便攜式現場變壓器局放感應耐壓試驗裝置研究

蔣勇斌，肖金星，周彥，查堅卿，葉影

（國網上海金山供電公司，上海 200540）

引言

加強電力建設是國家發展建設中的重中之重，因為電力是維持社會諸多方面發展的基礎和關鍵。一旦電力供應出現問題，造成損失與影響將是不可估量的。在此背景下，為保證相關電力設備正常運行，有必要對其進行定期檢查，以便及時發現潛在的故障問題。變壓器是電力設備的重要組成部分之一，能夠實現電壓變換、電流變換、阻抗變換、隔離、穩壓（磁飽和變壓器）等等等[1]。在變壓器定期檢查中，局放感應耐壓試驗是其中一項重點檢測項目。在這一檢測項目中，由于設備多、重量重，體積大，每次開展需投入諸多設備、大量人力、物力，造成了試驗不便，試驗開展頻次不高的情況。另外，針對電壓互感器和變壓器不同的試驗項目都有各種專用的測試儀器完成，通常一種儀器只能適應一個試驗項目，這樣在現場試驗時需要攜帶很多測試儀器，并需要頻繁更換測試儀器，改變測試接線，有些試驗項目還需外配試驗電源等設備，在現場需要進行組建測量系統，給測試工作帶來很多不便，也不利于提高工作效率[2]。

通過研究可知，大多數儀器由人機顯示系統、電源系統以及測量系統構成。很多功能模塊是可以共用的。如果將各功能模塊有機組合到一臺儀器之中，使一臺儀器具備完成多種試驗項目的功能，代替傳統的分立儀器測試的模式，這樣可以減少試驗設備數量，降低現場勞動強度，使得試驗工作更加高效、可靠。而且儀器的自動化程度更高，減少現場接線，還能避免不同廠家不同儀器數據報告格式不一致等問題。

根據上述情況，本文研究一種便攜式現場變壓器局放感應耐壓試驗裝置器，以期從根本上解決上述常規變壓器局放感應耐壓試驗裝置存在的問題。最后為檢驗本文設計的變壓器局放感應耐壓試驗裝置的性能，進行仿真測試。結果表明：與常規變壓器局放感應耐壓試驗裝置相比，本文設計的便攜式現場變壓器局放感應耐壓試驗裝置在具有相同檢測能力的同時，投資更小，效率更高，從而大大提升經濟效益，確保變壓器和互感器的可靠運行。

1 便攜式現場變壓器局放感應耐壓試驗裝置設計

變壓器[3]是變換交流電壓、交變電流和阻抗的器件，主要由器身（鐵芯、繞組、絕緣、引線）、調壓裝置、油箱和冷卻裝置、調壓裝置、保護裝置（吸濕器、安全氣道、氣體繼電器、儲油柜及測溫裝置等）、出線套管和變壓器油等組成，如圖1所示。

變壓器局放感應耐壓試驗的目的是考核變壓器的縱絕緣水平，及時發現局部放電缺陷，避免發生絕緣擊穿，提高變壓器運行性能[4]。在變壓器局放感應耐壓試驗中，涉及到儀器多、重量重，試驗費時費力的不便，因此本文研究一種多功能便攜式現場變壓器局放感應耐壓試驗裝置，研究內容如下：

1）針對10 kV 1 000 kVA及以下配電變壓器的感應耐壓試驗，局部放電試驗，同時，具備針對電壓互感器感應耐壓、勵磁特性、空載電流試驗項目原理、接線方法及現場試驗的研究及分析；

2）高集成化綜合試驗系統結構的設計、試制；

3）便攜式現場變壓器局放感應耐壓試驗系統專用軟件的研發；

4）試驗系統現場調試、試驗，數據采集分析[5]。

圖1 變壓器示意圖

1.1 變壓器局放感應耐壓試驗裝置設計框架

在如下圖2試制樣機框架（含軟件）的基礎上，研制便攜式現場變壓器局放感應耐壓試驗裝置。該裝置主要由三部分組成：試驗電源、測量系統、控制顯示人機系統[6]。

在上述試制樣機框架的基礎上，本文裝置原理如圖3所示。

本文變壓器局放感應耐壓試驗裝置采用一體化設結構，內置變頻電源、隔離變壓器和測量控制電路。工作流程如下：首先接通電源，當電源是正常情況時，變頻電源會正常通電并處于待機狀態；啟動測量后，測量電路將實時測量數據送到變頻電源，變頻電源將這些數據與設定值比較，調整輸出，當某一個輸出量達到設定值時，將不再升壓。變頻電源實時檢測電源工作狀態，出現異常便切斷輸出，并發送故障信息到顯示器。

