基于电厂变压器套管绝缘性能在线监测技术的研究

李进

（神华神东电力新疆准东五彩湾发电有限公司，新疆 昌吉 831100）

0 引言

变压器在电厂中发挥着重要的作用，而绝缘套管则是变压器的重要组成部件，若是绝缘套管的性能出现问题，则会造成电厂电力系统出现停止运行的情况，甚至会发生变压器的重大安全事故，因此变压器绝缘套管进行性能的监测是保障电厂电力系统正常运行的重要措施，对电厂的良好运行有着重要的作用。

1 电厂变压器套管绝缘性能在线监测原理

电厂变压器绝缘套管绝缘性能在线监测技术是通过对变压器绝缘套管的性能进行检测和试验的一种方法。一般而言，变压器绝缘套管的在线监测技术的开展是通过信号采集系统、传感器系统以及分析诊断系统共同组成的。信号采集系统的主要功能是将传感器获得的变压器绝缘套管状态信息进行数据的处理和传输，将数据信号传输给分析诊断系统，在分析诊断系统对数据信号进行分析诊断处理后，使工作人员可以对变压器绝缘套管的绝缘性能进行掌握，并根据其运行状态对其使用寿命进行评估，变压器绝缘套管的在线监测流程如下图1所示[1]。

图1 变压器绝缘套管在线监测的基本流程

2 电厂变压器套管绝缘性能检测方法

2.1 离线检测法

变压器绝缘套管绝缘性能的检测方法在之前很长一段时间使用的都是离线检测的方法，这种检测方法需要工作人员首先停止变压器绝缘套管的带电运行，之后对变压器绝缘套管进行人工拆除操作，对拆除下来的变压器绝缘套管进行加压模拟其带电运行情况，最后得出变压器绝缘套管的绝缘性能参数，以此进行变压器绝缘套管绝缘状态的判断。电桥法是变压器绝缘套管离线检测方法中使用较多的一种，此方法的使用原理和变压器绝缘套管带电运行时的工作原理相同，所以具有较高的指导价值，但也存在一定缺陷便是电桥法中加在变压器绝缘套管两端的电压达不到实际母线的电压。离线检测的方法开展方式较为简单，但是需要消耗一定的人力和物力，且试验分析需要消耗一定的时间成本。

2.2 在线监测法

随着计算机技术和传感器技术的使用逐渐成熟，其在变压器绝缘套管监测工作中的应用逐渐发展成新的在线监测技术。在线监测技术主要是通过传感器对变压器绝缘套管绝缘性能参数可以进行实时采集的原理，通过计算机对采集的变压器绝缘套管绝缘性能数据进行读取分析，使工作人员可以在计算机中获取变压器绝缘套管的运行情况，并可以在其出现异常运行状态时进行及时的关注和处理操作。变压器绝缘套管在线监测技术的使用，在很大程度上降低了工作人员需要去现场进行的工作量，减少了对变压器绝缘套管的大量重复检测工作，对电厂电力系统的稳定安全运行保障方面，起到了十分重要的作用[2]。

3 电厂变压器套管绝缘性能在线监测方案

3.1 传感器方案

对电厂变压器绝缘套管绝缘性能的在线监测主要是为了保证工作人员可以实时对变压器绝缘套管绝缘性能进行在线监测。变压器绝缘套管在线监测的全部方案中包括了前端数据采集单元以及后台数据显示单元。前端数据采集单元可以通过传感器对变压器绝缘套管泄露的电流信号进行获取，并且还可以对基准电压的信息进行采集，之后通过计算机计算的方式得出变压器绝缘套管绝缘性能的容性电流、介质消耗因数和电容量数据。最后通过信号传输单元，将得出的相关数据传输给后台服务器，由后台服务器对信息进行处理后，将其在显示在工作人员的操作界面上。

在进行变压器绝缘套管介质损耗的在线监测阶段，需要对变压器绝缘套管运行阶段的运行参数（电压数据、电流数据）进行使用，这些数据的获取都需要借助合适的电流传感器进行获取。由于变压器绝缘套管的末屏产生的电流信号通常较小（毫安或者微安级别），所以传统的电流传感器无法达到对其进行检测的使用要求，而无源相位传感器的相位偏差较大，因此选择有源零磁通电流传感器作为在线监测变压器绝缘套管末屏电流信号的传感器。在安装传感器时，安装方式选择穿心式结构，并且设计中选择集成度较高且具有温度补偿功能的BCT-2传感器，在材料选择上使用具有深度负反馈功能的莫合金材料，以此做到对采集信号的补偿，并且将变压器绝缘套管末屏电流的检测范围设计在100μA～700mA之间，BCT-2传感器的参数如下表1所示。

