摘要：随着我国电力事业的快速发展，国家正在大力开展智能电网的研发工作。在这样的时代背景下，实现变压器运行的智能化是电力行业发展的大势所趋。为了保证变压器的顺利运行，设计并研发变压器故障在线监测系统能够帮助电力工作者对变压器的运行状态进行监测，及时排除变压器的故障，具有极为重要的现实意义。
关键词：变压器；变压器故障在线监测系统；设计
引言
电力变压器一旦发生故障，将给电网带来严重的影响。本文综合分析变压器运行中的关键参数，构建了电力变压器智能在线监测与故障诊断系统。该系统能够在线监测变压器运行中的实时状态参数，及时诊断出变压器故障类型和严重程度，具有很好的诊断效果。
1变压器故障在线监测系统的重要性
传统的电力工作中，一般采用预防性试验检查变压器中的故障，然而随着电力行业的发展，这种方法的不足之处逐渐暴露出来。进行预防性试验时，电力设备必须停止运行，并且试验时变压器中的电压要小于电力系统正常运行时的电压，无法反映出电力系统运行过程中变压器的实际状态，不仅如此，预防性维修需要投入大量的成本，电力设备停止运行还会影响电力系统的正常供电，进而影响到居民的正常用电，给电力企业的经济效益带来严重的损失。随着我国社会经济的迅猛发展，电力用户对于电力企业供电的质量要求日渐提高，因此，设计并研发变压器故障在线监测系统，是提升变压器运行过程稳定性以及经济性的必要手段。
2变压器在线监测与故障诊断方法
当前，我国变电站电气装置的情况检查工作依据《电气设备预防性试验规程》的指示按时来做预防性实验。当前对电力变压器在线监测的内容主要包含有如下的五个方面，它们分别是：油中溶解气体监测、局部放电监测、铁芯接地电流监测、油中微水量的监测、油温热点监测。
所谓变压器故障诊断就是依据电力变压器在工作过程中故障时表现出的异常特征，工作人员利用专业知识来诊断出具体的故障类别和发生部位。根据前面对变压器故障与油中溶解气体关系的分析可以知道，通过对油中含有气体的组成及含量的监测分析，可以对故障的情况做出正确的诊断。这种诊断方法已经广泛应用到工程实践当中，并取得了理想的效果。基于变压器油中溶解气体的故障诊断方法主要涉及到三个方面：判断是否有故障发生、预测故障的严重程度以及判断故障的类型。
3变压器故障在线监测系统的设计与研发
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图1变压器油色谱及微水在线监测系统装置
3.1系统架构设计
变压器故障在线监测系统主要由两个部分组成，分别是上位机以及下位机。下位机是直接控制设备获取设备状况的计算机，主要负责收集信息数据，经过初步处理后传输给上位机，能够实现电阻的自动投切；上位机指的是可以直接发出操控命令的计算机，负责存储下位机收集的数据信息，并进行全面的分析处理，通过各类信号变化将变压器的运行状况直接反映给电力工作人员。变压器故障在线监测系统的下位机主要包含四个模块，分别是通信模块、最大传输单元（MTU）控制模块、投切模块以及地线电流采集模块，一般情况下，下位机安装在变压器附近，从而能够随时采集变压器铁芯中的电信号，并将其转化为数字信号，对采集到的数据进行实时存储，同时，下位机能够借助控制固态继电器实现变压器的电阻自动投切功能。变压器故障在线监测系统中的上位机之间借助RS485电缆进行连接，系统中每一台上位机都能够同时进行多台下位机的操控，在收集下位机中的数据并进行分析的同时，上位机能够通过全球移动通信系统（GSM）模块对变压器运行过程中的各类情况以短信息的方式发送给电力工作人员，使得工作人员能够及时掌握变压器的异常。
3.2系统硬件设计及功能实现
变压器故障在线监测系统的硬件分为多个功能模块，分别负责数据采集、变压器运行现场的监控显示、传感器信号的预处理，除此之外还有变压器故障在线监测系统上位机中的网络数据通信模块和外围电路。硬件系统中的数据采集模块主要负责将系统中的传感器收集到的模拟信号经过一系列的处理转换为数字信号，将经过转换的数字信号储存在系统内，经初步的分析判断之后得出变压器故障的具体内容并进行简单的处理。
与此同时，系统能够对传感器采集到的数据信息、日期、分析结果等内容传输，借助于上位机中的网络数据通信模块发送给监测中心，以便电力工作人员进行变压器故障的分析与处理工作，并对工作内容进行记录。变压器故障在线监测系统可以选择C8051F020单片机作为核心处理器，这是美国CYGNAL公司生产的一种高速、高性能的混合信号处理单片机，与传统的51系列单片机相比较，C8051F020单片机的功能更加丰富，运行过程中的可靠性与速度也有着明显的提升，对变压器故障在线监测系统的硬件设计起到了很好的辅助作用。
3.3系统软件设计及其功能实现
变压器故障在线监测系统使用的是美国微软公司开发的MicrosoftWindows操作系统以及MicrosoftVisualStudio2010开发工具，使用的计算机语言为C语言。图2为变压器故障在线监测系统的结构示意图。
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图2变压器故障在线监测系统的结构示意图
4电力变压器故障检测的发展
科技不断进步，变压器故障检测技术也不断更新。为了保证检测技术的安全性、便捷性及准确性，变压器故障检测会逐渐实现智能化和自动化。人工智能的研究主要是通过计算机技术的应用，替代传统需要人工操作的工作。人工智能的发展有利于社会发展状态的转变以及人们生活方式、工作方式的创新，使传统机械化的工作模式被人工智能模式取代。
目前，国内外对人工智能应用的研究有了进一步的发展，所以变压器故障检测也会逐渐向人工智能方面发展，如专家系统或者神经网络等。例如，专家系统是人工智能中应用比较广泛的一种技术形式。通过专家经验对故障情况进行诊断和分析，并对故障以及原因间的规则进行判断，以确定故障出现的具体位置和原因。通过专家系统的应用，提升了电力变压器的检测效果，同时节省人力、物力，但是如果变压器的故障不在专家系统的经验范围内，那么智能技术将无法解决故障，还是需要依赖于人工。
虽然智能技术本身具有非常强的优势，在一定程度上可以替代人工，但是任何一种技术都不是万能的，都存在一定的限制，必须要对这些方式进行优化，通过取长补短的方式结合应用或者选择性的应用，才能够保证变压器故障的有效检测。
结语
电力变压器是电力系统中非常重要的装置，一旦发生故障，将给电网的正常运行带来严重的影响，因此，及时发现并排除电力变压器的潜在故障就显得极为重要。电力是国家发展赖以生存的基础，变压器作为电力系统中的重要组成部分，其故障监测工作是保证电力系统安全稳定运行的关键环节。因此，电力企业必须予以高度的重视，大力开展变压器故障在线监测系统的设计与研发工作，推动智能化电网的发展，为我国的现代化建设提供更加优质的服务。
参考文献：
[1]万季青.变压器在线监测与故障诊断系统设计[D].湖北工业大学，2018.
[2]沈传洲.变压器在线监测与故障智能诊断系统的设计[D].大连理工大学，2018.
论文作者:李永财
论文发表刊物:《基层建设》2019年第28期
论文发表时间:2020/1/18
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