刘致远
国网辽宁省电力有限公司辽阳供电公司 111000
摘要：针对电力变压器在线监测系统对数据传输可靠性和实时性的要求，提出了一种基于C8051F020单片机控制的变压器在线监测系统，进行了电源电路及信号调理电路的设计。建立了基于信息融合技术的变压器智能故障诊断模式，将各种特征信息融合后对变压器的故障进行诊断，提高了诊断的可靠性和准确性。
关键词：电力变压器 在线监测 故障诊断 信息融合
电力变压器安全可靠地运行是整个供电系统稳定的基础。若设备出现故障，通常会引起局部的或全部的系统设备停止运行，造成严重的断电事故，并会带来巨大的经济损失。因此为了防止变压器出现故障，采用对变压器状态进行在线监测，来及早发现变压器的潜伏性故障，并及时采取措施对变压器进行维修或更换，便能够有效避免因重大事故的发生而造成不可预计的严重后果。
一、变压器在线监测系统硬件设计
1、变压器在线监测项目主要有局部放电监测。有载分接开关的监测、套管介损因数的监测、负荷电压、电流、功率的因数的监测、绕组温度的监测、油中微水、溶解气体的在线监测。通过这些项目的在线监测对变压器进行全方位的监测，获得有关变压器运行状态较为详细的信息，通过这些特征信息结合变压器故障智能诊断系统判断变压器有无异常。
2、变压器状态在线监测系统硬件结构图。该系统由多通道传感器数据采集、传感器信号预处理、监视现场显示、上位机监测系统网络数据通讯模块以及核心处理器C8051F020 的外围电路组成。通过实时数据采集模块将微水含量传感器、温度传感器以及多路气敏传感器所采集的模拟信号经滤波，进行模拟量与数字量的转换，并将转换后的数字量存储于单片机的存储器中。通过数据初步判断和简单故障诊断处理，将处理结果在监测现场液晶显示屏上简要显示以便现场信息获取和维护管理，同时处理器将实时采集数据、采集日期信息和预处理结果通过网络数据通讯模块上传给上位机的远程监测和智能诊断系统，然后进行详细的记录、分析和故障诊断。
3系统核心处理器。其内有高速的微控制器内核，流水线指令结构，每条指令的执行时间可达 25MIPS；片内 64K 字节的 FLASH 程序存储器，4352 字节内部数据 RAM，64K 字节闪速存储器，4K 字节的内部 XRAM 数据存储器，无须外加 ROM 和 RAM，有利于电路的微型化设计。片内 JTAG 和调试电路，通过 4 线 JTAG 接口可以实现非侵入式、全速的在线系统调试，片内专用看门狗定时器，可保障系统的可靠运行，64个通用 I/O 接口，主要完成人机接口功功能。
二、研究背景及国内外发展现状
1、电力变压器运行状态的好坏直接影响到电网的安全运行。因此对电力变压器进行在线监测，及时掌握设备的运行状态，一直是电力工作者的梦想和追求。电力变压器的在线监测就是通过对有关参数、信号的采集和分析，检出内部的初期故障及其发展趋势，以便生产主管部门立即组织人员进行综合分析，诊断设备的状态，减少损失，避免恶性事故的发生，将传统的定期维护转为状态维护，从而提高电网的安全运行。
2、传统收集变压器在线状态的方法是外观检查理化。高压电气试验和继电保护，这些传统方法属于常规的试验和检测，仅仅能够提供变压器故障或事故后的滞后信息，即在事故过后才能获得状态信息。与现代化状态维护发展趋势不相适应，虽然检测故障方法种类很多，却不能满足对变压器进行实时状态监测的需要。
3、随着变压器现代维护技术的发展在线监测。它打破了以往收集变压器信息的局限性。目前电力系统通过采用对变压器的在线监测，可以随时连续记录各种影响变压器寿命的相关数据，对这些数据的自动化处理可及早发现故障隐患。
4、变压器在线监测技术的优越之处是以微处理技术为核心。具有标准程序软件，可将传感器、数据采集器、通信系统和分析功能组装成一体，弥补了室内常规检测方法和装置的不足。
变压器在线监测技术通过及时捕捉起故障的先兆信息，不仅防止了故障向严重程度的发展，还能够将故障造成的严重后果降到最低程度91。因此变压器在线监测提高了运行可靠性，延缓了维护费用的投入，延长了检修周期和变压器寿命，由此带来的经济效益是非常客观的。
