng)背景下，未來(lái)對(duì)變壓器安全運(yùn)行的研究會(huì)引起更多人的重視。