浅析油浸变压器温度在线测量技术
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作者: 苏玎 于学莲
摘要：油浸式变压器的主要结构就是绕组和绝缘结构。油浸式变压器对环境温度具有非常严格的要求，若温度不符合要求将会影响到变压器性能的发挥，过高或过低的温度都会使变压器发生故障。本文以油浸式变压器的温度测量为切入点，阐述了在线技术如何对变压器温度进行监测，以避免因温度过高而造成变压器损坏。
关键词：高压电 油浸式变压器 温度测试 在线测量技术
中图分类号：TM4 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）02（b）-0000-00
变压器是电力系统中必不可少的一部分，其功能的正常运行与否，直接关系到工矿企业的正常生产及人们的正常用电生活，因此，变压器的稳定性与安全性极为重要。油浸式变压器的绝缘结构非常重要，温度如果过高会使得绝缘油纸老化，将会引发绕组的匝间短路，从而使变压器发生故障。
1油浸式变压器
为了能使电能的传输更加有效，发电厂在发电后通常对电流进行加压，进行高压输电。这是因为无论何种材质的电线，其内部都存在着一定的电阻，电流在传输过程中都会有一定的消耗。而具有极小电阻的输电材料，其费用一般都极为昂贵，无法普及使用。因此，电力输送只好采用高压输电方式，通过升高电压来使电流变小，以节省输电材料的成本消耗、降低输电过程中电流的大量损耗。而高压电危险性较高，日常生活会危及到人们的生命安全，为了满足人们的用电需求，必须采用变压器进行降压处理。
油浸式变压器适用于50、60赫兹的交流电，其主要功能是将10kV、6kV或3.5kV的网络电压调配至适合工矿企业以及民用建筑使用的400V或230V母线电压。油浸式变压器在室内外皆可使用，人们日常于电线杆上看到的可能就是容量为315kVA变压器。油浸式变压器对温度的要求较高，其环境温度必须介于-25℃与40℃之间，最高温度为日均30℃、年均20摄氏度。变压器所处环境湿度不得高于90%，所处海拔高度必须低于1km。
油浸式变压器的主要结构有油箱、绕组和绝缘结构。油箱内盛有满满的变压器油，变压器身浸于其中。变压器的核心部件是绕组和铁芯，电流通过绕组进行转变和传输。变压器的绝缘结构是油纸，温度过高会加速油纸的老化进程，绝缘老化将会造成绕组发生匝间短路。
2基本测量方法
2.1直接测量法
直接测量法的操作非常直接，在变压器的绕组内埋入众多的传感器，通过传感器获知变压器的内部温度。这种方法的精确度随埋入点的数量增加而越加精准，但缺点是成本高、维护技术有难度[1]。
2.2光纤光栅法
这种方法是近年来兴起的引起广泛关注的测量方法，其工作原理是利用光纤材料对光线的敏感性，将直射到纤芯的紫外光反射或透射到滤波器上。这种方法的优点是对电磁干扰具有极为强大的抵抗能力，且光线材料可以抵御外部介质的腐蚀，具有非常优良的绝缘性能；缺点是造价成本高，工艺难度高，现场维护难度高，因此难以普及使用。
2.3热模拟测量法
热模拟测量法并非直接的测量，而是通过模拟绕组与变压器油之间的温度差来测量变压器的温升平均值。其工作原理是加热电流流经一个电热元件，产生了附加升温，再使用电流匹配器进行调节，使所升高的温度恰好与绕组油的温差相同。这种方法的缺点是受外界环境影响较大，必须在规定的环境条件下进行测量。并且，这种方法只能模拟平均温升，而无法获知最高温度。另外，电流回路还会增加设备维护的难度，安全措施难以做好。
2.4间接计算法
这种方法需要获知几种变压器其绕组的热点温度，通过套入公式来间接计算需要测量的变压器的温度。这种计算方法的模型有三种，分别基于技术标准、热路和热阻。这种方法的优点是计算结果准确，实用性非常强。
3在线测量技术的优越性
