基于電廠變壓器套管絕緣性能在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究

李進(jìn)

（神華神東電力新疆準(zhǔn)東五彩灣發(fā)電有限公司，新疆 昌吉 831100）

0 引言

變壓器在電廠中發(fā)揮著重要的作用，而絕緣套管則是變壓器的重要組成部件，若是絕緣套管的性能出現(xiàn)問題，則會(huì)造成電廠電力系統(tǒng)出現(xiàn)停止運(yùn)行的情況，甚至?xí)l(fā)生變壓器的重大安全事故，因此變壓器絕緣套管進(jìn)行性能的監(jiān)測(cè)是保障電廠電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要措施，對(duì)電廠的良好運(yùn)行有著重要的作用。

1 電廠變壓器套管絕緣性能在線監(jiān)測(cè)原理

電廠變壓器絕緣套管絕緣性能在線監(jiān)測(cè)技術(shù)是通過對(duì)變壓器絕緣套管的性能進(jìn)行檢測(cè)和試驗(yàn)的一種方法。一般而言，變壓器絕緣套管的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的開展是通過信號(hào)采集系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)以及分析診斷系統(tǒng)共同組成的。信號(hào)采集系統(tǒng)的主要功能是將傳感器獲得的變壓器絕緣套管狀態(tài)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理和傳輸，將數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸給分析診斷系統(tǒng)，在分析診斷系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行分析診斷處理后，使工作人員可以對(duì)變壓器絕緣套管的絕緣性能進(jìn)行掌握，并根據(jù)其運(yùn)行狀態(tài)對(duì)其使用壽命進(jìn)行評(píng)估，變壓器絕緣套管的在線監(jiān)測(cè)流程如下圖1所示[1]。

圖1 變壓器絕緣套管在線監(jiān)測(cè)的基本流程

2 電廠變壓器套管絕緣性能檢測(cè)方法

2.1 離線檢測(cè)法

變壓器絕緣套管絕緣性能的檢測(cè)方法在之前很長一段時(shí)間使用的都是離線檢測(cè)的方法，這種檢測(cè)方法需要工作人員首先停止變壓器絕緣套管的帶電運(yùn)行，之后對(duì)變壓器絕緣套管進(jìn)行人工拆除操作，對(duì)拆除下來的變壓器絕緣套管進(jìn)行加壓模擬其帶電運(yùn)行情況，最后得出變壓器絕緣套管的絕緣性能參數(shù)，以此進(jìn)行變壓器絕緣套管絕緣狀態(tài)的判斷。電橋法是變壓器絕緣套管離線檢測(cè)方法中使用較多的一種，此方法的使用原理和變壓器絕緣套管帶電運(yùn)行時(shí)的工作原理相同，所以具有較高的指導(dǎo)價(jià)值，但也存在一定缺陷便是電橋法中加在變壓器絕緣套管兩端的電壓達(dá)不到實(shí)際母線的電壓。離線檢測(cè)的方法開展方式較為簡(jiǎn)單，但是需要消耗一定的人力和物力，且試驗(yàn)分析需要消耗一定的時(shí)間成本。

2.2 在線監(jiān)測(cè)法

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和傳感器技術(shù)的使用逐漸成熟，其在變壓器絕緣套管監(jiān)測(cè)工作中的應(yīng)用逐漸發(fā)展成新的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)。在線監(jiān)測(cè)技術(shù)主要是通過傳感器對(duì)變壓器絕緣套管絕緣性能參數(shù)可以進(jìn)行實(shí)時(shí)采集的原理，通過計(jì)算機(jī)對(duì)采集的變壓器絕緣套管絕緣性能數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取分析，使工作人員可以在計(jì)算機(jī)中獲取變壓器絕緣套管的運(yùn)行情況，并可以在其出現(xiàn)異常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)進(jìn)行及時(shí)的關(guān)注和處理操作。變壓器絕緣套管在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的使用，在很大程度上降低了工作人員需要去現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行的工作量，減少了對(duì)變壓器絕緣套管的大量重復(fù)檢測(cè)工作，對(duì)電廠電力系統(tǒng)的穩(wěn)定安全運(yùn)行保障方面，起到了十分重要的作用[2]。

