新型电抗器在线智能监测系统介绍

新型电抗器在线智能监测系统介绍

刘宏领王维令盛雨

国网菏泽供电公司山东菏泽274000

摘要：本文介绍了一种新型的电抗器在线监测系统，从在线监测系统的组成部分、技术特点及应用方面进行了详细讲解，可以有效实现对电抗器运行阶段的重要参数进行检测和故障报警，在电抗器事故萌芽期和发展期发现故障并快速采取应对措施，对电网安全运行具有十分重要的意义。通过对电抗器运行状态长期监测，可以形成地区电网电抗器的状态评价。

关键词：电抗器；在线监测系统；故障报警；技术特点

在各级电网上均使用了数量巨大的电抗器产品，但一直缺乏对电抗器运行状态的监测和故障预警装置。因此对于电抗器运行状态进行监测，在电抗器事故萌芽期和发展期发现故障并快速采取应对措施，对电网安全运行具有十分重要的意义。通过对电抗器运行状态长期监测，可以形成地区电网电抗器的状态评价。

1.电抗器在线监测的研究背景

干式空心电抗器由于包封绕组处于高压侧，而且没有绝缘散热的绝缘油可以有效携带故障信息，因而在线监测必须在高压端实现。在干式空心电抗器发生故障缺陷时，空心电抗器的电感改变量会和外加在电抗器两端部的电源频率同步变化，即同时变大或同时减小。而国内对电抗器绝缘故障的检测理论研究仅包括离线的匝间绝缘检测实验设备[1-2]和故障的软件模拟仿真研究[3]；在非电气测量研究方面，如烟感等，但灵敏度有限，烟雾容易被风吹散[4-5]。难以准确测量。目前，还没有针对干式空心电抗器本体的监测装置。针对上述问题，我们研制开发一种新型电抗器在线监测系统。

2.在线监测系统的组成部分

电抗器智能在线监测系统，包括三大组成部分：感应取能部分、监测系统的硬件部分、监测系统的软件部分；感应取能部分为特制电流互感器感应取能供电装置、前端冲击保护电路和整流滤波电路、DC-DC电路；监测系统的硬件部分为±5V电源、电压电流采样电路、无线通信模块、温度采集模块、GSM模块、主控制单片机MSP430；监测系统的软件部分为下位机采集层软件设计、上位机LABVIEW软件设计。

特制电流互感器感应取能供电装置嵌套在与高压电抗器相连的高压输电线上，感应取能供电装置上的取能线圈输出端连接前端冲击保护电路，前端冲击电路的保护输出端连接整流滤波电路，整流滤波电路的输出端连接DC-DC电路，DC-DC电路的输出连接±5V电源中的7805和7905稳压芯片，从而输出±5V直流电压；电流信号经电流互感器，电压信号经电压互感器，将两路信号接入信号调理电路进行滤波、放大，调理后的信号经A/D转换器的进行两路同步采集得到数字信号，以MSP430单片机作为核心，控制A/D转换器，存放在数据存储器里，最后将所采集的数据通过无线通信模块上传至上位机进行分析，运算，显示和存储等处理。

3.各主要组成部分的技术特点

3.1感应取能部分的技术特点

系统的电源采用自励取能，特制电流互感器感应取能供电装置取能的基本原理是利用法拉第电磁感应定理，通过一个特制的电流互感器从高压输电线路上直接获取能量，再经整流、滤波和稳压提供给后端系统终端使用。在取能线圈上采取增加气隙、引入气隙磁阻的方法，避免了取能铁心线圈在一次侧电流较大时的饱和问题，使得后端电路明显简化，提高了可靠性。该装置体积小，套装在通电导线上，在给高压侧电子装置可靠供能的同时，还可以保证对地的可靠绝缘；前端冲击保护电路和整流滤波电路是用于消除雷击或线路短路问题对后端电路所产生的危害；由于线路电流在用电高峰和低谷时变化很大，因此，根据感应供电方式感应电势变化范围大的特点，直接选用宽输入的DC/DC模块电源。