1.2 變壓器局放感應耐壓試驗設備

根據本文研究的目的，在上述圖2變壓器局放感應耐壓試驗裝置樣機框架組成本文的基礎上，重新選擇高集成化綜合變壓器局放感應耐壓試驗設備，具體如下：

1）嵌入式計算機

整個裝置由該嵌入式計算機負責協調控制各模塊按照正常的試驗流程執行，記錄、管理、分析數據，是整個系統的核心[7]。圖4為本文裝置采用的嵌入式計算機。

該嵌入式計算機采用高效能核心處理器IDT150MHZ 32 bit RISC；擁 有10/100 Mbps雙網 配 置，2個RS-232/422/485串口，每個串口速率可達921.6 K bps。

本文選用與嵌入式計算機配套的主機，其參數設置如表1所示[8]。

圖2 試制樣機框架

圖3 便攜式現場變壓器局放感應耐壓試驗裝置原理

圖4 嵌入式計算機

表1 主機參數設置

2）電源發生器模塊

電源發生器模塊主要作用是產生各種試驗需要要的電源[9]。在這里使用2塊12 V蓄電池串聯為一個24 V，50 W的電機供電，輸出24 V的直流電作為裝置供電模塊，如圖5所示。

3）測量模塊

測量模塊由無局放變頻試驗模塊、純電容分壓模塊、局部放電測試模塊三大模塊組成[10]。在該模塊中主要設備為純電容分壓器和便攜式局部放電測試儀。純電容分壓器主要作用是用來測量交流高壓[11]。在這里選擇的純電容分壓器是上海思創電器設備有限公司研發、制造，銷售的CF100，如圖6所示。

該純電容分壓器技術指標如表2所示。

4）便攜式局部放電測試儀

便攜式局部放電測試儀，顧名思義，主要作用是測試變壓器局部放電的缺陷。本文所用測便攜式局部放電測試儀使用方便，無需停電，可隨時隨地實現運行中的電氣設備局部放電進行帶電檢測[12]。其技術參數如表3所示。

1.3 裝置連接

設備選擇完成后，需要通過電源、用電器、電鍵和導線連接起來，組成裝置運行電路[13]。圖7為本文裝置接線圖。

圖5 串聯電機

圖6 CF100純電容分壓器

表2 純電容分壓器技術指標

表3 便攜式局部放電測試儀技術參數

1.4 測控管理程序

配套系統管理測試軟件1套，采用 WIN 9X/2000/NT 平臺下的 Visual Basic 6.0 編制，操作使用方便，運算速度高，節約內存，具有豐富的擴展延伸性[14]。

1）主控程序

主控程序，即運行本文裝置進行現場變壓器局放感應耐壓試驗的過程，如圖8所示。

2）人機交互程序

由于儀器的人機模塊是通過按鍵反饋控制測量模塊以及電源模塊的，同時通過聲音（蜂鳴器），圖象（顯示器）反饋給操作人員，所以人機交互主要由人機模塊完成[15]。流程如圖9所示。

圖7 裝置接線圖

2 現場試驗調試應用

以本文設計的便攜式現場變壓器局放感應耐壓試驗裝置為實驗項，以常規現場變壓器局放感應耐壓試驗裝置為對比項，進行仿真實驗，流程如圖10所示。

圖8 主控程序

圖9 人機交互流程

圖10 現場試驗調試應用流程

2.1 實驗變壓器（見表4）

表4 實驗變壓器

2.2 現場測試圖（見圖11）

圖11 現場測試圖

2.3 結果分析

由于已在多個變電站內成功使用新裝置進行變壓器現場局放感應耐壓試驗和空載試驗，證明了其有效性，在本實驗中不進行具體分析，而僅對其工作效率和成本進行對比說明。

1）工作效率（見表5）

多次現場應用對比發現，采用常規的裝置進行變壓器現場局放感應耐壓試驗，工作平均時間約為41 min 21 s，時間大部分消耗在儀器搬運和設備連接上，而應用本文新裝置進行變壓器現場局放感應耐壓試驗，工作平均時間僅為20 min 25 s。由此可知，本文研究的新裝置效率更高。

2）成本消耗

使用本文裝置與常規裝置進行變壓器現場局放感應耐壓試驗，試驗產生的預算金額分別如表6所示。

從表6中可以看出，利用本文新裝置進行變壓器現場局放感應耐壓試驗，預算產生48萬的成本消耗，而利用常規的裝置進行變壓器現場局放感應耐壓試驗，將預算產生51.5萬的成本消耗，比前者將對產生3.5萬的消耗。由此說明本文新裝置的成本更少。

表5 工作時間對比

表6 兩種裝置的預算金額對比

3 結束語

變壓器局放感應耐壓試驗裝置存在試驗效率低，成本消耗較高等問題。為此，本次研究一種集多功能為一體的便攜式現場變壓器局放感應耐壓試驗裝置器。本裝置研究的將數字化可程控的無局放變頻試驗電源與多功能測量表計進行有效融合，源表一體，通過結構集成，軟件集控，使得整套裝置真正成為高度智能化、多功能的測量裝置，提高了工作效率，并同時減少了試驗成本。