淺析油浸變壓器溫度在線測(cè)量技術(shù)

蘇玎++于學(xué)蓮

摘要：油浸式變壓器的主要結(jié)構(gòu)就是繞組和絕緣結(jié)構(gòu)。油浸式變壓器對(duì)環(huán)境溫度具有非常嚴(yán)格的要求，若溫度不符合要求將會(huì)影響到變壓器性能的發(fā)揮，過(guò)高或過(guò)低的溫度都會(huì)使變壓器發(fā)生故障。本文以油浸式變壓器的溫度測(cè)量為切入點(diǎn)，闡述了在線技術(shù)如何對(duì)變壓器溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以避免因溫度過(guò)高而造成變壓器損壞。

關(guān)鍵詞：高壓電 油浸式變壓器 溫度測(cè)試 在線測(cè)量技術(shù)

中圖分類號(hào)：TM4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）02（b）-0000-00

變壓器是電力系統(tǒng)中必不可少的一部分，其功能的正常運(yùn)行與否，直接關(guān)系到工礦企業(yè)的正常生產(chǎn)及人們的正常用電生活，因此，變壓器的穩(wěn)定性與安全性極為重要。油浸式變壓器的絕緣結(jié)構(gòu)非常重要，溫度如果過(guò)高會(huì)使得絕緣油紙老化，將會(huì)引發(fā)繞組的匝間短路，從而使變壓器發(fā)生故障。

1油浸式變壓器

為了能使電能的傳輸更加有效，發(fā)電廠在發(fā)電后通常對(duì)電流進(jìn)行加壓，進(jìn)行高壓輸電。這是因?yàn)闊o(wú)論何種材質(zhì)的電線，其內(nèi)部都存在著一定的電阻，電流在傳輸過(guò)程中都會(huì)有一定的消耗。而具有極小電阻的輸電材料，其費(fèi)用一般都極為昂貴，無(wú)法普及使用。因此，電力輸送只好采用高壓輸電方式，通過(guò)升高電壓來(lái)使電流變小，以節(jié)省輸電材料的成本消耗、降低輸電過(guò)程中電流的大量損耗。而高壓電危險(xiǎn)性較高，日常生活會(huì)危及到人們的生命安全，為了滿足人們的用電需求，必須采用變壓器進(jìn)行降壓處理。

油浸式變壓器適用于50、60赫茲的交流電，其主要功能是將10kV、6kV或3.5kV的網(wǎng)絡(luò)電壓調(diào)配至適合工礦企業(yè)以及民用建筑使用的400V或230V母線電壓。油浸式變壓器在室內(nèi)外皆可使用，人們?nèi)粘Ｓ陔娋€桿上看到的可能就是容量為315kVA變壓器。油浸式變壓器對(duì)溫度的要求較高，其環(huán)境溫度必須介于-25℃與40℃之間，最高溫度為日均30℃、年均20攝氏度。變壓器所處環(huán)境濕度不得高于90%，所處海拔高度必須低于1km。

油浸式變壓器的主要結(jié)構(gòu)有油箱、繞組和絕緣結(jié)構(gòu)。油箱內(nèi)盛有滿滿的變壓器油，變壓器身浸于其中。變壓器的核心部件是繞組和鐵芯，電流通過(guò)繞組進(jìn)行轉(zhuǎn)變和傳輸。變壓器的絕緣結(jié)構(gòu)是油紙，溫度過(guò)高會(huì)加速油紙的老化進(jìn)程，絕緣老化將會(huì)造成繞組發(fā)生匝間短路。

2基本測(cè)量方法

2.1直接測(cè)量法

直接測(cè)量法的操作非常直接，在變壓器的繞組內(nèi)埋入眾多的傳感器，通過(guò)傳感器獲知變壓器的內(nèi)部溫度。這種方法的精確度隨埋入點(diǎn)的數(shù)量增加而越加精準(zhǔn)，但缺點(diǎn)是成本高、維護(hù)技術(shù)有難度[1]。

