一种变压器真空注油自动控制装置的应用

胡夏龙，周晓东，杜 巍，李 超

（国能大渡河检修安装有限公司，四川 乐山 614900）

随着电力行业的不断发展，大量的高压变压器应用于电力系统中，为社会电力供应提供保障，但也给检修维护增大了难度，特别是在变压器内部故障时，需要排油完成故障处理后，再按照检修标准进行注油，其中抽真空注油过程要求尤为严格。传统注油人为把控，不能做到准确定量。通过多年变压器检修经验总结，我们尝试通过自动控制装置对整个流程进行全面控制，实现变压器真空注油自动控制过程，以此达到严控工艺水平，精准注油，化繁为简，去人工干预的目的。

1 传统真空注油方法

在传统变压器真空注油[2]主要分为3阶段进行，抽真空检漏阶段、抽真空注油阶段和注油后油位调整阶段。通过真空泵对变压器抽真空，在真空度满足达到要求时，停止抽真空，关闭阀门，对变压器进行保压检漏试验，观察其30 min和90 min时的真空度差值是否满足要求。试验通过后继续抽真空对变压器进行抽真空注油[3]，通过人员观察油位计指示情况来完成变压器的注油。再关闭油枕顶部平衡阀，破坏胶囊内侧真空，待热油温度降至环境温度后，再根据获得的真实油位多排少注，使油枕油位满足油位温度曲线，最后再次抽真空，将变压器内部残余空气抽出后，关闭平衡阀，破坏胶囊内侧真空，完成真空注油。

2 传统真空注油存在的问题

传统真空注油工艺因为主要由人为进行把控，存在许多不确定因素，主要有以下4个方面的问题：

（1）因为油罐内的热油油温较注入油液前的变压器本体上的温度高，注入到变压器内的热油冷却后，注入变压器中的注油量与实际注油量存在误差。

（2）抽真空过程中，因为人工把关保压检漏试验，存在人员可能降低标准的情况，影响设备检修质量，为设备的安全运行埋下隐患，注油后存在渗漏的可能。

（3）传统变压器真空注油过程中，采用人员观察油位计指示情况来确定注油量的多少，使得注油量不能够得到准确地控制，导致变压器油枕内的油位与油位曲线不相符，变压器注油过多或者过少，均将严重地影响到变压器的检修进程，甚至影响到变压器的性能，造成极大安全隐患和经济损失。

（4）整个抽真空及注油过程中，时间长，人员参与多，导致耗费大量人力物力，影响我们现场生产效率。

3 变压器真空注油自动控制装置组成

变压器真空注油自动控制装置，包括检测单元、控制单元和执行单元。检测单元主要是对变压器真空度的检测、瓦斯继电器处油流信号情况、注油时油温的测量及对流量的测算统计，采集时时数据为后续分析计算提供数据支持；控制单元作为核心部件，主要是对注油条件的判断及注油量的准确计算控制；执行单元主要是滤油机和电动阀，实现变压器注油时开关。

检测单元有真空表计、流量计、信号继电器和温度传感器，并将测得的时时数据传输给控制单元。

控制单元由单片机及其它元器件组成，实现对采集的数据进行分析判断，自主决定下一步工作。

执行单元即滤油机和电动阀，执行控制单元指令，实现注油的开启和关闭功能。

该变压器真空注油自动控制装置将原有的一系列工作统一调令，有效的实现了变压器的保压试验，注油前的各项检测工作，确保了注油的工艺水平，并准确的实现变压器注油量的控制，实用性强、安全可靠。此外该装置整合现有资源，设计合理、造价低廉、制作加工方便。

4 变压器真空注油自动控制装置介绍

4.1 变压器真空注油自动控制装置工作流程

变压器真空注油自动控制装置工作主要分为3个步骤。分别为变压器抽真空、变压器保压检漏试验和变压器真空注油。

（1）变压器抽真空：参照图1，真空泵5接变压器呼吸器管道3，对变压器1和油枕2进行抽真空，并将实时数据通过数据传输线13传递给单片机系统8。单片机系统8对采集的数据分析判断变压器1真空度满足要求（小于133 Pa）后，停止真空泵。

图1 注油自动控制装置实际应用示意图

（2）变压器保压检漏试验：开始进行保压试验（即采集停泵1 h时的真空度P1，1 h 30 min时的真空度P2，当P2-P1＜40 Pa时，判断为保压试验合格，开始进行真空注油;当保压试验未通过时，提醒人员检查密封，并重新进行抽真空，并按照前面要求继续做保压试验至通过）。

（3）变压器真空注油：保压试验通过后，单片机系统8重新通过控制电缆14启动真空泵5，开启电动阀10，启动滤油机6，将油罐7中合格的变压器油注至变压器1内。同时，单片机系统8开始通过油流计11计算注油量，当油位到达压力信号传感器4时，单片机系统8计算出本体油量注入量V1,继续通过油流计11重新计算注油量V2，当注油量V2达到设定值时（设定值依据已知数据、测量数据及油的温度膨胀系数建立的数据模型推导计算出），单片机系统8将通过控制电缆关闭电动阀10，停止滤油机6。真空泵5继续抽真空，由单片机系统8判断真空度小于133 Pa后，停止真空泵，并提醒人员关闭呼吸器处阀门9。

