海上石油平台变压器在线综合监测技术分析

张啸啸

摘要：在海上石油持续发展背景下，对于平台电力系统以及各种电气设备的要求也相继提高。文章主要介绍了海上石油平台变压器的综合检测技术，包括变压器内局部放电监测系统、在线监测变压器内热点温度、变压器综合在线检测、变压器故障在线预警、系统总体设计，希望能给相关人士提供有效参考。

关键词：海上石油;平台变压器;综合监测

引言：基于海上平台中缺少针对变压器在线监测系统，此次研究中将温度监测以及局部放电当成主要故障特征量，实施故障预警以及故障综合定位，并促进检测阈值整定技术、自适应滤波、突变理论的有机融合，研制出一种综合监测系统，能够针对平台变压器实施综合在线监测、故障分析和故障预警，进一步提升电力系统可靠性和安全性。

一、变压器内局部放电监测系统

某海上平台共有五台2500KVA，共有两段主母线分别为：DPP-LOV-001-LA/LB和DPP-LOV-002LC/LD/LE，35/0.4KV有载调压干式变压器TR-001/002/003/004/005，主要为平台公用系统、钻井模块和电潜泵供电。一旦其中的变压器出现问题，在维修中便需要将某段母线负载关停，进而降低设备性能，影响设备正常运行。为了保障变压器设备的稳定运行，需要结合在线监测技术，对变压器设备进行全面监测，掌握其实际运行状态，为故障抢修提供有效的参考依据，缩短檢修时间，保障平台的连续生产和用电安全，维护其他设备的的稳定运行。

当下我国对于变压器相关局部放电监测主要是利用超高频法、超声波法以及脉冲电流等方法实施。其中脉冲电流法主要是对局部放电情况下所形成的脉冲电流进行监测，并结合电容耦合部件开展检测工作，具体应用在离线测试当中，相关技术较为成熟，并成为大型变压器预防性检测主要手段，但在实施在线监测过程中，因为耦合电容器不能接入，以及其他电磁干扰问题影响，很难应用。超声波定位主要是联系局部放电情况下所形成的超声波传播时间以及传输方向确认局放源空间位置，这种方法相对来说比较成熟，拥有在线监测的应用实例，同时也是当下变压器局部放电在线监测中的研究热点内容。超声波定位原理较为简单，其拥有较强的抗电磁干扰能力，成本低廉，可以直接进行几何定位。超高频法主要是针对局部放电下所形成的超高频电磁波实施测量工作，很少在线应用。

本文中所介绍的在线监测系统主要是利用三个不同位置中所设置的超声传感器装置，全面接收局部放电所形成的超声宽频信号，随后通过宽频阵列信号算法内宽带聚焦算法把传感器所接到的宽带信号变成窄带信号，随后通过窄带测向算法，针对窄带信号实施波达方向计算，最后通过交叉定位算法，明确出现局部放电问题的所属位置。变压器超声监测系统涵盖多通道同步采集数据装置以及超声传感器等装置，其中超声传感器在变压器外壳紧贴，处于不同位置，局部放电超出50PC的条件下，则装置定位精度是20厘米，相关发送信号通过放大器和采集装置输入端连接，采集装置输出信号端和工控机输入端进行连接。假如干式变压器某段时间中超声信号出现突然变大的问题，便是绝缘开始劣化的先兆，系统通过分析判断会进行自动预警，及时维修检测，避免事故问题进一步扩大。

二、在线监测变压器内热点温度

我国关于变压器相关热点温度的在线监测方法具体包含无线测温、光纤测温以及温度传感器等方法[1]。其中温度传感器主要是利用热电偶温度传感装置和热电阻传感器装置实施接触测温，这种方法成本价低，发展成熟，同时也是我国工业测量领域中应用较为普遍的一种方法，但该种方法不能对高电位侧导电体热点温度进行准确测量。光纤测温的造价较高，因此其应用并不是十分普遍。无线测温主要是针对高电位导电体所研发出来的测温装置，已经拥有较为成熟的应用案例。此次项目中，主要是综合应用无线测温以及传感器测温等方法，选择高精度的传感装置，能够使其测量精度达到0.1摄氏度。在变压器出线以及外壳中进行分布式设置，并对不同区域温度进行连续采集，随后利用无线方式将温度值传输至监测中心，由监测中心处理各种数据，利用热力学模型实施计算，了解干式变压器内部温度场的实际分布状态，准确计算热点温度值，假如热点温度出现大幅度波动，则证明干式变压器存在绝缘温度严重过高问题，严重情况下，还会出现各种故障问题，形成警报，避免事故问题扩大。

