探讨变压器故障在线监测系统的设计与研发

闫睿智　彭雪

摘  要：在变压器的运行过程当中，对变压器的故障监测是一项极为重要的工作。借助于变压器故障在线监测系统，电力工作者能够实时掌握变压器的运行情况并及时发现变压器的故障，进而保证了变压器的稳定运行，对于电力系统意义重大。文章主要阐述了变压器故障在线监测系统的设计与研发。

关键词：变压器;变压器故障在线监测系统;设计研发

中图分类号：TM407         文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）31-0091-02

Abstract： In the process of transformer operation， transformer fault monitoring is a very important work. With the help of transformer fault on-line monitoring system， power workers can grasp the operation of transformer in real time and find the fault of transformer in time， so as to ensure the stable operation of transformer， which is of great significance to the power system. This paper mainly describes the design and development of transformer fault on-line monitoring system.

Keywords： transformer; transformer fault on-line monitoring system; design and development

随着我国电力事业的快速发展，国家正在大力开展智能电网的研发工作。在这样的时代背景下，实现变压器运行的智能化是电力行业发展的大势所趋。为了保证变压器的顺利运行，设计并研发变压器故障在线监测系统能够帮助电力工作者对变压器的运行状态进行监测，及时排除变压器的故障，具有极为重要的现实意义。

1 变压器故障在线监测系统的重要性

传统的电力工作中，一般采用预防性试验检查变压器中的故障，然而随着电力行业的发展，这种方法的不足之处逐渐暴露出来。进行预防性试验时，电力设备必须停止运行，并且试验时变压器中的电压要小于电力系统正常运行时的电压，无法反映出电力系统运行过程中变压器的实际状态，不仅如此，预防性维修需要投入大量的成本，电力设备停止运行还会影响电力系统的正常供电，进而影响到居民的正常用电，给电力企业的经济效益带来严重的损失。随着我国社会经济的迅猛发展，电力用户对于电力企业供电的质量要求日渐提高，因此，设计并研发变压器故障在线监测系统，是提升变压器运行过程稳定性以及经济性的必要手段。

2 变压器故障在线监测系统的发展

2.1 国外

现阶段变压器监测系统的监测对象主要包括三种，分别是绝缘油溶解气体、内部局部放电以及绕组过温点。其中，绝缘油溶解气体的监测于20世纪中后期由来自加拿大的Syprotec公司首先提出，随后，诸如日本的三菱公司与日立公司，以及美国的AVO公司都研发出了相应的变压器故障在线监测系统，能够同时监测多种不同的特征气体，如氢气、一氧化碳、甲烷、乙炔、乙烯以及乙烷等;内部局部放电的监测通过分析局部的放电谱图进行相关信息的分析判断，对于传感器的灵敏程度要求比较高。这一技术在1980年左右由日本率先提出，并研发出了相应的监测仪器，此类仪器利用光作为媒介，同时借助声电并用的方式降低监测过程中其它因素对于监测结果的干扰，进而精准的找出变压器中发生放电故障的位置;而绕组过温监测则使用了绕组光纤测温法对变压器中的绕组温进行测量，现阶段使用最多的是美国Luxtron公司生产的WTS-11型莹光式光纤监测系统，能夠测量0至200摄氏度的温度，能够精确到0.5摄氏度，误差仅为2摄氏度以内。

2.2 国内

我国对于变压器故障在线监测系统的研究工作起步较晚，二十世纪末，相关的技术迎来了快速的发展，取得了令人可喜的成果。其中较为典型的变压器故障在线监测系统主要包括由武汉高压研究院推出的局部放电监测系统，不仅能够准确找出变压器出现放电故障的具体位置，更能够得出具体的放电总量;还有东北电力科学院研发的BSZ大型变压器油色谱在线监测装置，检测周期只需1h，监测的准确性也极为可靠，然而该装置只能监测变压器中的氢气、乙炔、乙烯和乙烷四种特征气体。但不可否认的是，我国的变压器故障在线监测系统的技术已经取得了极为明显的进步。图1为我国自主研发的变压器油色谱及微水在线监测系统装置示意图。

3 变压器故障在线监测系统的设计与研发

3.1 系统架构设计

变压器故障在线监测系统主要由两个部分组成，分别是上位机以及下位机。下位机是直接控制设备获取设备状况的计算机，主要负责收集信息数据，经过初步处理后传输给上位机，能够实现电阻的自动投切;上位机指的是可以直接发出操控命令的计算机，负责存储下位机收集的数据信息，并进行全面的分析处理，通过各类信号变化将变压器的运行状况直接反映给电力工作人员。变压器故障在线监测系统的下位机主要包含四个模块，分别是通信模块、最大传输单元（MTU）控制模块、投切模块以及地线电流采集模块，一般情况下，下位机安装在变压器附近，从而能够随时采集变压器铁芯中的电信号，并将其转化为数字信号，对采集到的数据进行实时存储，同时，下位机能够借助控制固态继电器实现变压器的电阻自动投切功能。变压器故障在线监测系统中的上位机之间借助RS485电缆进行连接，系统中每一台上位机都能够同时进行多台下位机的操控，在收集下位机中的数据并进行分析的同时，上位机能够通过全球移动通信系统（GSM）模块对变压器运行过程中的各类情况以短信息的方式发送给电力工作人员，使得工作人员能够及时掌握变压器的异常。

3.2 系统硬件设计及功能实现

变压器故障在线监测系统的硬件分为多个功能模块，分别负责数据采集、变压器运行现场的监控显示、传感器信号的预处理，除此之外还有变压器故障在线监测系统上位机中的网络数据通信模块和外围电路。硬件系统中的数据采集模块主要负责将系统中的传感器收集到的模拟信号经过一系列的处理转换为数字信号，将经过转换的数字信号储存在系统内，经初步的分析判断之后得出变压器故障的具体内容并进行简单的处理。与此同时，系统能够对传感器采集到的数据信息、日期、分析结果等内容传输，借助于上位机中的网络数据通信模块发送给监测中心，以便电力工作人员进行变压器故障的分析与处理工作，并对工作内容进行记录。变压器故障在线监测系统可以选择C8051F020单片机作为核心处理器，这是美国CYGNAL公司生产的一种高速、高性能的混合信号处理单片机，与传统的51系列单片机相比较，C8051F020单片机的功能更加丰富，运行过程中的可靠性与速度也有着明显的提升，对变压器故障在线监测系统的硬件设计起到了很好的辅助作用。

3.3 系统软件设计及其功能实现

变压器故障在线监测系统使用的是美国微软公司开发的Microsoft Windows操作系统以及Microsoft Visual Studio2010开发工具，使用的计算机语言为C语言。图2为变压器故障在线监测系统的结构示意图。

4 结束语

电力是国家发展赖以生存的基础，变压器作为电力系统中的重要组成部分，其故障监测工作是保证电力系统安全稳定运行的关键环节。因此，电力企业必须予以高度的重视，大力开展变压器故障在线监测系统的设计与研发工作，推动智能化电网的发展，为我国的现代化建设提供更加优质的服务。

参考文献：

[1]万季青.变压器在线监测与故障诊断系统设计[D].湖北工业大学，2018.

[2]沈传洲.变压器在线监测与故障智能诊断系统的设计[D].大连理工大学，2018.

[3]蔡骥然，郑永康，周振宇，等.智能变电站二次设备状态监测研究综述[J].电力系统保护与控制，2016（06）.

[4]南华兴.电厂变压器故障的检测与诊断问题研究[J].电工技术，2019（12）.