4.2 变压器真空注油自动控制装置工作流程

参照图2：首先对变压器抽真空，当真空度数值小于133 Pa后，进行保试验，即1 h时的真空度P1，1 h 30 min时的真空度P2，当P2-P1＜40 Pa时即判断为保压试验通过，可以进行下一步工作，否则需要对变压器各处密封进行检查，处理再次抽真空后继续进行保压保压试验至到通过。试验合格后，通过滤油机对变压器进行真空注油至设定值。当注油量满足要求时，停止滤油机，关闭进油阀，继续对变压器抽真空至真空度数值小于133 Pa。最后关闭真空泵处阀门，进行其它工作。

图2 注油自动控制装置工作流程图

4.3 电路结构情况及工作原理说明：

4.3.1 单片机系统主要电器元件

单片机系统主要电器元件包括：STC89C52RC单片机芯片[4]，LCD1602字符型液晶显示屏，PS/2键盘，继电器控制电路1、2、3，DS1302时钟电路模块[5]，5路A/D转换信号输入端，DS18B20温度传感器。其作为该装置“大脑”，实现了数据采集转化、数据分析处理、输出信号等功能。

4.3.2 电路原理结构图

图3 注油自动控制装置电路原理图

4.3.3 电路接线图

图4 注油自动控制装置电路接线图

4.3.4 电路主要元件选型说明：

（1）真空表计：ZDZ52T型智能电阻真空计。该真空机电源采用高档模块电源，硬件采用模块化结构设计及EMI抑制、WATCHDOG电路，软件采用冗余、陷阱、数字滤波等抗干扰技术，提高了仪器的抗干扰能力及整机性能，该仪器具有很高的可靠性，可在恶劣的工业环境下使用。

（2）超声波流量计:RRD-2000F-2-8-DN50-2型一体外夹式超声波流量计。主传感器安装在测量管道上，与传统流量计相比，它无需断管断流，安装方便快捷，真正实现了无损安装。

（3）压力信号传感器：沃尔克 PLS经济型压力变送器。其作为气液体压力变送器，内置进口陶瓷压阻或扩散硅式传感器。适用于与接触部分材质兼容的气体和液体介质。可以测量表压、绝压和负压。选用抗腐蚀的陶瓷压力传感器没有液体的传递，压力直接作用在陶瓷膜片的前面，使膜片产生微小的形变，厚膜电阻印刷在陶瓷膜片的背面，连接成一个惠斯登电桥（闭桥），由于压敏电阻的压阻效应，使电桥产生一个与压力成正比的高度线性、与激励电压也成正比的电压信号，标准的信号根据压力量程的不同标定为2.0/3.0 /3.3mV/V ，可以和应变式传感器相兼容。

（4）继电器型号：HUIKE HK4100F-DC5V-SHC（集成于单片机系统）。

（5）交流接触器1：耐德三极交流接触器 D型接触 LC1D系列32A AC380 V。

（6）交流接触器2：耐德三极交流接触器 D型接触 LC1D系列32A AC380 V。

（7）交流接触器3：耐德三极交流接触器 D型接触 LC1D系列95A AC380 V。

（8）测温元件：DS18B20温度传感器。其采用美国DALLAS公司生产的 DS18B20可组网数字温度传感器芯片封装而成，具有耐磨耐碰，体积小，使用方便，适用于各种设备数字测温和控制领域。

4.4 变压器真空注油自动控制模型

注油量的设定值V的数学模型推导：将已知值和测量值,通过数学模型的推导，计算出设定值V。

（1）已知量：

1）变压器油的密度g为0.9（kg/L）；

2）变压器总油重G（铭牌）；

3）变压器油体积膨胀系数a为0.000 733。

（2）测量值：

1）环境温度T1（单片机模板直接测量出的结果）；

2）注油温度T2（测量出的结果）；

3）变压器本体注入量V1（由流量计计算得来）。

（3）变量值：变压器油体积补偿参数f为a[T-（-30）]

（4）计算设定值：

1）本体注入量V1实际需要注入量：V3=V1×[a（T2-T1）+1]

2）油枕环境温度时注入量：V4=G/g×a[T1-（-30）]

3）油枕实际需要注入量：V5=V4×[a（T2-T1）+1]

4）真空注油实际需要注入量：V=V3+V5

由V1+V2=V3+V5

即V1+V2=V1×[a（T2-T1）+1]+V4×[a（T2-T1）+1]

即V2=V1×a（T2-T1）+V4×[a（T2-T1）+1]

V2=V1×a（T2-T1）+{G/g×a[T1-（-30）]} ×[a（T2-T1）+1]

即当V2的设定值达到以上值时，即满足停止注油条件。

5 结束语

变压器真空注油自动控制装置能够实现变压器抽真空保压检漏试验的严格把控，也能够实现变压器准确注油。既保证了变压器检修质量，也避免变压器油因为过多过少导致增加大量工作。

通过对一种变压器真空注油自动控制装置的深入分析，从结构组成、工作原理、控制模型等多方面进行了深入分析介绍。通过该装置能够提高工作效率。