王文浩，何文林，胡文堂，劉浩軍，劉 黎

（浙江省電力公司電力科學研究院，杭州 310014）

隨著國家電網公司狀態(tài)檢修項目的深入以及浙江省電力公司成為輸變電設備狀態(tài)監(jiān)測建設的首批試點單位，越來越多的在線監(jiān)測裝置將在我省掛網運行。據《浙江省電力公司變電設備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)建設》介紹：預計到2015年，設備狀態(tài)監(jiān)測將全面覆蓋全省110kV及以上變電站。

在線監(jiān)測設備的大量投入對發(fā)現(xiàn)變壓器的潛伏性故障有很大幫助[1-2]，但是在線監(jiān)測設備測量結果的可靠性卻有待檢驗。本文介紹利用變壓器仿真技術，模擬變壓器運行過程中油色譜、局部放電、鐵芯接地電流信號，以檢測在線監(jiān)測設備測量結果的可靠性。

有關變壓器狀態(tài)仿真的文獻相對較少，文獻[3-4]利用油中溶解氣體技術判斷變壓器的工作狀態(tài)，但卻沒有驗證油中氣體測試技術的正確性，一旦在線監(jiān)測裝置的結果與實際值產生偏差，其監(jiān)測結果的可信度也大大減低。文獻[5]介紹了1種局部放電模型，通過該模型可以比較在線監(jiān)測裝置監(jiān)測結果的可靠性。但是該模型過于簡單，采用直接將加熱棒伸到油箱內部加熱的形式，必然導致絕緣油的裂解，且在模型中也缺少油中溶解氣體和鐵芯信號的模型。

本文所介紹的變壓器狀態(tài)仿真模型可為判斷各類變壓器在線監(jiān)測裝置的可靠性提供依據。

1 模型總體結構

模型總體結構如圖1所示，包括局部放電油箱、油色譜油箱、循環(huán)加熱模塊和交流電源。

局部放電油箱采用SUS304不銹鋼，外表面噴塑，大小為1000 mm×800 mm×1000 mm。

圖1 模型總體結構示意

油中溶解氣體油箱采用SUS304不銹鋼，外表面噴塑，大小為Φ800 mm×1000 mm。

油箱管道采用不銹鋼管，電磁閥T1，T2，T3，T4，T5采用日本SMC公司產品。通過合理設置電磁閥的工作狀態(tài)就可以實現(xiàn)各個油箱的單獨循環(huán)和2個油箱絕緣油的交互循環(huán)。

2 油中溶解氣體仿真模型

油色譜仿真模型如圖2所示，能夠實現(xiàn)氣體配置、加熱循環(huán)、在線監(jiān)測裝置安裝和離線油樣采集以及油中溶解氣體的清洗。

圖2 油中溶解氣體仿真模型

仿真時關閉圖1中閥門T1，T3和T4，利用閥門T5和T2實現(xiàn)油中溶解氣體油箱內絕緣油的單獨循環(huán)。

2.1 氣體配置

氣體配置過程如下：打開閥門T5，T7，T8和T9，關閉T6和T2，將配置好的氣體從標準氣入口輸入，啟動油泵，實現(xiàn)絕緣油的循環(huán)，等氣體完全溶解于絕緣油中后再關閉T8和T9，打開T2。定量管的大小決定絕緣油中的溶解氣體量。

2.2 加熱循環(huán)模塊

油箱循環(huán)模塊采用有載調壓分接開關絕緣油在線過濾系統(tǒng)，內部自帶油泵循環(huán)，能夠實現(xiàn)絕緣油的循環(huán)并濾除雜質。

