变压器有载分接开关的油质在线检测与油净化装置研究

【摘要】本文重点分析了变电站主变压器油在运行过程中，因内部故障、元器件磨损、消弧以及吸潮等原因，导致变压器油质绝缘强度和耐压程度下降，有针对地对变压器分接开关油室的绝缘油质成份进行在线检测分析和过滤净化，研究设计出了变压器有载分接开关的油质在线检测及油净化装置，能够在变压器正常运行的情况下，实现变压器有载分接开关油的旁路循环净化，有效地去除绝缘油中的游离碳颗粒、金属微粒子等杂质，并可降低油中微量水分，提高绝缘油的击穿电压和使用寿命，可有效延长设备的使用寿命，缩短检修和停电时间，进一步提高设备的安全系数和可靠运行能力。

【关键词】有载分接开关；油质在线检测；净化装置；研究

【中图分类号】TM 【文献标识码】A

【文章编号】1007-4309（2012）08-0086-2.5

当前电力系统变压器分接开关在运行过程中，其主要绝缘介质绝缘油因内部故障、吸潮、消弧等原因，产生了影响设备安全运行的游离碳等颗粒杂质、甲烷等可燃气体以及水分，深入分析了当前变电站使用分接开关频繁调压导致油质量下降，而使设备存在严重的安全隐患，甚至产生设备损坏、跳闸事故等的不良后果，明确本论文所设计的系统需要解决的问题。

一、研究现状及存在问题

目前，不少国内外厂家研究生产真空滤油机，在变压器油质净化的性能上也起到主要作用，但其结构设计复杂、投资金额较大，操作和使用较为麻烦，最重要的是用该装置进行变压器滤油时，设备必须停电，进行离线操作，在当今社会经济高速发展，用电负荷日益增加，工农业生产对电的依赖性越来越大，长时间设备停运，势必影响电力用户的电能供应，所以必须尽量缩短或减少设备的检修期，实施“状态”检修，极力推行在线检测、诊断和预防处理等手段，不仅减少维护和检修量，而且可有效减缓设备的老化程度和降低设备故障率。

当前变压器分接开关油质过滤技术方面存在以下不足：

（一）变压器有载分接开关油质在线检测技术尚不成熟

目前，大多净油装置采用的简单的过滤方式，靠人工或定时操作，现场巡视来检查设备的运行情况，有的利用分接开关辅助接点作为滤油机启动信号，因此缺乏油室中油质的实时检测和分析，对油的颗粒、水分、气体等污染物含量是否超出或符合标准无法判断，造成设备盲目运行。

（二）控制方法简单，缺乏对油质数据的检测和逻辑分析判断功能

不具备对油质数据信息的采集，只是通过简单滤油电机进行油室外旁路循环，迫使变压器油通过除杂和除水过滤器，进行循环过滤，但油质污染物的含量和净化效果，性能指标是否符合安全运行标准，能否保证设备的安全运行，无法得到验证。

（三）净油装置的电气控制部分，只是靠人工操作和定时启动方式实现，不具备智能控制能力

采用简单的接通或断开接点方式进行启动和停止控制电气设备，不能实现对净油装置的自动控制和实时远程监控，装置启动和停止，完全取决于运行人员的工作责任心，极大降低了净油装置使用效率。

（四）油质在线检测与油净化装置没有实现完全统一

当前，一方面研究油质在线检测的工作开展很多，着重点放在变压器油在运行过程中，对产生的颗粒和烃类气体等污染物的分析上，开展了变压器内部故障类型分析判断的研究工作上面；另一方面进行纯粹的油质净化研究工作，不管油质合格与否，只是考虑对油质进行净化过滤。两方面的研究没有统一起来，在线检测油中污染物含量超标时，自动控制油质净化装置，达到及时清理和消除油中杂质目的，即实现油质的实时检测又能有效提高设备运行的安全系数，才是目前需要研究的方向。

二、总体设计方案

变压器有载分接开关的油质在线检测与油净化装置总体系统图如图1所示。该装置包括硬件与软件两大组成部分。从功能来看主要由PLC中央处理模块、检测模块、滤油模块、控制模块、通信模块、人机界面模块与自我保护模块构成。

其工作原理为：

在变压器运行过程中，检测模块利用颗粒、水分、压力、温度等传感器实时采集分接开关油质数据，进行数据归类和整理后，通过A/D模数转换，按照采样频率将采集的模拟量采样值转换成电流或电压的数字量，进入PLC逻辑判断单元，与EEPROM存储单元的数据库预设数值进行比较分析，若测量值大于设定值（标准值），则PLC控制模块发出电机运转、电磁阀开启、数据显示、远程传输等执行指令，变压器油净化装置利用外设旁路循环回路，通过净油电机的动力驱动，带动分接开关油室单向流动，通过出油管道、净油电机、高密度及吸附性强的复合滤芯、进油管道等，对油中悬浮的游离杂质颗粒和水分子进行循环滤除和净化，同时根据压力值，及时发出报警信号，提醒运行人员检查和更换滤芯，保证装置的正常运行，以便得到最佳滤除效果，当油质达到预设数值时，满足合格标准时，PLC控制模块发出停止指令，净油装置停止运行。