3.2监测系统硬件部分的技术特点

在线监测系统中的电压电流采样电路分别选取兵字微型精密交流电压互感器TV1013-1H和TA1420-06M兵字电流互感器进行相应数据采样。电流采样电路应用电阻法直接获得采样电压，采集的电压经运放LM725构成的电压跟随器起到隔离的作用，然后再经过积分电路与RC滤波电路输出；电压采样电路采用电阻法直接获得采样电压，经运算放大器LM725隔离，最后经LM725组成的积分电路和RC滤波电路输出。本系统中所述的温度采集模块选用DS18B20芯片对温度进行采集，通过单总线协议依靠一个单线端口通讯；GSM模块采用工业级四频850/900/1800/1900MHz可以低功耗实现数据信息的传输，以便电抗器故障时及时向工作人员发送故障消息；主控制单片机为16bit的MSP430F149片上系统芯片，是一款超低功耗微处理器，待机模式1.6μA，具有唤醒时间短（6μs）、RAM数据掉电保存、双同道串行通信接口、低时钟高速通信以及可进行同步串行通信等优点，适合作为多功能在线监测系统的MCU。

3.3监测系统软件部分的技术特点

系统中的下位机采集层位于高压电容器在线监测系统中，采集层包括各节点电流波形，电压波形，多点温度，采集的数据经MCU处理后汇聚成一数据包，经过CC1110无线传输模块传送给上位机的集中器中。上位机采用Labview作为开发平台，使用图形化编辑语言，开发快捷，集中器将下位机数据通过串口通信将数据发送到电脑中，通过Labview进行数据的解析，并且在前面板进行显示，上位机还能把采集到的电流电压波形保存到Excel中，方便观察和调取，用户可设置电流，电压和温度的警戒值当超过警戒值进行报警。

4.在线监测系统的应用

电抗器在线监测系统经过挂网试运行，得到了良好的效果。可以直接获得电抗器在运行阶段的电压、电流、温度、损耗等各项数据，现场安装，简单方便，易于实施。

5.结束语

新型在线监测系统是集成温度、电抗器端电压、电流信息于一体的多功能系统；针对高压干式空心电抗器在线监测系统，其创新点如下：

1）本系统不但可实时监测配电网末端电抗器外壳温度，而且能够实时监测电抗器端电压与电抗器电流值，并根据检测到数据描绘出温度、电抗器端电压和电抗器电流曲线，同时，利用傅立叶变换计算出电抗器的谐波电压、谐波电流值，且能实现上述信息的存储；

2）在线监测分析软件系统通过后台软件开发出具有良好的人机界面，能够显示在线监测的温度、电流、电压，并对这些数值进行分析判断进而监测高压电抗器的运行状态，并提供预警及反措；

3）因现场无市电，系统供电方式采取了就地取能的方式，本文直接用特殊制作的开合式电流互感器套装在输电线路上取电；

4）实现远程在线监控，做到简单化、集成化、实用化；

5）实现在线非侵入式的检测技术，避免繁琐的布线。

参考文献：

[1]李凯宇，向彬.干式空芯电抗器脉冲振荡电压法匝间绝缘现场检测装置的研制及应用[J].湖北电力，2016（10）：17-21.

[2]江少成，戴瑞海，夏晓波，等.干式空心电抗器匝间绝缘检测原理及试验分析[J].高压电器，2011，47（6）：67-71.

[3]李俊儒，廖立茜，李婧.干式空心串联电抗器非电量监测及保护装置研究[J].电工技术，2016（9）：37-39.

[4]徐林峰.一起干式空心串联电抗器的故障分析[J].电力电容器与无功补偿，2008，29（2）：50-54.

[5]梁景明.10kV干式空心串联电抗器烧毁故障原因及解决方案[J].技术与市场，2016，23（9）：53-54.