摘要：海上平台电力系统作为整个油气田的能量传输系统，在海上平台起着极其重要的作用，变压器作为电力系统中的变电设备，是电力系统中重要设备之一，对于无发电机的平台，为其送电的变压器相当于能量源头，作用更是重中之重。在以往的工作中，运行中的变压器只能通过看、听、摸等简单的检查手段进行日常的检查，若想进一步检查只能对变压器进行断电隔离，更不能及时发现运行中的隐患。基于此，本文主要对海上石油平台变压器在线综合监测技术进行分析探讨。
关键词：海上石油平台；变压器；在线综合监测技术；研究
1、前言
随着中海油的不断壮大，对平台电力系统及电气设备的要求也越来越高。电力变压器作为主变压器在平台的应用过程中，其本身故障可能引发较大的生产事故，绝缘的局部放电和局部过热故障是造成变压器故障的主要原因，直接影响平台电力系统安全稳定运行及主变压器状态维修。基于海上平台缺乏主变压器在线监测与故障诊断分析系统，采用局部放电和温度监测作为故障特征量进行故障综合定位和故障预警，将突变理论、自适应滤波和检测阈值自整定技术有机结合，研究开发一套针对海上石油平台主变压器在线综合监测与故障预警系统，智能数据采集单元可实现多单元分布式同步采集，适应海上石油平台情况，安装方便。实现对平台主变压器的在线综合监测、故障预警和故障分析，从而提高平台电力系统安全、可靠运行的水平。
2、变压器在线综合监测
该系统总结几十年局放测量、电参数测量、温度测量及振动测量等领域的现场处理经验，采用最新的传感器技术、信号处理器及计算机等技术手段和算法实现的新一代高性能数字化、智能化和综合化的在线监测与故障预警系统，监测原理如图1所示。
图 1 监测原理
变压器智能化监测单元能监测各种参数，包括：①变压器的低压侧三相电压和电流监测。②变压器的铁心接地电流监测。③变压器的三相绕组热点温度监测。④变压器铁心温度监测。⑤变压器环境温湿度监测，相对湿度传感器精度1%。⑥变压器的局部放电监测。⑦变压器的振动监测等。
3、变压器故障隐患的在线预警
目前国内外关于变压器故障隐患的预警方法主要是基于常规电气参数和振动等信号的阈值预警方法，如英国Doble公司主要通过监测介质损耗进行预警。但关于故障阈值的确定目前是个国际难题，需要进行大量的实验室研究。本项目采用较多的监测参量联合预警，可以通过多参量的协同分析获得综合阈值，然后通过监测和试验积累，采用突变理论进行拐点监测，遇到拐点时进行数据分析，分析其突变信息量，如果突变信息表示其为不可逆突变则认为故障，进行报警。另外，可通过实验室实验获得相关阈值（局部放电和热点温度）后，建立典型故障程度的物元模型，采用可拓诊断方法进行在线预警。
4、系统总体设计
系统构成采用分层分布式结构，分为传感器、现场监测单元和后台机三个层次。现场采集单元负责数据采集，通过现场总线将采集数据传输到后台机，后台机负责对数据进行分析和处理，生成报警数据，同时将数据存储到数据库中。
该系统后台监控管理软件具有在线记录各种数据、趋势图形显示和图形分析功能，还具有各种测量参数波形的实时显示和波形分析等各种功能。具体功能特点如下：
（1）抗干扰能力强，监测数据准确变压器智能化监测单元采用全密封多腔体屏蔽设计，具有极强的电磁兼容性和抗干扰能力；并配有模拟数字混合滤波功能，实现强干扰环境下各种测量参数的在线监测。
（2）提供多种预警计算方法和报警方式变压器监测的报警标准除了其规定的运行条件外，可以采用突变理论进行拐点监测，遇到拐点时进行数据分析，分析其突变信息量，如果突变信息表示其为不可逆突变则认为故障，进行报警。另外，通过实验室实验获得相关阈值（局部放电和热点温度）后，建立典型故障程度的物元模型，作为专家信息输入计算机软件中，采用可拓诊断方法进行在线预警方法。
