梅智琳　孫勝祥　鄒榮盛

摘要：文章從換流變壓器的檢測內(nèi)容入手，通過對油中溶劑氣體、絕緣油高度和溫度、鐵芯接地狀態(tài)、套管絕緣狀態(tài)、局部放電狀態(tài)、OLTC狀態(tài)等的綜合分析與研究，結(jié)合目前變電站內(nèi)變壓器的在線監(jiān)測項目的配置情況，對換流變壓器狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)應用進行簡單比較并提出合理性建議。

關(guān)鍵詞：換流變壓器；狀態(tài)監(jiān)測；在線監(jiān)測系統(tǒng)；變電站；現(xiàn)場監(jiān)測 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM402 文章編號：1009-2374（2015）11-0024-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.11.013

1 換流變壓器狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)組成

換流變壓器絕緣油油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)由現(xiàn)場監(jiān)測單元（色譜數(shù)據(jù)采集器）、主站單元（數(shù)據(jù)處理服務器）及監(jiān)控后臺（監(jiān)控軟件、狀態(tài)監(jiān)測與預警軟件）組成。現(xiàn)場監(jiān)測單元，即色譜數(shù)據(jù)采集器由油樣采集單元、油氣分離單元、氣體檢測單元、數(shù)據(jù)采集單元、現(xiàn)場控制處理單元、通訊控制單元及輔助單元組成。每一臺色譜數(shù)據(jù)采集器可監(jiān)測一臺換流變壓器，其中輔助單元包括置于色譜數(shù)據(jù)采集器內(nèi)的載氣、接口法蘭、油管及通信電纜等。換流變壓器的絕緣油采用循環(huán)取樣的方式。主站單元（數(shù)據(jù)處理服務器）通過RS485/CAN總線或100M以太網(wǎng)控制多臺色譜數(shù)據(jù)采集器?？睾笈_（監(jiān)控軟件、狀態(tài)監(jiān)測與預警軟件）提供了基于權(quán)限的多級用戶管理，實時監(jiān)測數(shù)據(jù)、系統(tǒng)報警、歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)查詢及顯示分析功能。

1.2 接口方式

在線監(jiān)測系統(tǒng)的接口方式主要有三種方式：第一種是各采集裝置之間采用RS485總線接口通信，或者采用光纖接口通信；第二種是各采集裝置與主站單元之間采用RS485總線接口通信，或者采用以太網(wǎng)接口通信或者采用光纖接口通信；第三種是監(jiān)控后臺能提供通訊協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)機制，可以提供如MODBUS Slave通訊規(guī)約、IEC61850規(guī)約，通訊接口為以太網(wǎng)接口，也可以通過RS485，將在線監(jiān)測的數(shù)據(jù)送至站內(nèi)的監(jiān)控接口單元。同時，換流變壓器色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)通過硬接線的方式，將系統(tǒng)的報警信號，故障信號送至全站監(jiān)控系統(tǒng)。

2 換流變壓器的檢測內(nèi)容

本文中我們主要討論直流高壓大容量油浸式換流變壓器的檢測內(nèi)容。

2.1 換流變故障情況

換流變設備的故障的初期往往是在設備內(nèi)部發(fā)生的，從目前換流站的實際運行情況來看，換流變內(nèi)部油色譜異常、套管滲漏油、接頭發(fā)熱、介質(zhì)損耗因數(shù)超標、分接開關(guān)故障、鐵芯故障是主要故障源。如果仍然沿用定期檢測的模式，很可能導致設備故障的擴大，造成不必要的損失，甚至導致大規(guī)模停電事故的產(chǎn)生。因此，實現(xiàn)對換流變的狀態(tài)在線監(jiān)測是必要的，也是今后的發(fā)展方向。

2.2 換流變在線監(jiān)測的范圍

根據(jù)上述換流變的故障情況以及換流站對狀態(tài)在線監(jiān)測的要求，換流變狀態(tài)的在線監(jiān)測的范圍主要是油中溶解氣體及微水監(jiān)測，儲油箱中絕緣油油位、油溫監(jiān)測，繞組溫度監(jiān)測，鐵心接地電流監(jiān)測，套管絕緣監(jiān)測，局部放電監(jiān)測，有載調(diào)節(jié)器（OLTC）狀態(tài)監(jiān)測。確保換流變正常運行的主要部件包括繞組、鐵心、絕緣油、冷卻器及有載調(diào)節(jié)器（OLTC）。因此，監(jiān)控的關(guān)鍵參數(shù)包括油/紙的絕緣（包括繞組和變壓器）、負載和運行狀態(tài)、OLTC故障。因此狀態(tài)在線監(jiān)測的重點也在這些項目上。