上文中提到，直接测量法成本高昂且结果不精准，光纤光栅法结果精准，但成本高昂，而热模拟法虽然在日德等许多国家都有应用，但理论分析与实际情况有着巨大差别，导致了测量结果的较大偏差。仅间接计算法按照《油浸式变压器负载导则》中提到的计算公式[2]，可以较准确地计算出变压器的热点温度。间接计算法经济实用、操作简便的优越性使其在变压器测温方面得到了广泛应用。由于间接计算法要通过几种变压器来间接获得最终结果，计算过程耗费时间较长，对计算机运算能力要求极高[3]，待结果得出后向有关部门反应，有关部门再派出维护人员进行维修，这使得间接计算法暴露出一个非常明显的缺点――计算复杂、反应不及时。
为此，业界许多研究人员对变压器的温度测量方法进行了深入的研究，目前已经取得了一定的研究成果，制作出一种在线监测仪器。这种仪器基于负载导则，模型依循旧版导则的简单计算公式，受到外界影响的可能非常小，结果的精确度非常高。由于计算公式涉及到的温度是稳态温度，不必考虑不同时间段温度的变化会对最终结果造成影响。在线监测仪器内置GPRS模块，可以与距离较远的变电站实现远程监测与控制。
4在线测量系统
4.1在线测量系统的工作原理
在线测量系统包括上位机、下位机、传感器和变压器本身。电力人员在油浸式变压器内安装在线监测仪器，在线监测仪器包括N个温度传感器，传感器在变压器温度上升时通过下位机中内置的GPRS模块将信息传送至变电站的控制中心，变电站的工作人员通过上位机获得变压器的温变信息，可以及时快速地安排人员前去维护。
下位机的主要部件有温度传感器与单片机处理单元。下位机在变压器上只需安置五个检测点，即可对变压器的底部、油面、顶部、箱体以及环境五处温度进行及时的监测。下位机内置微处理器，与传感器相连，通过液晶屏显示即时温度。五处检测点，有任何一点的温度值超过内置的温度标准，将会引发微处理器发生报警信息。下位机通过内置的GPRS模块将信息传输至变电站内的上位机，上位机内的相关软件通过代码编译，迅速显示出工作人员可以理解的曲线和数据结果，并作出音像报警和故障分析。
4.2硬件
4.2.1下位机
下位机的温度传感器通常为产自美国Dallas公司的DS18-B20半导体，微处理器一般为Atmel公司生产的AT89-S52。这种微处理器的串口可以跨越较远的距离，与GPRS模块进行数据传输。YM-12684液晶屏可以显示温度信息与故障代码。温度传感器通过屏蔽双绞线将温度信号传送至单片机中，鉴于屏蔽双绞线的特性，有效距离最多为50米[4]。
4.2.2GPRS模块
GPRS模块是远距离无线通信的核心，通过TCP/IP协议，数据可以畅通到达终端设备处。
4.3软件
4.3.1通信协议
在线测量系统的通信协议就是上文所提到的TCP/IP协议，AT指令集也能支持。
4.3.2上位机和下位机软件
上位机的软件可以借助GPRS模块查询到来自下位机的变压器温度信息，并显示温变数据、绘制温度曲线、打印温度报表、做出音像报警、记录故障信息、分析故障原因。下位机的软件依托于C语言指令，循环读取各个端口的温度信息，依照内置命令完成监控、报警功能。
5结语
本文对油浸式变压器的工作原理、降温必要性、测温方法做了简单的分析，并以此对油浸式变压器的温度在线测量系统做了分析和阐述，点明其系统结构和工作原理，希望对油浸式变压器温度的在线测量和电力部门的及时抢修提供参考意见。
参考文献：
[1]杨文琛，毕露月.油浸式变压器绕组温度的测量方法研究[J].机电信息，2014（24）
[2]高鹏，杨亚奇，米康民.变压器绕组热点温度在线测量的研究[J].山西电力，2013（02）
[3]邓双渊.油浸式电力变压器热点温度在线监测方法的研究[J].科技创新导报，2011（20）
[4]王绍杰，华泽玺，王丽.油浸式变压器热特性在线监测系统的设计[J].计算机与现代化，2011（08）
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