气体检测数据只作用信息显示和报警信号（如设定报警值），提醒运行和检修人员设备可能存在安全隐患，提前对设备进行检查，做好事故预想，避免事故扩大引起瓦斯继电器保护动作。

三、硬件设计

本装置硬件设备包括：PLC选型与配置、模拟量输入模块选择、通信功能模块选择、人机界面模块选择以及气体、微水传感器选型及其电路设计、颗粒传感器选型及其电路设计、压力、温度传感器选型及其电路设计、液面传感器选型及其电路设计、净油电机供电及其控制回路设计、电磁阀选型及控制电路设计等。结合现场实际，设备的输入量和控制量，确定采用三菱公司FX2N系列FX2N-48MR，硬件系统如图2所示。

四、软件设计

变压器有载分接开关油质在线检测与油净化装置，由PLC控制模块控制，装置的各处电磁阀通电开启，颗粒、微水（气体）等各类传感器实时采集油质样值，通过A/D模块转换成数字后，PLC控制模块则利用FROM/TO指令读取A/D缓冲存储器数据信息，PLC根据存储器中预设值与油质取样数据进行比较和分析，当采样值大于预设值时，输出执行指令，出口继电器线圈带电，接通净油装置一次电路，装置启动运行，进入循环净化过程，当检测数据小于预设值时，PLC输出停止指令，出口继电器线圈失电，断开净油装置一次电路回路，油净化装置停止运行，控制程序包括：主程序、数据采集程序、油净化控制程序、显示程序、通信程序等。主程序流程框图3所示。

五、装置安装

为保证主变压器设备的安全运行，应在主变设备停电情况下进行，在线净油装置的安装调试及投入运行，其关键技术问题是解决滤油回路无残留空气进入切换油室，无轻瓦斯误发信号和防止油流冲动发生有载分接开关重瓦斯误动跳闸。传感器等检测装置的接入不应导致被检测设备或邻近设备的安全隐患，如绝缘性能降低、密封破坏等；能够承受油箱正常压力，对变压器油进行处理时产生的正压与负压不引起油渗漏；保证密封性，防止采样部分引起的外界水分和空气的渗入。在线净油时回路密封闭合循环，对切换油室而言，出油与进油量相等处于平衡状态，在气体继电器油管回路中没有油量的流动，此时不会形成对气体继电器内部挡板的油流冲动而发生误动作。运行实践证明，当管路中变压器额油额定流量为9L/min时，油流速度稳定，其冲击力不会造成杂质突破滤芯介质，且净油效果良好。

六、效果分析

我们在变电站#1主变有载分接开关上安装了油质在线检测与油净化装置，经过安装调试后装置投入试运行，应用过滤精度5μm，过滤比β≥1000的复合滤芯，该滤芯不仅能过滤净化变压器油，而且能提高绝缘油的耐压强度。将清洁度大于12级的污油进行现场过滤效果试验，过滤持续时间与净化效果如下表所示。

通过一段时间的现场巡视和数据跟踪，设备运行安全稳定，油样抽检预期效果良好，通过前后油样的对比，可以看出净油后油样清澈明亮，油的质量得到了明显改善，取得了良好效果。

七、总结

有载分接开关油质在线监测与油净化装置具有实时检测油中颗粒、水分等污染物的含量，并根据逻辑运算自动启动和停止该装置净化程序，具有在线数据分析、过滤精度高、净化效果明显等优点，并通过气体含量检测提醒运行人员，及时巡视和发现设备缺陷和隐患。利用扩展接口实现各模块之间数据交换，同时具备RS232/485通信接口，并通过数据总线，上传数据至集控和调度中心，实现远程监控，在实际应用和运行中，不受环境和条件限制，具有运行可靠、维护简便等特点。

随着变电站自动化技术不断增强，遥测、遥信、遥调等具备“五遥”功能后，已逐步向无人值守运行模式转变，站内设备的运行状态和工况主要依靠自动化技术手段对设备信息的收集、检测、分析和判断，为集控和调度中心提出准确、实时、可靠的决策依据，在当今大力提倡节能降耗、降本增效、低碳环保的时期要求和社会责任下，将会取得更加显著的经济效益和社会效益。

【参考文献】

[1]日本三菱电机.FX、FX2N系列PLC控制模块、特殊模块使用手册[N].

[2]国家电网公司.Q/GDW 536-2010《变压器油中溶解气体在线监测装置技术规范》[N].

[3]邓妹纯.变压器站净油再生机理研究和净油方案设计[D].硕士学位论文，2010.

[4]刘波，姜丰.基于光声光谱技术的变压器油中溶解气体在线监测[J].华东电力，2010.

[5]中华人民共和国国家经济贸易委员会.DL/T684-1999《大型发电机变压器继电保护整定计算导则》.

【作者简介】邹二平（1973- ）：男，河南武陟人，电气工程硕士研究生，武陟电业局电力工程技术工程师，研究方向：生产运行电力系统及其自动化。