三、变压器综合在线检测

相关在线监测系统通过总结整理数十年振动测量、局放测量、温度测量以及电参数测量等领域的处理经验，结合先进的计算机信息技术、信号处理器以及传感技术，应用新的算法和技术手段，研制出新一代综合化、智能化和数字化的在线监测系统。变压器相关智能监测单元可以对干式变压器运行中所产生的各种参数进行全面采集监控，具体包括以下几种：第一是对变压器低压侧相关三相电流和三相电压进行监测。第二是对变压器中的铁芯所形成的接地电流实施全面监测。第三是对变压器三相绕组热点温度实施监测。第四是对变压器铁芯温度变化进行监测。第五是对变压器周围环境的温湿度状况进行监测，对于相对湿度监测中，其传感器监测精度为1%。第六是对变压器所形成的局部放电进行监测。第七是对变压器运行中的振动状况进行监测。相关变压器运行变量所实施的单项监测技术较为成熟，但综合相关变量实施综合监测状况相对较少。

四、变压器故障在线预警

当下国内外对变压器所存在的隐患故障预警主要是以各种常规振动信号以及电气参数阈值为基础进行准确预警。但故障阈值确定却依然是一种国际难题，为此需要继续进行实验室研究。此次项目中，联系多样的监测参量，实施联合预警，能够在多参量协同分析基础上，得到综合阈值，随后通过实验与监测实践两种方式不断积累，结合突变理论监测拐点，在遇到拐点的条件下，需要开展数据分析工作，了解其中的突变信息量，假如突变信息是不可逆突变，则可以将其确定为故障问题，并实施预警，除此之外，还可通过实验方法得到具体的阈值变化，结合实验数据，创建典型故障物元模型，并通过可拓诊断措施实施在线预警[2]。

五、系统总体设计

在线综合监测系统主要是分布式结构，可以细分成后台机、现场监测以及传感器三种层次。其中的现场采集模块主要是负责采集各种数据信息，结合现场总线，把所采集的各种数据信息顺利传达至后台机，随后由后台机针对现场采集的信息数据实施科学计算和分析处理，并形成报警数据，随后把数据信息安全储存至数据库内。综合监测系统中的后台管理监控软件还拥有记录各种信息、图形分析以及显示趋势图形等功能，同时还可以针对各种运行参数波动信息进行实时显示，转化为参数测量波形，并对波形进行准确分析。

系统具体功能如下：第一是具有较强的抗干扰能力，同时所得到的监测数据信息也十分准确。干式变压器相关综合监测系统中的智能监测单元都是以多腔体、全密封屏蔽设计为主，拥有较强的抗干扰能力以及电磁兼容性，同时还搭配了数字模拟混合滤波功能，可以在干扰问题较为严重的环境下，在线监测各种运行参数，并进行准确测量。第二是能够提供多种形式的报警方式以及预警计算手段。干式变压器相关监测报警标准除了既定的基础运行条件之外，还可以结合突变理论对拐点数据进行时全面监测，在遇到拐点后，应该对其中各项数据进行详细分析，了解其中的突变信息量，假如突变信息表示属于不可逆突变，能够直接确定属于故障问题，并实施预警。除此之外，通过具体实验所得到的阈值信息，即热点温度和局部放电信息后，创建典型故障的物元模型，将其当成一种专家信息传输至计算机软件内，并通过可拓诊断措施开展在线预警。

在所监测到的变压器相关运行参数超出标准的情况下，变压器相关智能监测单元能够利用多样化总线，将故障信息及时传送到上一级管理设备中，进行预警信号监测装置内部相关报警继电器发送动作后，会产生无源触点信号，并将其输送出去，该种条件下，便会在监测装置液晶显示屏中出现警报信息。后台计算机监控结合无线通信网络能够将报警信息发送到指定手机当中。

第三是设备管理较为方便，站内拥有的几台监测装置能够实现独立运行，分别记录相关数据信息，同时也可以利用一台计算机和一条数据通信总线统一管理多台设备，能够随时增加相关监测装置，并通过一个后台机进行统一管理。第四是拥有充足的储存空间，数据备份较为方便，在数据保存周期大于10分钟的条件下，数据连续保存时间不低于12个月，同时能够利用计算机结合RS 232 /485 总线或CAN总线传输数据信息，备份保存数据信息，后台数据备份能力超出20年。第五是后台管理软件，其拥有分析各参量变化趋势的功能，包括温度、电压、局部放电、电流等信号，并进行自动保存，能够随时分析波形变化。利用通信网络实现在线监测分析。

结语：综上所述，此次研究中针对海上平臺中的变压器，分析相应的综合在线监测技术，结合海上平台实际发展状况和变压器监测需求，研制出一种综合监测系统。其中的智能采集功能，可以针对多种单元进行同时采集，符合海上石油平台发展状况，同时还具有安装简便、监测效率高等优势。能够对平台变压器进行全民监测，保证相关电气设备的安全运行。

参考文献：

[1]刘朝平.海洋石油平台干式变压器铁心多点接地常见原因及预防措施[J].电气应用，2018，37（12）：28-30.

[2]于晓红，于宏伟.海洋石油平台主变压器间通风系统自动化设计[J].石油和化工设备，2017，20（09）：13-14+12.