变压器油中气在线监测系统的研究.doc

变压器油中气监测系统的研究罗显跃（铜仁供电局贵州铜仁554300）摘要：变压器油中气监测技术通过对绝缘油中溶解气体的测量和分析，实现对大型变压器内部运行状态的监控，能够及时发现和诊断其内部故障, 弥补了实验室色谱分析的不足，为保证变压器的安全经济运行提供了技术支持, 是保证变压器及电网系统安全经济运行的重要手段文章分析了变压器油中气在 线监测系统现状，并探宄了系统设计和控制的策略关键词:变压器油;监测:检测器;数据处理一、变压器油中气监测系统的现状现行的油中溶解气体监测系统采用色 谱分析监测手段，其存在一定的局限性:①试验周期长;②对需要跟踪分析其发展 状况和产气增长速率的大型变压器，不能连续监测安装油中溶解气体监测 装置，通过对绝缘油中溶解气体的测量和分析，可以实现大型变压器内部运行状 态的监控，能够及时发现和诊断其内部故障，随时掌握设备的运行状况，弥 补了试验室色谱分析的不足，为保证变压器的安全经济运行和状态检修提供了技 术支持，是保证变压器及电网系统安全经济运行的重要手段，可以给电力行业带 来经济效益和社会效益由于监测的重要意义，国内外都对此做过大量的研 究开发工作尤其是近几年来，国内外在变压器油监测原理的研宄和装置的 研制方面取得了很大的进展，成熟的油中溶解气体监测仪不断投入使用，对 充油变压器故障气体的监测提供了各种解决方案，大大提高了变压器运行维 护和故障监测水平。

根据国内外技术分析，存在问题主要有:一台色谱监测系统一般只监测 一台变压器，利用率低;受环境因素的影响大，电磁环境、环境温度和湿度等均 有影响，导致了数据的准确性不理想，对变压器可能造成不利影响油路循环系 统，如果密封不好，一是造成漏油，二是可能致使空气渗入变压器，造成设备的 含气量升高，危及变压器安全运行等二、变压器油中气监测系统的研究1、监测系统的总体构架油中气 体监测系统是以一个完整的嵌入式应用系统为核心，结合实际情况和处理器 的功能，选择合适的温度采集模块、系统输入模块(键盘或触摸屏)、显示模块(数 码管或液晶显示屏)、通讯模块(并行总线或现场总线等)一般而言，嵌入式系统 的构架主要由嵌入式处理器、存储器、输入/输出口、相关外设及各类软件组成由于变压器油中气监测装置的研制涉及到分析化学，电子技术和精密机械等 多个学科，因此系统的复杂度较高根据监测系统功能多样，结构复杂的特 点，在软硬件设计上采用模块化设计的方法，以发挥其调试简单、开发周期短的 特点监测系统的总体结构如下图所示:图1监测系统总体结构图2、 监测系统结构设计及控制策略2.1监测系统处理器数字信号处理 (Digital Signal Processor, DSP)具有灵活、精确、抗干扰能力强、设备尺寸小、速度 快、性能稳定和易于升级等优点。

DSP的强大数据处理能力和高运行速度，确保 了 0前大多数设备采用数字技术设计的实现，成为数字化电子世界中tl益重要的 电脑芯片变压器汕中气监测系统采用的是TI公司生产的TMS320LF2407处理器， 具有强化的乘法运算TMS320LF2407芯片内部集成了的串行通信接U(SCI)模块 是一个标准的通用异步接收/发送(DART)通信接口，通信接口冇SCITXD(SCI发送 输出引脚)和SCIRXD(SCI接收输入引脚)2个外部引脚，引脚的信号电平TTL类型当需要和PC机的RS232 口或其他，例如RS422 口通信吋，由于二者的信 号逻辑电平不一致，必须进行信号电平转换2.2检测器及其电路设计监测系统的检测器部分是一种能检测监 测装置流出组分及其变化的器件，被测组分是以气态分子与载气分子相混合从柱 后流出的，肉眼不可能识别因此，必须要有一个装置或方法，将混合气态中的 组分浓度(mg/mL)或质量流量(g/s)变成可测量的电信号，且信号的大小与组分的 量成正比因此检测器通常由两部分组成:传感器和检测电路一个完整的 监测系统必须包含检测器及其相应检测电路2.2.1氧化锆检测器结构设计氧化锆检测器的固体电解质由ZrO2和丫203构 成，呈一端封闭的试管内，管长为90mm，内径为6mm，壁厚为1mm，错管的 内部与空气想通，为参比半电池；外部与待测气体想通，为测量半电池。