2.3 換流變狀態(tài)在線監(jiān)測技術(shù)分析

2.3.1 油中溶劑氣體狀態(tài)監(jiān)測。換流變壓器油中溶解氣體狀態(tài)監(jiān)測裝置由油氣分離單元、特征氣體檢測單元和數(shù)據(jù)處理與診斷單元三個基本單元組成。油氣分離單元：監(jiān)測油中溶解氣體的狀態(tài)，變壓器中溶解氣體狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)的關(guān)鍵是將氣體從油中分離，分離油中的氣體通常用高分子膜分離。

當設備發(fā)生故障時，絕緣油的碳氫化合物通過化學反應形成烴類氣體，分解出的氣體不斷在絕緣油中溶解并擴散。故障的類型及其嚴重程度與故障氣體的組成和含量有很大的聯(lián)系。設備內(nèi)部故障和監(jiān)視設備運行狀況的判斷是通過分析導出氣體來實現(xiàn)的，在充油電氣設備安全運行中，這已經(jīng)成為一種非常重要的手段。

2.3.2 絕緣油高度和溫度狀態(tài)監(jiān)測。一般情況下，換流變壓器內(nèi)的絕緣油在運行過程中會發(fā)生分解。某些C-H鍵和C-C鍵在電或熱故障時會斷裂，少量活潑的氫原子和不穩(wěn)定的碳氫化合物自由基隨著而生成，這些自由基是CH3*和CH2*CH*。通過復雜的化學反應這些氫原子或者自由基能重新化合成氫氣和低分子烴類氣體（如甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等）。故障剛發(fā)生時形成的氣體在油中溶解，故障能量較大時能聚集成自由氣體。油箱內(nèi)壓力增大是因氣體溢出引起的，而油面下降可能是因氣體溢出引起的，也可能因油箱損壞引起的。減少絕緣油，即參與換流變壓器內(nèi)油循環(huán)降溫的物質(zhì)減少，換流變壓器內(nèi)溫度升高，加快絕緣性能降低，因此需要監(jiān)測油箱內(nèi)絕緣油的油面高度。

2.3.3 繞組溫度狀態(tài)監(jiān)測。在換流變壓器運行時，本體鋼構(gòu)件、鐵心、繞組均要產(chǎn)生損耗，損耗轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃肯蛑車橘|(zhì)中發(fā)散，致使換流變壓器整體發(fā)熱和溫度升高。當繞組及鐵心溫度與絕緣油溫度有一點的溫差時，絕緣油的一部分熱量是通過熱傳遞從繞組及鐵心溫度得來的，從而使油溫升高。通過散熱器循環(huán)，絕緣油將自身的熱量傳遞給外部空氣介質(zhì)。繞組、鐵心和油的溫度經(jīng)過循環(huán)后大致相近并趨于平衡狀態(tài)。此時，換流變壓器本體鋼構(gòu)件、鐵心、繞組熱量散發(fā)、溫度降低，設備運行達到穩(wěn)定。一般來講，換流變壓器內(nèi)部各部件的溫度由所產(chǎn)生的損耗決定，絕緣油最低，鐵芯略高，繞組最高。

3 換流變狀態(tài)在線監(jiān)測的應用和建議

從上文中可以看到，換流變狀態(tài)在線監(jiān)測與診斷技術(shù)近年來受到了高度重視，在各個方面的檢測技術(shù)均有了很大的進步，也開發(fā)出了各種監(jiān)測技術(shù)。但是對于局部放電、繞組變形、振動頻譜等的狀態(tài)監(jiān)測，仍需要加大研發(fā)力度，以滿足變壓器狀態(tài)監(jiān)測和狀態(tài)檢修的要求。換流變狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)應用比較及建議見表1。

參考文獻

[1] 陳振生.SF6氣體的密度、水分及泄露在線監(jiān)測方法

[J].華通技術(shù)，2006，3（6）.

[2] 卓偉光.電力系統(tǒng)變電設備在線監(jiān)測系統(tǒng)[D].廣西大學，2006.

[3] 石林.換流變壓器在線監(jiān)測系統(tǒng)研究[J].變壓器，2014，51（7）.

[4] 陳文杰.基于IEC61850的數(shù)字化變電站技術(shù)的實用化探討[D].華南理工大學，2012.

[5] 吳永亮.智能變電站狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)研究于設計[D].華北電力大學，2013.

[6] 楊振勇.《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則》判斷變壓器故障的探討[J].變壓器，2008，45（10）.

作者簡介：梅智琳（1983-），女，湖北武漢人，海軍工程大學裝備經(jīng)濟管理系在職碩士研究生，供職于湖北省送變電工程公司，研究方向：項目管理。

（責任編輯：周 瓊）