3 電廠變壓器套管絕緣性能在線監(jiān)測(cè)方案

3.1 傳感器方案

對(duì)電廠變壓器絕緣套管絕緣性能的在線監(jiān)測(cè)主要是為了保證工作人員可以實(shí)時(shí)對(duì)變壓器絕緣套管絕緣性能進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)。變壓器絕緣套管在線監(jiān)測(cè)的全部方案中包括了前端數(shù)據(jù)采集單元以及后臺(tái)數(shù)據(jù)顯示單元。前端數(shù)據(jù)采集單元可以通過傳感器對(duì)變壓器絕緣套管泄露的電流信號(hào)進(jìn)行獲取，并且還可以對(duì)基準(zhǔn)電壓的信息進(jìn)行采集，之后通過計(jì)算機(jī)計(jì)算的方式得出變壓器絕緣套管絕緣性能的容性電流、介質(zhì)消耗因數(shù)和電容量數(shù)據(jù)。最后通過信號(hào)傳輸單元，將得出的相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸給后臺(tái)服務(wù)器，由后臺(tái)服務(wù)器對(duì)信息進(jìn)行處理后，將其在顯示在工作人員的操作界面上。

在進(jìn)行變壓器絕緣套管介質(zhì)損耗的在線監(jiān)測(cè)階段，需要對(duì)變壓器絕緣套管運(yùn)行階段的運(yùn)行參數(shù)（電壓數(shù)據(jù)、電流數(shù)據(jù)）進(jìn)行使用，這些數(shù)據(jù)的獲取都需要借助合適的電流傳感器進(jìn)行獲取。由于變壓器絕緣套管的末屏產(chǎn)生的電流信號(hào)通常較小（毫安或者微安級(jí)別），所以傳統(tǒng)的電流傳感器無法達(dá)到對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)的使用要求，而無源相位傳感器的相位偏差較大，因此選擇有源零磁通電流傳感器作為在線監(jiān)測(cè)變壓器絕緣套管末屏電流信號(hào)的傳感器。在安裝傳感器時(shí)，安裝方式選擇穿心式結(jié)構(gòu)，并且設(shè)計(jì)中選擇集成度較高且具有溫度補(bǔ)償功能的BCT-2傳感器，在材料選擇上使用具有深度負(fù)反饋功能的莫合金材料，以此做到對(duì)采集信號(hào)的補(bǔ)償，并且將變壓器絕緣套管末屏電流的檢測(cè)范圍設(shè)計(jì)在100μA～700mA之間，BCT-2傳感器的參數(shù)如下表1所示。

表1 BTC-2 傳感器參數(shù)

3.2 同步采樣方案

基準(zhǔn)電壓信號(hào)以及變壓器絕緣套管末屏的電流信號(hào)都屬于交流信號(hào)，所以其相位是一直變化的。因此，為了更加準(zhǔn)確地對(duì)介質(zhì)損耗信息進(jìn)行計(jì)算，便需要確保采集的電流信息和電壓信息是同一時(shí)刻的。若是二者的采樣時(shí)間不是在同一時(shí)刻，則計(jì)算所得的數(shù)據(jù)便不能準(zhǔn)確反映出變壓器絕緣套管的絕緣性能。在計(jì)算時(shí)，若是電網(wǎng)的頻率數(shù)值選擇為穩(wěn)定狀態(tài)的50赫茲作為計(jì)算量，則一個(gè)信號(hào)周期計(jì)算成毫秒便是20毫秒，在角度上的反映則是360度，這樣便可以得出1毫秒時(shí)間等于18度，由此可以看出，1毫秒的偏差就非常大了[3]。在同步采樣方案中使用B碼對(duì)時(shí)的方法進(jìn)行時(shí)刻的確定，由于不同碼元的脈沖寬度不同，工作人員可以通過對(duì)碼元信息的識(shí)別，確定提取的信息數(shù)據(jù)時(shí)間是同一時(shí)刻的。B碼對(duì)時(shí)的方法主要是通過單片機(jī)或解碼芯片的使用，對(duì)不同碼元寬度（10毫秒碼元、8毫秒碼元、2毫秒碼元）進(jìn)行提取，以此得到可以使用的同一時(shí)刻的信號(hào)數(shù)據(jù)，并且B碼對(duì)時(shí)裝置的穩(wěn)定程度和精確程度較高，符合同步采樣方案的使用要求。

