劉振宇

（國網(wǎng)鞍山供電公司，遼寧 鞍山 114000）

0 引 言

隨著我國智能電網(wǎng)的應(yīng)用和發(fā)展，電力系統(tǒng)中的變壓器也逐漸向智能化和大容量方向發(fā)展。油中溶解氣體分析方法在變壓器在線監(jiān)測和故障診斷中的應(yīng)用，不僅提高了變壓器故障維護(hù)的效率，而且保證了變壓器在電力系統(tǒng)中安全運(yùn)行。油中溶解氣體分析方法在變壓器的實(shí)際故障診斷中，可以很方便地讀取在線監(jiān)測數(shù)據(jù)，有效診斷變壓器故障。

1 基于DGA的變壓器故障診斷原理分析

變壓器中的絕緣油是從石油中提煉出來的一種礦物油，變壓器中的油是由很多碳?xì)浠衔锝M成的混合物。變壓器在運(yùn)行過程中，絕緣油中的氣體化學(xué)反應(yīng)不同，產(chǎn)生的故障氣體成分也不同，通過在變壓器中采用溶解氣體分析方法可以掌握變壓器故障的不同類型[1]。變壓器內(nèi)部故障分類圖如圖1所示。

圖1 變壓器故障分類

變壓器故障與故障氣體有關(guān)[2]，變壓器熱故障是變壓器在運(yùn)行過程中，由于局部溫度過高使得絕緣裝置損壞進(jìn)而發(fā)生熱故障。在變壓器故障診斷中，熱故障是變壓器故障常見的一種故障類型。變壓器發(fā)生熱故障，絕緣油分解而產(chǎn)生大量的低分子烴類氣體，通過對氣體含量的監(jiān)測分析，可以判斷變壓器是否發(fā)生熱故障。熱故障一般對設(shè)備的危害較小，但是也要及時處理避免造成嚴(yán)重的危害。變壓器電故障和熱故障不同，主要是由于高壓電的效應(yīng)而造成絕緣老化，導(dǎo)致絕緣材料分解。通過對分解氣體組成進(jìn)行分析，可以對電故障進(jìn)行判斷。電故障中電弧放電故障產(chǎn)生的氣體以氫含量為高，由于故障氣體易溶于油中，因此給監(jiān)測帶來了不便。電故障中根據(jù)油中溶解氣體分析方法進(jìn)行故障診斷時，采用閥值診斷方法是非常有效的，把檢測到的氣體與國際規(guī)定的注意值進(jìn)行比較即可判斷出故障原因。

2 基于DGA的變壓器在線監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)需求分析

變壓器油中溶解氣體檢測的傳統(tǒng)方法需要采集現(xiàn)場油樣[3]，然后把采集的油樣送到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行氣體分析。傳統(tǒng)的檢測方法在對氣體進(jìn)行運(yùn)輸和采樣的過程中很容易改變氣體的成分結(jié)構(gòu)，使得變壓器的運(yùn)行狀態(tài)和故障預(yù)警不夠準(zhǔn)確。在線油中溶解氣體檢測方法可以對變壓器油進(jìn)行連續(xù)的氣體檢測，氣體的成分結(jié)構(gòu)不會發(fā)生變化，變壓器的運(yùn)行狀態(tài)檢測和分析更加準(zhǔn)確?；贒GA的變壓器在線監(jiān)測對氣體含量采用多通道的采集方法，可以對油中溶解的氣體含量進(jìn)行準(zhǔn)確的檢測，并且可以對氣體數(shù)據(jù)信息進(jìn)行有效的分析和處理，為變壓器的故障診斷提供更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息。在線監(jiān)測系統(tǒng)可以對氣體含量的數(shù)據(jù)進(jìn)行提取，并采用科學(xué)的方法進(jìn)行分析，可以提高數(shù)據(jù)信息的真實(shí)性。在線監(jiān)測需要通過網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)實(shí)時傳輸?shù)焦芾碇行模⑦M(jìn)行變壓器的故障診斷，可以保證數(shù)據(jù)的實(shí)時性。

2.2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)及功能設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)基于DGA的變壓器在線監(jiān)測系統(tǒng)時[4]，采用STM32單片機(jī)對監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，在系統(tǒng)的終端采用功耗低的NB-LoT網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)的處理器采用了S TM32F 103 T8U7芯片，硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖如圖2所示。

圖2 硬件結(jié)構(gòu)

在線監(jiān)測系統(tǒng)主要是采集數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的通信并提供遠(yuǎn)程監(jiān)控等功能。系統(tǒng)中各個模塊的功能分析，在線監(jiān)測系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)采集模塊對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集，然后把采集到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行預(yù)處理，并把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后發(fā)送給處理器STM32，處理器再把檢測的數(shù)據(jù)通過終端網(wǎng)絡(luò)通信發(fā)送到遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)，進(jìn)行變壓器故障診斷和數(shù)據(jù)分析。

2.3 系統(tǒng)軟件及功能設(shè)計(jì)

在線監(jiān)測系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中，主要是對數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)通信模塊和遠(yuǎn)程監(jiān)測模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，在線監(jiān)測系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖如圖3所示。

在線監(jiān)測系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集模塊主要是進(jìn)行寫命令[5]，對現(xiàn)場的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集寫入操作，然后對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。數(shù)據(jù)通信模塊主要進(jìn)行對命令的讀取，發(fā)送采集數(shù)據(jù)，把現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)较到y(tǒng)的遠(yuǎn)程終端管理中心。遠(yuǎn)程終端模塊可以實(shí)時顯示數(shù)據(jù)，并對變壓器氣體數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對變壓器故障進(jìn)行診斷。在線監(jiān)測系統(tǒng)軟件開始運(yùn)行后，先對系統(tǒng)模塊進(jìn)行初始化處理，同時對檢測的參數(shù)進(jìn)行初始化處理，以便更好的分析氣體數(shù)據(jù)參數(shù)信息，并確定I/O基本端口的方向。然后對變壓器油中溶解氣體進(jìn)行實(shí)時檢測，如果發(fā)現(xiàn)氣體濃度值大于設(shè)定值，會啟動報警電路，并對變壓器的運(yùn)行狀態(tài)和數(shù)據(jù)變化進(jìn)行檢查。最后把數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程終端，通過遠(yuǎn)程終端故障診斷系統(tǒng)對發(fā)生的故障進(jìn)行診斷。

圖3 在線監(jiān)測系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

3 結(jié) 論

變壓器作為電力系統(tǒng)中的核心設(shè)備，對變壓器在線監(jiān)測和故障診斷有非常重要的影響?；贒GA的變壓器在線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可以有效分析和診斷變壓器故障，及時排除變壓器的故障，保證變壓器安全穩(wěn)定的運(yùn)行，提高了電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率。