5、故障诊断研究热点。电子设备的故障诊断专家系统已基本完成了研究和试验的阶段，开始进入广泛应用的阶段，尤其在航空航天领域中，可靠性和维修性工程越来越受到重视，迫切需要利用自动故障诊断和维修的专家系统来保障火箭、卫星和导弹试验以及基地飞行试验的安全，现已研制出一些智能诊断系统。
三、变压器监测系统的应用
1、温度监测单元的安装。变压器内部温度监测单元的总体安装方案为：把半导晶体光纤传感器预埋在变压器内部需要监测的热点位置绕组、铁心、顶层油温等)通过法兰盘引到变压器外部。
2、安装传感器需要考虑的问题。1）传感器探头安装位置，光纤半导体探头位于光纤线缆末端，为监测线圈温度，探头应安全的与线圈热点毗邻，当线圈电流突变不会被挤压。综合变压器热点位置分析和安装工艺性得出中压绕组的安装位置为高压侧18饼和19饼之间、高压绕组的安装位置为高压侧14饼和15饼之间的绝缘垫片上。2)传感器何时安装,根据变压器型号可知变压器有低压、中压、高压、调压四个线圈，而且传感器要安装在高压和中压线圈上，所以传感器要在线圈套装时安装。3)传感器探头如何固定将绝缘垫块做成带有豁口的成型垫块，把传感器探头和丹尼松纸用绝缘电工胶固定在一起，然后再把它们用胶粘在成型垫块的开口处。4）传感器在线圈中如何布线，当光纤引出到线圈表面后，用丹尼松纸带把光纤固定在线饼表面，留有一定的松弛裕度。穿过线圈压板为其预留的圆孔后，顺着压板表面引到油箱上的法兰盘，通过法兰盘与外部光纤连接。
3、变压器在线监测油气分离要求。在变压器溶解多种气体检测。油中析取气体是一个重要环节，实现变压器油中多种气体在线监测，油气分离模块必须能在线、自动分离出油中溶解多种气体，并且不对变压器油箱中的油形成污染，另外油气平衡时间相对较短，一般应小于24小时，对于一些变压器运行过程中出现“紧急情况”需要在线监测系统来自动看护，内部故障发展速度较为迅速，还需要在线监测系统油气分离时间达到2小时，甚至更短。另外，油气分离的关键元件使用寿命应能满足在线监测产品正常使用周期，一般情况下应该大于六年。
4、变压器油性能指标在线监测。在变压器运行过程中，如果变压器的油质发生变化且达到一定程度，会使绝缘性能下降危及变压器安全运行。常规监测变压器油质变化的方法也很多，主要是测量油的各项性能指标和油中溶解气体的含量。变压器油性能的在线监测专家系统由数据库、知识库、推理机、知识获取和人机接口等几部分组成。数据库的主要功能是存储并及时提供变压器油质变化的各项指标和历史数据。数据库中的各种指标和信息中还包括对油质的缺陷分析和处理结果，可以为监测维护人员提供详细的油性能数据。知识库用来存储与变压器分析相关的经验和知识。推理机的作用是从数据库中提取数据后再以逻辑方式对油状况进行推理分析。
电力变压器运行状态在线监测系统的稳定性和可靠性对电网的安全、可靠、经济运行具有重要的意义，针对在线监测系统对数据传输可靠性和实时性的要求，并进行了电源电路及信号调理电路的硬件设计。将信息融合技术引入变压器故障诊断系统，有效解决了故障模式与故障特征之间的非线性关系，充分利用各种特征信息对变压器的故障进行诊断，提高了诊断的准确信和可靠性。
参考文献
[1]滕志军,任举,王千春.基于 EDGE 的变压器在线监测系统的设计[J].黑龙江电力 2011,33(1).
[2]钱旭耀.变压器油及相关故障诊断处理技术[M].北京:中国电力出版社,2006.10.
[3]许坤,周建华等.变压器油中溶解气体在线监测技术发展与展望[J].高电压技术.2005,31(2).
[4]程鹏,俘来生,吴广宇等.大型变压器油中溶解气体在线监测技术进展[J].电力自动化设备,2004,24(11).
[5]尚勇,闫春江，严璋,曹俊岭.基于信息融合的大型油浸电力变压器故障诊断[J].中国电机工程学报,2002,22(7).