常用的加熱方式有絕緣油直接加熱和管道加熱，文獻[5]采用直接加熱方式。圖3是直徑為40 cm、內徑為15 cm的直接加熱棒的溫度場分布圖，其中油箱中間深入加熱棒，加熱棒溫度為180℃，油箱外表面溫度為25℃。從圖3所示的溫度場分布可以看出，加熱棒附近溫度達到180℃，而靠近油箱表面的絕緣油附件溫度僅為25℃。因此高溫處絕緣油已經發(fā)生裂解，而靠近油箱表面的絕緣油溫卻相對較低，可見不能采取油箱直接加熱模式。本仿真模型采用油箱管道加熱模式，絕緣油在循環(huán)過程中被加熱，既可以避免油裂解，又能加速油加熱的過程。

圖3 加熱棒的溫度場分布

2.3 在線監(jiān)測裝置安裝和離線油樣采集

閥門T11和T12用于固定油色譜在線監(jiān)測裝置，閥門T10用于離線油樣采集。

2.4 清洗模塊

絕緣油中氣體清洗過程：打開閥門T6，T9和T5，關閉其它閥門。將標準氮氣從標準氣入口輸入，啟動油泵，實現(xiàn)絕緣油的循環(huán)，排出絕緣油中的溶解氣體。

3 局部放電仿真模型

局部放電仿真模型如圖4所示，局部放電油箱頂部伸出2個絕緣套管，套管外部連接局部放電升壓系統(tǒng)，內部采用針對板結構，針板間距可根據需要調整。其中1個套管連局放離線測量系統(tǒng)，用于檢測產生的局部放電量大小。局部放電油箱右下角帶有微水添加功能，可以比較微水含量對局部放電信號的影響。局部放電油箱左下角帶有在線監(jiān)測傳感器的安裝口，油箱內部另配有絕緣隔板，可用于比較不同傳輸路徑下在線監(jiān)測數(shù)據與離線測量數(shù)據的對應關系。

圖4 局放仿真模型

4 鐵芯接地電流仿真模型

鐵芯接地電流仿真模型如圖5所示，模擬鐵芯接地線一端與交流電流源相連，另一端與局部放電油箱中的套管相連，且局部放電油箱相應位置帶有在線監(jiān)測裝置安裝固定孔，可用于鐵芯電流在線監(jiān)測裝置的固定。

圖5 鐵芯接地電流仿真模型

交流電流源通過油箱外殼和套管構成回路，且?guī)в袛?shù)據傳輸功能。通過對比電流源的數(shù)據和鐵芯接地電流傳感器數(shù)據，就可以判斷在線監(jiān)測裝置的可靠性。

表1 氣體配置范圍和清洗后的氣體含量

5 結果分析

油中溶解氣體仿真系統(tǒng)能夠實現(xiàn)絕緣油中溶解氣體的配置和清洗。其中配置的氣體范圍和清洗后的氣體含量如表1所示。

局部放電仿真模型能夠實現(xiàn)局部放電量的模擬，其中放電量控制范圍為50 pC～10000 pC。鐵芯接地電流模型能實現(xiàn)鐵芯電流的模擬，其中電流范圍為1 mA～10 A。

6 結語

本文提出一種變壓器狀態(tài)仿真模擬技術，可實現(xiàn)油色譜、局部放電信號和鐵芯接地電流信號的模擬，并提供了在線監(jiān)測裝置的安裝接口，為判斷在線監(jiān)測裝置的可靠性打下了堅實基礎。

[1]李衛(wèi)國，屠志健.電氣設備絕緣試驗與檢測[M].北京：中國電力出版社，2006.

[2]嚴璋.電氣絕緣在線監(jiān)測技術[M].北京：中國電力出版社，2001.

[3]鄭偉，童懷.基于DGA及AGAWNN的電力變壓器故障診斷[J].變壓器，2009，46（4）∶65-69.

[4]徐志鈕，律方成.多神經網絡方法在變壓器油色譜故障診斷中的應用[J].高壓電器，2005，41（3）∶206-208.

[5]王輝.變壓器油紙絕緣典型局部放電發(fā)展過程的研究[D].北京：華北電力大學，2010∶71-100.