3.3 信號(hào)處理方案

對(duì)變壓器絕緣套管的信號(hào)數(shù)據(jù)使用傳感器技術(shù)進(jìn)行采集后，需要對(duì)采集信號(hào)的線性區(qū)域進(jìn)行進(jìn)一步的放大，以此才能完成更為精準(zhǔn)的信號(hào)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化操作。所以在此過程中需要對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行放大處理，信號(hào)放大處理可以使用AD627芯片，這款芯片是性能較好的儀表放大芯片。在信號(hào)放大處理過程中工作人員可以通過對(duì)電阻的調(diào)節(jié)，以此進(jìn)行放大倍數(shù)的調(diào)節(jié)，并且芯片的非線性度為40ppm以內(nèi)，失調(diào)電壓低于50微安，工作產(chǎn)生的噪聲較小，溫漂較小等優(yōu)點(diǎn)[4]。

3.4 數(shù)據(jù)通信方案

在變壓器絕緣套管使用現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)的單元對(duì)變壓器絕緣套管絕緣性能數(shù)據(jù)信息的采集和初步處理后，需要現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)單元設(shè)備將采集處理好的數(shù)據(jù)信息傳輸至后臺(tái)的數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行儲(chǔ)存，并在顯示單元設(shè)備上進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的展示。由于變壓器絕緣套管運(yùn)行的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和通信方式需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇，本文以RS485總線的通信方式作為分析對(duì)象，RS485總線是使用差分的方式，這種方式可以很好地抑制共模干擾對(duì)數(shù)據(jù)產(chǎn)生的影響，并且這種通信方式的傳輸距離較遠(yuǎn)，最遠(yuǎn)可以達(dá)到3千米的距離，可以達(dá)到電廠走線要求的走線距離要求。并且RS485總線通信使用的通信芯片為MAX485ESA通信芯片，這種通信芯片具有工業(yè)級(jí)的制造標(biāo)準(zhǔn)、穩(wěn)定的性能以及較大的溫度范圍等特點(diǎn)，完全可以滿足電廠變壓器絕緣套管現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)單元對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行通信傳輸?shù)囊骩5]。

3.5 軟件方案

在完成變壓器絕緣套管現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)單元設(shè)備的硬件設(shè)計(jì)后，需要對(duì)變壓器絕緣套管在線監(jiān)測(cè)使用的軟件流程進(jìn)行設(shè)計(jì)。硬件設(shè)備得以驅(qū)動(dòng)使用的核心元素便是軟件的控制，軟件的驅(qū)動(dòng)邏輯也是硬件電路進(jìn)行運(yùn)行的基本依據(jù)。在變壓器絕緣套管現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)單元進(jìn)行通電運(yùn)行后，工作人員應(yīng)首先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化的復(fù)位操作，并對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部寄存器以及系統(tǒng)的使用參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的配置。之后便是進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)行的主循環(huán)中，等待定時(shí)采樣時(shí)間時(shí)變壓器絕緣套管現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)單元傳輸過來的進(jìn)行初步采集處理的數(shù)據(jù)信息，之后對(duì)同步信號(hào)數(shù)據(jù)是否到來進(jìn)行判斷，保證變壓器絕緣套管現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)單元的數(shù)據(jù)信息采集和基準(zhǔn)單元信號(hào)采集操作是同時(shí)觸發(fā)的，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的計(jì)算和分析整理后，通過RS485總線將計(jì)算分析所得的數(shù)據(jù)信息傳輸至后臺(tái)服務(wù)器中，并在顯示器上進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的展示。

4 結(jié)語

總之，在人們對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行性能要求不斷提高背景下，保障變壓器絕緣套管絕緣性能的良好情況也成為當(dāng)下電廠工作人員的重要工作內(nèi)容。工作人員應(yīng)加大對(duì)變壓器絕緣套管中介質(zhì)損耗在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)其絕緣性能的精準(zhǔn)判斷。