摘要：本文设计了一套应用于变压器备用油管理的控制与监控系统，系统包括油箱、数字式油位计、滤油机、监控平台、通信装置、设备终端几个部分。通过该系统实现了对油质、油品的远程监控，并可远程控制滤油机滤油，提高了备用油管理的效率。
关键词：自动化；监控系统；备用油
充足的电力供应是国家一切现代化建设和发展的基础。随着工业、农业和军事领域自动化应用程度的不断提高，人们对电力的需求和高效率输电的需求也急剧上涨，电力技术也随之迎来了一个又一个迅猛的发展。电力变压器作为电压等级调整、能量输送和潮流控制的核心设备，是电能输送中不可替代的一员。因此，电力变压器的稳定、高效、安全和长久的运行必然是电力系统安全运行过程中不可忽视的因素。
对于正常运行的变压器来说，变压器油位、油质是我们重点关注的参数。对于油位而言，东莞地区变电站巡维中心的监控室只能采集到高油位和低油位的报警信号。当工作人员想了解变压器的油位数值时，必须到现场观看油位计指针的位置，观看即不方便，又存在视觉误差，不能准确反映变压器内的实际油位。油质信息的获取是要在一定的时间周期点，派专人到现场对变压器油进行采样，并将样品送到试验所对油质进行检验。一方面，这种方法无法做到实时准确地获取变压器油质信息，所获信息都是滞后的。在采样周期中，变压器的油劣化无法及时的被发现，很有可能导致严重事故产生。另一方面，当油质不合格时，还需要专业人员到现场对变压器进行滤油处理。广东地区气候潮湿，东莞整体用电负荷较重，多台主变属于高负荷运行，工作条件较为恶劣，油质劣化相对普遍，滤油工作也比较频繁。滤油工作需要工作人员全程在现场操作，这就造成了大量的人力物力被占用。
1.目的和意义
目前，本单位备用油的储油量是3吨，每次补充油量相当大。补充备用油后均需人员到现场手动操作滤油，并且全程在场监控，占用了大量的人力物力。尤其在最近几年，变压器油的需求量不断增加，油务整理任务也更加繁重。据统计2015、2016两年间，我所共消耗变压器油40吨左右，为此班组共花费42天进行油务管理，出动检修人员总计131人次，耗费了大量的资源。另一方面，即使滤油后油品检测各方面参数都合格，但油品在长时间存放的过程中，仍然会存在油箱密封不严或者金属中水气析出造成油品劣化的可能。在现有的管理方式下，取用变压器油前并不再检测其油质，这就造成了变压器检修中有可能使用不合格的油，为设备安全运行留下隐患。
由于储存有大量的备用变压器油，变压器油燃点约为350℃~400℃，易被引燃诱发火灾。一旦发生火灾事故，如不能及时控制火情，将会对边站电力设施及周边居民人身安全构成严重威胁。因此，也有必要在现有油库的基础上增设一套视频监控与消防系统。
2.方法和技术
2.1 系统设计的原则
2.1.1 简洁、可靠、易操作
由于本系统面向广大基层检修员工，需要操作简洁、容易上手、能够提高工作效率。此外该系统应该满足油库管理的一些基本功能。主要包括：
1、实现油库储油箱油位数据以及油质数据的数字化采集及过滤，并可将过滤后的数据远程传送到相应的设备终端。滤油机可根据设置的运行方式，自动或由工作人员远程手动启动滤油。
2、在油库增设视频监控与消防系统。通过视屏监控，工作人员可以及时发现油库现场的异常，并派专人处理。消防系统则能在出现火情时迅速响应，启动紧急灭火装置，并将火灾报警信号传送到设备终端，保障油库的安全。
图1
2.1.2 可扩展性
本系统需要实现对备用油的全面自动的管理，在完整实现现有需求的基础上也要兼顾未来对功能进行扩充的便利性。在现场布置一块可编程PLC器件，各个设备通过PLC提供的接口与其相连，增加新的功能模块时只需更新PLC的软件即可。
2.1.3 安全性
系统设计中还必须考虑到安全性问题。员工需凭借自己的手机号和基本信息才可进行注册，并对不同的用户分配一定的权限，实行按权限对系统进行管理。不同权限可以进行的操作不同。例如:最高权限下可对系统的工作方式进行调整，基本的权限只能在系统上查看数据。
2.2 结构
整个系统的结构如图1所示：