2.2光纖光柵法

這種方法是近年來(lái)興起的引起廣泛關(guān)注的測(cè)量方法，其工作原理是利用光纖材料對(duì)光線的敏感性，將直射到纖芯的紫外光反射或透射到濾波器上。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)電磁干擾具有極為強(qiáng)大的抵抗能力，且光線材料可以抵御外部介質(zhì)的腐蝕，具有非常優(yōu)良的絕緣性能；缺點(diǎn)是造價(jià)成本高，工藝難度高，現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)難度高，因此難以普及使用。

2.3熱模擬測(cè)量法

熱模擬測(cè)量法并非直接的測(cè)量，而是通過(guò)模擬繞組與變壓器油之間的溫度差來(lái)測(cè)量變壓器的溫升平均值。其工作原理是加熱電流流經(jīng)一個(gè)電熱元件，產(chǎn)生了附加升溫，再使用電流匹配器進(jìn)行調(diào)節(jié)，使所升高的溫度恰好與繞組油的溫差相同。這種方法的缺點(diǎn)是受外界環(huán)境影響較大，必須在規(guī)定的環(huán)境條件下進(jìn)行測(cè)量。并且，這種方法只能模擬平均溫升，而無(wú)法獲知最高溫度。另外，電流回路還會(huì)增加設(shè)備維護(hù)的難度，安全措施難以做好。

2.4間接計(jì)算法

這種方法需要獲知幾種變壓器其繞組的熱點(diǎn)溫度，通過(guò)套入公式來(lái)間接計(jì)算需要測(cè)量的變壓器的溫度。這種計(jì)算方法的模型有三種，分別基于技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、熱路和熱阻。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確，實(shí)用性非常強(qiáng)。

3在線測(cè)量技術(shù)的優(yōu)越性

上文中提到，直接測(cè)量法成本高昂且結(jié)果不精準(zhǔn)，光纖光柵法結(jié)果精準(zhǔn)，但成本高昂，而熱模擬法雖然在日德等許多國(guó)家都有應(yīng)用，但理論分析與實(shí)際情況有著巨大差別，導(dǎo)致了測(cè)量結(jié)果的較大偏差。僅間接計(jì)算法按照《油浸式變壓器負(fù)載導(dǎo)則》中提到的計(jì)算公式[2]，可以較準(zhǔn)確地計(jì)算出變壓器的熱點(diǎn)溫度。間接計(jì)算法經(jīng)濟(jì)實(shí)用、操作簡(jiǎn)便的優(yōu)越性使其在變壓器測(cè)溫方面得到了廣泛應(yīng)用。由于間接計(jì)算法要通過(guò)幾種變壓器來(lái)間接獲得最終結(jié)果，計(jì)算過(guò)程耗費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)計(jì)算機(jī)運(yùn)算能力要求極高[3]，待結(jié)果得出后向有關(guān)部門反應(yīng)，有關(guān)部門再派出維護(hù)人員進(jìn)行維修，這使得間接計(jì)算法暴露出一個(gè)非常明顯的缺點(diǎn)——計(jì)算復(fù)雜、反應(yīng)不及時(shí)。

為此，業(yè)界許多研究人員對(duì)變壓器的溫度測(cè)量方法進(jìn)行了深入的研究，目前已經(jīng)取得了一定的研究成果，制作出一種在線監(jiān)測(cè)儀器。這種儀器基于負(fù)載導(dǎo)則，模型依循舊版導(dǎo)則的簡(jiǎn)單計(jì)算公式，受到外界影響的可能非常小，結(jié)果的精確度非常高。由于計(jì)算公式涉及到的溫度是穩(wěn)態(tài)溫度，不必考慮不同時(shí)間段溫度的變化會(huì)對(duì)最終結(jié)果造成影響。在線監(jiān)測(cè)儀器內(nèi)置GPRS模塊，可以與距離較遠(yuǎn)的變電站實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與控制。