表1 BTC-2 传感器参数

3.2 同步采样方案

基准电压信号以及变压器绝缘套管末屏的电流信号都属于交流信号，所以其相位是一直变化的。因此，为了更加准确地对介质损耗信息进行计算，便需要确保采集的电流信息和电压信息是同一时刻的。若是二者的采样时间不是在同一时刻，则计算所得的数据便不能准确反映出变压器绝缘套管的绝缘性能。在计算时，若是电网的频率数值选择为稳定状态的50赫兹作为计算量，则一个信号周期计算成毫秒便是20毫秒，在角度上的反映则是360度，这样便可以得出1毫秒时间等于18度，由此可以看出，1毫秒的偏差就非常大了[3]。在同步采样方案中使用B码对时的方法进行时刻的确定，由于不同码元的脉冲宽度不同，工作人员可以通过对码元信息的识别，确定提取的信息数据时间是同一时刻的。B码对时的方法主要是通过单片机或解码芯片的使用，对不同码元宽度（10毫秒码元、8毫秒码元、2毫秒码元）进行提取，以此得到可以使用的同一时刻的信号数据，并且B码对时装置的稳定程度和精确程度较高，符合同步采样方案的使用要求。

3.3 信号处理方案

对变压器绝缘套管的信号数据使用传感器技术进行采集后，需要对采集信号的线性区域进行进一步的放大，以此才能完成更为精准的信号数据转化操作。所以在此过程中需要对数据信号进行放大处理，信号放大处理可以使用AD627芯片，这款芯片是性能较好的仪表放大芯片。在信号放大处理过程中工作人员可以通过对电阻的调节，以此进行放大倍数的调节，并且芯片的非线性度为40ppm以内，失调电压低于50微安，工作产生的噪声较小，温漂较小等优点[4]。

3.4 数据通信方案

在变压器绝缘套管使用现场进行监测的单元对变压器绝缘套管绝缘性能数据信息的采集和初步处理后，需要现场监测单元设备将采集处理好的数据信息传输至后台的数据库中进行储存，并在显示单元设备上进行数据信息的展示。由于变压器绝缘套管运行的现场环境和通信方式需要根据实际情况进行选择，本文以RS485总线的通信方式作为分析对象，RS485总线是使用差分的方式，这种方式可以很好地抑制共模干扰对数据产生的影响，并且这种通信方式的传输距离较远，最远可以达到3千米的距离，可以达到电厂走线要求的走线距离要求。并且RS485总线通信使用的通信芯片为MAX485ESA通信芯片，这种通信芯片具有工业级的制造标准、稳定的性能以及较大的温度范围等特点，完全可以满足电厂变压器绝缘套管现场监测单元对数据信息进行通信传输的要求[5]。

3.5 软件方案

在完成变压器绝缘套管现场监测单元设备的硬件设计后，需要对变压器绝缘套管在线监测使用的软件流程进行设计。硬件设备得以驱动使用的核心元素便是软件的控制，软件的驱动逻辑也是硬件电路进行运行的基本依据。在变压器绝缘套管现场监测单元进行通电运行后，工作人员应首先对系统进行初始化的复位操作，并对系统内部寄存器以及系统的使用参数进行相应的配置。之后便是进行系统运行的主循环中，等待定时采样时间时变压器绝缘套管现场监测单元传输过来的进行初步采集处理的数据信息，之后对同步信号数据是否到来进行判断，保证变压器绝缘套管现场监测单元的数据信息采集和基准单元信号采集操作是同时触发的，在计算机系统进行数据信息的计算和分析整理后，通过RS485总线将计算分析所得的数据信息传输至后台服务器中，并在显示器上进行数据信息的展示。

4 结语

总之，在人们对电力系统的运行性能要求不断提高背景下，保障变压器绝缘套管绝缘性能的良好情况也成为当下电厂工作人员的重要工作内容。工作人员应加大对变压器绝缘套管中介质损耗在线监测技术的研究，以此实现对其绝缘性能的精准判断。