牵引变压器绝缘在线监测系统下位机系统的设计实现

hansenyao

为解决铁路运输制约经济发展的瓶颈问题，我国在学习消化吸收世界高速铁路先进成熟技术的基础上，提出建设时300-350km档次高速铁路和时速200-250km以客为主兼顾货运档次的高速铁路。这对牵引供电系统和牵引变压器提出了更高的要求，牵引变压器与普通电力变压器相比，其运行环境更加恶劣，要承受经常性的负荷短路冲击，这种冲击产生的积累效应将会造成牵引变压器的过热、放电故障，使绝缘油发生裂解，产生故障气体和水分。

对变压器的绝缘状态进行在线监测，可以判断变压器的运行状况，本文介绍的牵引变压器绝缘在线监测系的下位机系统，和国内外装置相比，具有采集精度高、设计灵活、抗干扰能力强、数据传输安全性高等特点。该下位机系统和适当的上位机分析系统软件相结合，可以用来监测油中单种故障气体（氢气），多种故障气体（最多7种）和油中微水含量。

系统方案设计
牵引变压器内部发生过热性故障、放电故障或内部绝缘受潮时，油和固体绝缘物质会发生老化变质，产生故障气体，其中包括H2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2、CO和CO2,监测变压器中这些故障气体的含量，就可以判断变压器的运行状态。

另外变压器在制作过程中残留的水分以及运行时油纸老化产生的水分会降低局部放电的起始电压和击穿强度，对设备运行构成威胁，严重时还会酿成放电击穿事故，因此对油中水分含量进行在线监测也具有很重要的意义。

对于电力变压器绝缘在线监测系统，在检测油中溶解气体时只采用一个气体回路，回路的末端为一个或多个串联的色谱柱，多个传感器并联接在色谱柱后，分别用于测量不同类型的气体。但牵引变压器油中溶解的各种气体之间的浓度差异比电力变压器中的大，特别是67的浓度差异明显，所以传统方法应用于牵引变压器油中气体监测时，前面分离出来较高浓度的气体（如CO）时，由于传感器的恢复时间不够，将会给后面分离出来的气体的检测带来偏差。为了克服高浓度气体对传感器精度带来的影响，在牵引变压器绝缘在线监测系统中采用了两个独立的气体回路：1号气体回路用来初步检测所有的牵引变压器油中气体，其中浓度较高的H2、CO和CO2的检测结果在首次检测中就可以确定；而浓度较低的CH4、C2H6、C2H4和C2H2的最终检测结果则由2号气体回路做进一步精确的检测后确定。

此外微水传感器可以直接对油气分离单元中的油进行水分含量的检测。从气体传感器和微水传感器出来的信号经过模拟转换开关后分时地进入同一个A/D转换单元完成模拟信号到数字信号的转换。图中的六通阀和针型阀，通过主控制电路的继电器组控制。主控制电路采用C51,CPLD的复合形式。上位机和下位机之间的通信采用RS232和RS485两种方式实现。