4在線測(cè)量系統(tǒng)

4.1在線測(cè)量系統(tǒng)的工作原理

在線測(cè)量系統(tǒng)包括上位機(jī)、下位機(jī)、傳感器和變壓器本身。電力人員在油浸式變壓器內(nèi)安裝在線監(jiān)測(cè)儀器，在線監(jiān)測(cè)儀器包括N個(gè)溫度傳感器，傳感器在變壓器溫度上升時(shí)通過(guò)下位機(jī)中內(nèi)置的GPRS模塊將信息傳送至變電站的控制中心，變電站的工作人員通過(guò)上位機(jī)獲得變壓器的溫變信息，可以及時(shí)快速地安排人員前去維護(hù)。

下位機(jī)的主要部件有溫度傳感器與單片機(jī)處理單元。下位機(jī)在變壓器上只需安置五個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，即可對(duì)變壓器的底部、油面、頂部、箱體以及環(huán)境五處溫度進(jìn)行及時(shí)的監(jiān)測(cè)。下位機(jī)內(nèi)置微處理器，與傳感器相連，通過(guò)液晶屏顯示即時(shí)溫度。五處檢測(cè)點(diǎn)，有任何一點(diǎn)的溫度值超過(guò)內(nèi)置的溫度標(biāo)準(zhǔn)，將會(huì)引發(fā)微處理器發(fā)生報(bào)警信息。下位機(jī)通過(guò)內(nèi)置的GPRS模塊將信息傳輸至變電站內(nèi)的上位機(jī)，上位機(jī)內(nèi)的相關(guān)軟件通過(guò)代碼編譯，迅速顯示出工作人員可以理解的曲線和數(shù)據(jù)結(jié)果，并作出音像報(bào)警和故障分析。

4.2硬件

4.2.1下位機(jī)

下位機(jī)的溫度傳感器通常為產(chǎn)自美國(guó)Dallas公司的DS18-B20半導(dǎo)體，微處理器一般為Atmel公司生產(chǎn)的AT89-S52。這種微處理器的串口可以跨越較遠(yuǎn)的距離，與GPRS模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。YM-12684液晶屏可以顯示溫度信息與故障代碼。溫度傳感器通過(guò)屏蔽雙絞線將溫度信號(hào)傳送至單片機(jī)中，鑒于屏蔽雙絞線的特性，有效距離最多為50米[4]。

4.2.2GPRS模塊

GPRS模塊是遠(yuǎn)距離無(wú)線通信的核心，通過(guò)TCP/IP協(xié)議，數(shù)據(jù)可以暢通到達(dá)終端設(shè)備處。

4.3軟件

4.3.1通信協(xié)議

在線測(cè)量系統(tǒng)的通信協(xié)議就是上文所提到的TCP/IP協(xié)議，AT指令集也能支持。

4.3.2上位機(jī)和下位機(jī)軟件

上位機(jī)的軟件可以借助GPRS模塊查詢到來(lái)自下位機(jī)的變壓器溫度信息，并顯示溫變數(shù)據(jù)、繪制溫度曲線、打印溫度報(bào)表、做出音像報(bào)警、記錄故障信息、分析故障原因。下位機(jī)的軟件依托于C語(yǔ)言指令，循環(huán)讀取各個(gè)端口的溫度信息，依照內(nèi)置命令完成監(jiān)控、報(bào)警功能。

5結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)油浸式變壓器的工作原理、降溫必要性、測(cè)溫方法做了簡(jiǎn)單的分析，并以此對(duì)油浸式變壓器的溫度在線測(cè)量系統(tǒng)做了分析和闡述，點(diǎn)明其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理，希望對(duì)油浸式變壓器溫度的在線測(cè)量和電力部門的及時(shí)搶修提供參考意見(jiàn)。

參考文獻(xiàn)：

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