王文浩，何文林，胡文堂，劉浩軍，劉 黎

（浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州 310014）

隨著國(guó)家電網(wǎng)公司狀態(tài)檢修項(xiàng)目的深入以及浙江省電力公司成為輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)建設(shè)的首批試點(diǎn)單位，越來(lái)越多的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置將在我省掛網(wǎng)運(yùn)行。據(jù)《浙江省電力公司變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)》介紹：預(yù)計(jì)到2015年，設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)將全面覆蓋全省110kV及以上變電站。

在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備的大量投入對(duì)發(fā)現(xiàn)變壓器的潛伏性故障有很大幫助[1-2]，但是在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備測(cè)量結(jié)果的可靠性卻有待檢驗(yàn)。本文介紹利用變壓器仿真技術(shù)，模擬變壓器運(yùn)行過(guò)程中油色譜、局部放電、鐵芯接地電流信號(hào)，以檢測(cè)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備測(cè)量結(jié)果的可靠性。

有關(guān)變壓器狀態(tài)仿真的文獻(xiàn)相對(duì)較少，文獻(xiàn)[3-4]利用油中溶解氣體技術(shù)判斷變壓器的工作狀態(tài)，但卻沒(méi)有驗(yàn)證油中氣體測(cè)試技術(shù)的正確性，一旦在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置的結(jié)果與實(shí)際值產(chǎn)生偏差，其監(jiān)測(cè)結(jié)果的可信度也大大減低。文獻(xiàn)[5]介紹了1種局部放電模型，通過(guò)該模型可以比較在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置監(jiān)測(cè)結(jié)果的可靠性。但是該模型過(guò)于簡(jiǎn)單，采用直接將加熱棒伸到油箱內(nèi)部加熱的形式，必然導(dǎo)致絕緣油的裂解，且在模型中也缺少油中溶解氣體和鐵芯信號(hào)的模型。

本文所介紹的變壓器狀態(tài)仿真模型可為判斷各類(lèi)變壓器在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置的可靠性提供依據(jù)。

1 模型總體結(jié)構(gòu)

模型總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括局部放電油箱、油色譜油箱、循環(huán)加熱模塊和交流電源。

局部放電油箱采用SUS304不銹鋼，外表面噴塑，大小為1000 mm×800 mm×1000 mm。

圖1 模型總體結(jié)構(gòu)示意

油中溶解氣體油箱采用SUS304不銹鋼，外表面噴塑，大小為Φ800 mm×1000 mm。

油箱管道采用不銹鋼管，電磁閥T1，T2，T3，T4，T5采用日本SMC公司產(chǎn)品。通過(guò)合理設(shè)置電磁閥的工作狀態(tài)就可以實(shí)現(xiàn)各個(gè)油箱的單獨(dú)循環(huán)和2個(gè)油箱絕緣油的交互循環(huán)。

2 油中溶解氣體仿真模型

油色譜仿真模型如圖2所示，能夠?qū)崿F(xiàn)氣體配置、加熱循環(huán)、在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置安裝和離線(xiàn)油樣采集以及油中溶解氣體的清洗。

圖2 油中溶解氣體仿真模型

仿真時(shí)關(guān)閉圖1中閥門(mén)T1，T3和T4，利用閥門(mén)T5和T2實(shí)現(xiàn)油中溶解氣體油箱內(nèi)絕緣油的單獨(dú)循環(huán)。

2.1 氣體配置

氣體配置過(guò)程如下：打開(kāi)閥門(mén)T5，T7，T8和T9，關(guān)閉T6和T2，將配置好的氣體從標(biāo)準(zhǔn)氣入口輸入，啟動(dòng)油泵，實(shí)現(xiàn)絕緣油的循環(huán)，等氣體完全溶解于絕緣油中后再關(guān)閉T8和T9，打開(kāi)T2。定量管的大小決定絕緣油中的溶解氣體量。

2.2 加熱循環(huán)模塊

油箱循環(huán)模塊采用有載調(diào)壓分接開(kāi)關(guān)絕緣油在線(xiàn)過(guò)濾系統(tǒng)，內(nèi)部自帶油泵循環(huán)，能夠?qū)崿F(xiàn)絕緣油的循環(huán)并濾除雜質(zhì)。