基本的工作原理是：通过在备用油油箱装设数字式油位计以及油质在线监测装置采集油位油质数据。设置在现场的监控平台则对采集到的数据进行过滤处理，当满足滤油条件时，根据所设置的启动方式，手动或自动启动滤油机滤油。同时，监控平台还可通过网络将监测数据传输到终端设备，终端设备上安装相应的监控软件，检修人员可通过软件设置滤油机启动方式或查看储存备用油的情况。
2.3 关键技术
2.3.1 新型数字式变压器油位计
新型油位计较现有的传统指针式油位计应具有输出连续表示油位的模拟或数字信号的能力。同时，能将采样得到的油位信号远距离传输到变电站主控室中。
针对以上需求，设计中采用了电容式油位计。电容式油位计在汽车油箱中已经有了广泛的应用，技术也相对成熟。其原理是：采用电容式结构的传感头, 其电容量随油位变化, 通过电容-电压变换线路线性地转换成电压信号。其相较传统油位计而言具有精确度高、反应灵敏、稳定可靠等一系列优点。同时，采样得到的电压信号可以直接通过电缆传送到变电站主控室中，结构简单，大大简化了系统的复杂程度。
2.3.2 监控平台
上位机监控平台使用台式计算机，安装开发的系统软件，以及配套的其他软件工具，实现如下的功能：
1、建立安全通道后，总控室可指定需要连接的远程PLC，使用兼容STEP7PLC的编程软件，实现对远程现场的PLC进行编程、维护及诊断。
2、远程实时的查看指定某个现场各种模拟数据的显示；
3、远程实时的查看现场的DI和DO开关量状态，并且能根据现场情况，手动远程控制DO的输出。
4、可以使用手机登录到工控机平台，使用监控平台软件，对指定现场的PLC运行状态进行监控。
5、随时随地，安全稳定的接入到现场，进行智控领域的无线远程调试与维护，建立跨区域的工业级物联，真正实现从设备层到信息层的工业网络平台。
2.3.3 通讯连接
使用GPRS DTU连接现场的PLC的PPI通讯口。监控系统软件专门针对西门子200PLC进行开发，使用标准的西门子200的PPI通讯协议和现场的PLC进行通讯，采集和控制现场PLC的运行状态，提高了系统的稳定性和运行的高效性。平时现场的GPR DTU都处于等待状态，在需要采集某个现场的PLC数据时，可通过电话拨号或者发送短信的方式激活现场的GPRS DTU 使现场的PLC主动连接到控制室，从而实现对现场数据的采集，这样最大的节约了GPRS数据流量。而且，整个操作无需复杂设置，几分钟即可完成远程通讯，调试简易化。同时，通讯系统支持TCP/IP、UDP、TELNET、FTP、HTTP等完善的网络协议，建立专用安全通讯，让数据传输更稳定，安全。
2.3.4 监控终端
监控终端软件安装在单位配备的个人电脑，以及员工的个人手机中。整个系统配置灵活，一台电脑监控多台设备实时的连接，也可在需要查看时才连接设备（可通过通讯配置下的GPRS、DTU，选择监控不同的设备）。实时监控的条件下，系统可监控控制器实时数据，信号点状态，实际输出状态、所有的DI,DO型号状况，并控制。并可远程程序控制、停止、运行。
3.总结
采用备用油自动化管理系统后，检修人员可以直接通过终端设备控制滤油机启停，不必再到现场进行频繁又重复的滤油操作，可大大节省油务整理的工作时间，提高工作效率。同时，油位、油质数据的在线实时监测有利于检修人员随时掌握备用油的状态，及时采取相应措施，有效地避免了在取用变压器油时油量不足或油质不合格等情况。增加视频监控系统及消防系统则能够及时发现现场出现的异常及隐患，保障设备安全，防范事故的发生。综合来看，备用油自动化管理系统与监控系统即提高了工作效率、节省了工作成本，又保证了工作完成得质量及设备的安全性，有着积极地实用价值和较大的潜在经济效益。
参考文献
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论文作者:罗红东
论文发表刊物:《电力设备》2018年第17期
论文发表时间:2018/11/11
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