简析换流变压器状态监测系统

简析换流变压器状态监测系统
1 换流变压器状态在线监测系统
1.1 系统组成
换流变压器绝缘油油色谱在线监测系统由现场监测单元（色谱数据采集器）、主站单元（数据处理服务器）及监控后台（监控软件、状态监测与预警软件）组成。

现场监测单元，即色谱数据采集器由油样采集单元、油气分离单元、气体检测单元、数据采集单元、现场控制处理单元、通讯控制单元及辅助单元组成。

每一台色谱数据采集器可监测一台换流变压器，其中辅助单元包括置于色谱数据采集器内的载气、接口法兰、油管及通信电缆等。

换流变压器的绝缘油采用循环取样的方式。

主站单元（数据处理服务器）通过RS485/CAN总线或100M以太网控制多台色谱数据采集器。

控后台（监控软件、状态监测与预警软件）提供了基于权限的多级用户管理，实时监测数据、系统报警、历史监测数据查询及显示分析功能。

1.2 接口方式
在线监测系统的接口方式主要有三种方式：第一种是各采集装置之间采用RS485总线接口通信，或者采用光纤接口通信；第二种是各采集装置与主站单元之间采用RS485总线接口通信，或者采用以太网接口通信或者采用光纤接口通信；第三种是监控后台能提供通讯协议转发机制，可以提供如MODBUS Slave通讯规约、IEC61850规约，通讯接口为以太网接口，也可以通过RS485，将在线监测的数据送至站内的监控接口单元。

同时，换流变压器色谱在线监测系统通过硬接线的方式，将系统的报警信号，故障信号送至全站监控系统。

2 换流变压器的检测内容
本文中我们主要讨论直流高压大容量油浸式换流变压器的检测内容。

2.1 换流变故障情况
换流变设备的故障的初期往往是在设备内部发生的，从目前换流站的实际运行情况来看，换流变内部油色谱异常、套管渗漏油、接头发热、介质损耗因数超标、分接开关故障、铁芯故障是主要故障源。

如果仍然沿用定期检测的模式，很可能导
致设备故障的扩大，造成不必要的损失，甚至导致大规模停电事故的产生。

因此，实现对换流变的状态在线监测是必要的，也是今后的发展方向。

2.2 换流变在线监测的范围
根据上述换流变的故障情况以及换流站对状态在线监测的要求，换流变状态的在线监测的范围主要是油中溶解气体及微水监测，储油箱中绝缘油油位、油温监测，绕组温度监测，铁心接地电流监测，套管绝缘监测，局部放电监测，有载调节器（OLTC）状态监测。

确保换流变正常运行的主要部件包括绕组、铁心、绝缘油、冷却器及有载调节器（OLTC）。

因此，监控的关键参数包括油/纸的绝缘（包括绕组和变压器）、负载和运行状态、OLTC故障。

因此状态在线监测的重点也在这些项目上。

2.3 换流变状态在线监测技术分析
2.3.1 油中溶剂气体状态监测。

换流变压器油中溶解气体状态监测装置由油气分离单元、特征氣体检测单元和数据处理与诊断单元三个基本单元组成。

油气分离单元：监测油中溶解气体的状态，变压器中溶解气体状态监测技术的关键是将气体从油中分离，分离油中的气体通常用高分子膜分离。

当设备发生故障时，绝缘油的碳氢化合物通过化学反应形成烃类气体，分解出的气体不断在绝缘油中溶解并扩散。

故障的类型及其严重程度与故障气体的组成和含量有很大的联系。

设备内部故障和监视设备运行状况的判断是通过分析导出气体来实现的，在充油电气设备安全运行中，这已经成为一种非常重要的手段。

2.3.2 绝缘油高度和温度状态监测。

一般情况下，换流变压器内的绝缘油在运行过程中会发生分解。

某些C-H键和C-C键在电或热故障时会断裂，少量活泼的氢原子和不稳定的碳氢化合物自由基随着而生成，这些自由基是CH3*和CH2*CH*。

通过复杂的化学反应这些氢原子或者自由基能重新化合成氢气和低分子烃类气体（如甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等）。

故障刚发生时形成的气体在油中溶解，故障能量较大时能聚集成自由气体。

油箱内压力增大是因气体溢出引起的，而油面下降可能是因气体溢出引起的，也可能因油箱损坏引起的。

减少绝缘油，即参与换流变压器内油循环降温的物质减少，换流变压器内温度升高，加快绝缘性能降低，因此需要监测油箱内绝缘油的油面高度。

2.3.3 绕组温度状态监测。

在换流变压器运行时，本体钢构件、铁心、绕组均要产生损耗，损耗转变为热量向周围介质中发散，致使换流变压器整体发热和温度升高。

当绕组及铁心温度与绝缘油温度有一点的温差时，绝缘油的一部分热量是通过热传递从绕组及铁心温度得来的，从而使油温升高。

通过散热器循环，绝缘油将自身的热量传递给外部空气介质。

绕组、铁心和油的温度经过循环后大致相近并趋于平衡状态。

此时，换流变压器本体钢构件、铁心、绕组热量散发、温度降低，设备运行达到稳定。

一般来讲，换流变压器内部各部件的温度由所产生的损耗决定，绝缘油最低，铁芯略高，绕组最高。

3 换流变状态在线监测的应用和建议
从上文中可以看到，换流变状态在线监测与诊断技术近年来受到了高度重视，在各个方面的检测技术均有了很大的进步，也开发出了各种监测技术。

但是对于局部放电、绕组变形、振动频谱等的状态监测，仍需要加大研发力度，以满足变压器状态监测和状态检修的要求。

换流变状态监测技术应用比较及建议见表1。

参考文献
[1] 陈振生.SF6气体的密度、水分及泄露在线监测方法
[J].华通技术，2006，3（6）.
[2] 卓伟光.电力系统变电设备在线监测系统[D].广西大学，2006.
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