常用的加熱方式有絕緣油直接加熱和管道加熱，文獻(xiàn)[5]采用直接加熱方式。圖3是直徑為40 cm、內(nèi)徑為15 cm的直接加熱棒的溫度場(chǎng)分布圖，其中油箱中間深入加熱棒，加熱棒溫度為180℃，油箱外表面溫度為25℃。從圖3所示的溫度場(chǎng)分布可以看出，加熱棒附近溫度達(dá)到180℃，而靠近油箱表面的絕緣油附件溫度僅為25℃。因此高溫處絕緣油已經(jīng)發(fā)生裂解，而靠近油箱表面的絕緣油溫卻相對(duì)較低，可見(jiàn)不能采取油箱直接加熱模式。本仿真模型采用油箱管道加熱模式，絕緣油在循環(huán)過(guò)程中被加熱，既可以避免油裂解，又能加速油加熱的過(guò)程。

圖3 加熱棒的溫度場(chǎng)分布

2.3 在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置安裝和離線(xiàn)油樣采集

閥門(mén)T11和T12用于固定油色譜在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置，閥門(mén)T10用于離線(xiàn)油樣采集。

2.4 清洗模塊

絕緣油中氣體清洗過(guò)程：打開(kāi)閥門(mén)T6，T9和T5，關(guān)閉其它閥門(mén)。將標(biāo)準(zhǔn)氮?dú)鈴臉?biāo)準(zhǔn)氣入口輸入，啟動(dòng)油泵，實(shí)現(xiàn)絕緣油的循環(huán)，排出絕緣油中的溶解氣體。

3 局部放電仿真模型

局部放電仿真模型如圖4所示，局部放電油箱頂部伸出2個(gè)絕緣套管，套管外部連接局部放電升壓系統(tǒng)，內(nèi)部采用針對(duì)板結(jié)構(gòu)，針板間距可根據(jù)需要調(diào)整。其中1個(gè)套管連局放離線(xiàn)測(cè)量系統(tǒng)，用于檢測(cè)產(chǎn)生的局部放電量大小。局部放電油箱右下角帶有微水添加功能，可以比較微水含量對(duì)局部放電信號(hào)的影響。局部放電油箱左下角帶有在線(xiàn)監(jiān)測(cè)傳感器的安裝口，油箱內(nèi)部另配有絕緣隔板，可用于比較不同傳輸路徑下在線(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與離線(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

圖4 局放仿真模型

4 鐵芯接地電流仿真模型

鐵芯接地電流仿真模型如圖5所示，模擬鐵芯接地線(xiàn)一端與交流電流源相連，另一端與局部放電油箱中的套管相連，且局部放電油箱相應(yīng)位置帶有在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置安裝固定孔，可用于鐵芯電流在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置的固定。

圖5 鐵芯接地電流仿真模型

交流電流源通過(guò)油箱外殼和套管構(gòu)成回路，且?guī)в袛?shù)據(jù)傳輸功能。通過(guò)對(duì)比電流源的數(shù)據(jù)和鐵芯接地電流傳感器數(shù)據(jù)，就可以判斷在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置的可靠性。

表1 氣體配置范圍和清洗后的氣體含量

5 結(jié)果分析

油中溶解氣體仿真系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)絕緣油中溶解氣體的配置和清洗。其中配置的氣體范圍和清洗后的氣體含量如表1所示。

局部放電仿真模型能夠?qū)崿F(xiàn)局部放電量的模擬，其中放電量控制范圍為50 pC～10000 pC。鐵芯接地電流模型能實(shí)現(xiàn)鐵芯電流的模擬，其中電流范圍為1 mA～10 A。

6 結(jié)語(yǔ)

本文提出一種變壓器狀態(tài)仿真模擬技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)油色譜、局部放電信號(hào)和鐵芯接地電流信號(hào)的模擬，并提供了在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置的安裝接口，為判斷在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置的可靠性打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

[1]李衛(wèi)國(guó)，屠志健.電氣設(shè)備絕緣試驗(yàn)與檢測(cè)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2006.

[2]嚴(yán)璋.電氣絕緣在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2001.

[3]鄭偉，童懷.基于DGA及AGAWNN的電力變壓器故障診斷[J].變壓器，2009，46（4）∶65-69.

[4]徐志鈕，律方成.多神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法在變壓器油色譜故障診斷中的應(yīng)用[J].高壓電器，2005，41（3）∶206-208.

[5]王輝.變壓器油紙絕緣典型局部放電發(fā)展過(guò)程的研究[D].北京：華北電力大學(xué)，2010∶71-100.