整个锆 管插入陶瓷管内，陶瓷管外围加热炉装置氧化锆传感器的信号经下位机初步处 理后由色谱工作站进行数据处理，不需要设计专门的检测电路2.2.2 CO2红外检测器结构设计本检测器选用了 PYS3228TC G2/G20红外气 体传感器和IRL715红外光源PYS3228TC G2/G20红外气体传感器上奋两个滤光 片，其中一个通道只允许CO2分子能够吸收的波长为4.2μm的红外光通过, 所以到达此通道的光强反映了 CO2的浓度;通过另外一个4.00μm滤光片通 道的光强则反映了气室内除了 C02以外其它混合气体的浓度变化情况IRL715 红外光源发出的波长范围为从可见的光波长到4.4Pm,本检测器的气室采用了一 体化设计，气室总长为100mm,具有体积小，抗震性好，抗腐蚀等特点气室的 圆柱型结构和内壁镀膜技术最大程度上减小了光线在传播过程中的损耗，增加了 光强并延长了光程的长度，这就表示红外光在测量过程中将经过更多的气体，得 到更多的信息3、检测系统控制策略3.1温度控制策略B前，应用最广泛的一种温度 控制方法是采用按差值信号的比例(Proportion-积分(Integral)-微分(Differential)进行计算控制量的方法，即PID法。

PID调节式温度控制电路实际上是一种增益 能自动调节的放大电路，动态时放大系数低，有利于系统的稳定性，而静态吋放 大系数高，有利于提高控温精度，提高了控制质量常规的PID控制原理如图 下所示:其表达公式为：其中，u(t)为调节器的输出信号;KP为比例系数;e⑴为差 值信号，e=T-Tset (T:温度测量值，Tset:温度设定值Ti为积分时间常数；Td为 微分时间常数，它是按照偏差的比例、积分和微分组合而成的控制规律3.2吋间控制策略在吋间的设置上，要保证脱气吋间内能获得足够的样气； 同时要合理设置每种样气的分析时间，确保二氧化碳能取得准确的浓度信号，以 及保证色谱分析吋色谱柱中只有两种气体(其中一种为载气)得到相对清晰的谱线 图;最后要有充分的吋间进行吹扫工作，使装置中只充满载气，保证装置下次检 验精度设置时间时也要充分考虑整个装置运行一周期所需时间，保证检测精度 的同吋尽量缩短运行周期以本装置为例，启动后，首先静止600秒，确保载气充满装置，排出杂质 气体;其次根据所选脱气装置设定脱气时间1200秒;然后在吹扫时间600秒内， 样气随载气进入检测器;在分析吋间1200秒期间，获取红外检测器信号和氧化错 检测器信号，并绘制出色谱图。

所以吋间的设定，考虑的因素比较多，以实验具 体需要吋间为准按技术指标规定，监测系统整个运行一周期吋间为2小吋以 内，本课题设计的监测系统完全满足该要求结束语随着电网智能化建设的不断推进，对变压器的监测会越来越重要， 同吋对监测水平的要求也会越来越高但油中气体监测装置发展至今，仍然 存在不少的问题，这一方面要求各个厂家进一步改进和完善生产技术，努力提高 生产水平，使设备质量和稳定性得到更大的提高；另一方面需要各用户努力提高 管理技术水平，加强维护和检査参考文献［1］周爱东换流变压器奋载幵关产生微量乙炔气体的工程计算法［J】. 变压器,2013, 50(10): 10-13J2］胡红红.浅析变压器油中溶解气体监测装置及 其应用［J］.变压器,2013,50(4): 75-78.。