当各种测量参数超标时，变压器智能化监测单元及时通过各种总线主动向上一级管理设备发出报警信号；同时监测仪内部的报警继电器动作，输出无源触点信号，此时在监测仪的液晶显示器上显示出报警信息；同时后台监控计算机通过无线通信网络向指定的手机发送报警信息。
（3）设备管理方便
站内数台监测设备可独立运行，数据分别记录，也可利用一台计算机通过一条数据通信总线对多台设备统一管理，可随时增加监测装置，由一台后台计算机管理。
（4）存储量大，数据备份方便
数据保存周期不小于10min的情况下，可连续保存数据的时间不小于12个月。并且可随时利用计算机通过CAN总线或RS232/485总线上载数据，进行数据备份。后台数据备份能力超过20年。
（5）强大的变压器运行风险评价和后台管理软件
基于多因子判据建立变压器状态综合评估模型，研究适用于变压器的分层评估诊断信息关联模型和层际联合分析技术，评价变压器的具体运行风险供操作员参考。后台管理软件具备强大的各种测量参数趋势分析功能。各种测量参数，如电压、电流、温度和局部放电信号等，自动保存，并可随时查看分析，还可以随时观察实时波形。通过通信网络实现异地数据传输，进行高压电气设备的远程在线监测、运行分析。
5、监测控制信号
（1）低压侧三相电压值和电流值（电流包含零序电流）
采集电路包括3路电压测量信号和4路电流信号，通过采集这些电压、电流信号并将信号送到智能控制单元，可以有效地监测变压器运行状态，可随时发现变压器短路等故障，帮助监控人员随时处理。该部分可实现的功能：①三相电压和电流有效值、三相电压和电流的谐波总畸变率、三相有功功率、三相无功功率和三相功率因数等参数的输出。②三相电压和电流有效值的趋势图、三相电压和电流的谐波总畸变率趋势图及三相有功功率趋势图等的绘制。③调取历史数据和趋势图。④超过警戒值进行报警。
（2）铁心接地电流，信号采集利用现有接地片
可实现如下功能：①采用电流采集装置，在铁心接地片处采集铁心接地电流信号。②显示电流值和绘制电流的趋势图。③调取历史数据和趋势图。④超过警戒值进行报警。⑤测量精度5%，电流范围1mA～5A。
（3）温湿度控制
利用现有温控器探头测量三相线圈和铁心温度，测温电路实现4路温度测量和1路环境温湿度监测。该部分可实现功能：①在现有温控器功能的基础上增加环境温湿度测量，测温范围－20～200℃，精度±1℃。②实时显示三相线圈的温度值、铁心的温度值和环境温湿度值。③实时显示三相线圈温度、铁心温度和环境温湿度的趋势图。④调取历史数据和趋势图。⑤超过警戒值进行报警。
（4）风机控制
利用智能控制器给出的继电器节点控制风机的起动和停止，在每个风机上预装风量传感器，用于监测风机的状态。该部分可实现功能：①一旦有风机故障，上传报警信号，并标明故障风机。②根据环境温湿度变化趋势增加风机预投功能。
（5）振动监测
利用振动传感器监测变压器零部件的松动等异常情况，该传感器安装位置待试验确定。该部分可实现功能：①将探头检测到的信号送到智能控制单元。②实时显示振动的幅值，振动的加速度等数值。③实时显示振动的幅值，振动的加速度的趋势图，为现场人员判断出故障类型和位置提供依据。④调取历史数据和趋势图。⑤超过警戒值进行报警。
6、结语
变压器在线监测系统的成功实施，丰富了海上平台变压器的监测手段，与平台现有的继电保护、EMS等监控设备相结合，共同为海上平台电力系统的稳定运行保驾护航。
参考文献：
[1]杨献智，章坚.10kV配网开关柜局部放电带电检测应用[J].电力科学与工程，2011，27（6）：71-75.
[2]李军，卞超，吴珺.电力电缆光纤光栅测温在线监测系统[J]，江苏电机工程，2005，24（1）：6-8.
论文作者:金昊
论文发表刊物:《基层建设》2018年第28期
论文发表时间:2018/11/15
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