油浸式电流互感器油位监测系统设计

文/夏永平 王明

1 引言

油浸式电流互感器是电力系统的主要设备之一，在电力系统中起着举足轻重的作用。油浸式电流互感器作为变压器重要附件之一，其可靠性直接影响变压器的安全运行。2017年新疆电网发生了三起750千伏高压套管故障异常事件，由于发现及时，未造成重大电网事故，否则后果不堪设想。因此，开展油浸式电流互感器状态在线监测迫在眉睫。由于油浸式电流互感器结构的特殊性，目前针对油浸式电流互感器的有效带电检测或在线监测手段几乎没有，如能采取一种简单有效的在线监测方式在油浸式电流互感器故障前及时发现缺陷，并采取有效措施，将能避免重大事故的发生。当油浸式电流互感器内部压力超出一定限值时发出报警信号，及时采取有效措施处理措施，将能避免油浸式电流互感器故障发生，油浸式电流互感器的结构示意图如图1所示。

电流互感器是依据电磁感应原理将一次侧大电流转换成二次侧小电流来测量的仪器。电流互感器是由闭合的铁心和绕组组成。它的一次侧绕组匝数很少，串在需要测量的电流的线路中。油浸式电流互感器与其他绝缘形式的互感器相比较，传导均与、易修复、可恢复性强、结构简单，一般被用于户外使用。但是，油浸式电流互感器在户外使用时安装在高处，人们用肉眼很难观测到油位的情况，而且油浸式电流互感器使用时间久后，灰尘增多，难以通过油浸式电流互感器上的油位观察窗看清里面油的多少，再加上长时间使用的渗油、漏油问题，如果不能及时补绝缘油将可能带来电力事故。

2 油浸式电流互感器结构

本项目设计的油浸电流互感器结构主要采用绝缘纸包扎，以变压器油浸渍作为产品绝缘，以金属外壳作为容器，以瓷套作为产品的外绝缘。油浸结构具有良好的绝缘性能可用于户外，因而广泛应用于高压电力系统中。该油浸绝缘电流互感器为正立式结构，二次绕组位于产品油箱内下部。

因产品的重心低具有良好的抗震性能。超导磁材料的应用，使电流互感器具有良好的精度（0.2S），能达到较好的短路特性（动热稳定特性）。特别对于大电流产品，除了能节约有色金属外，还有利于简化产品结构，降低制造成本。油浸绝缘结构主要适用于60～500KV级的电流、电压互感器，但由于普通干式绝缘产品不能用于户外，而采用户外环氧树脂的干式互感器的价格昂贵，因而10～35KV级的油浸互感器仍在广泛使用，如图1为本项油浸式电流互感器油位监测系统安装结构图。

3 油位监测系统设计原理

本项目设计的油浸式电流互感器油位监测系统具体包括高油位红外发射器、高油位红外接收器、低油位红外发射器、低油位红外接收器、高油位指示灯、低油位指示灯、控制器以及电源，如图2所示。其中高油位红外发射器和高油位红外接收器相对设置在油浸式电流互感器两侧的最高油位处；低油位红外发射器、低油位红外接收器相对设置在油浸式电流互感器两侧的最低油位处；控制器连接高油位指示灯、低油位指示灯。

高油位指示灯采用绿色指示灯，低油位指示灯采用红色指示灯。为了便于工作人员一眼就能确定是最高油位还是最低油位，所以在设计过程中将高油位指示灯设置在低油位指示灯上方，同时，油浸式电流互感器油位监测系统还包括声鸣报警器；声鸣报警器连接控制器，在油浸式电流互感器处于最低油位时，低油位指示灯亮红色，声鸣报警器发出声音报警。另外，也可在油浸式电流互感器油位监测系统增加无线模块，在最高油位和最低油位时将信息无线发送给手机等智能终端，实现对油位更可靠的监测。

利用油浸式电流互感器中的波纹管膨胀器随着油浸式电流互感器油量的增大而伸长，随着油浸式电流互感器油量的减少而缩短的原理，根据实际实验，确定波纹管膨胀器随着油量增大而伸长最长时所处的位置，该位置即设置为油浸式电流互感器的最高油位，当波纹管膨胀器上端到达油浸式电流互感器的最高油位处时，高油位红外发射器发射的红外线被遮挡，高油位红外接收器无法收到红外线，控制器控制高油位指示灯点亮，从而实现最高油位的提醒；同样的，当波纹管膨胀器缩短，但其上端未到达油浸式电流互感器的最低油位处时，低油位红外接收器均不能接收到低油位红外发射器发射的红外线，此时，控制器控制低油位指示灯处于熄灭状态。

4 监测系统设计优点

该监测系统可以通过高油位红外发射器、高油位红外接收器、低油位红外发射器、低油位红外接收器感知油浸式电流互感器的最高油位和最低油位，并在最高油位时高油位指示灯亮，以提醒工作人员油浸式电流互感器不缺油，在最低油位时低油位指示灯亮，并可通过声鸣报警器发出声音报警，以提醒工作人员油浸式电流互感器缺油，需要及时补充绝缘油，避免电力安全事故的发生。设计结构简单，灵敏度高，适宜推广应用。

5 结论

图1：油浸式电流互感器油位监测系统安装结构图

图2：油浸式电流互感器油位监测系统结构框图

本项设计的油浸式电流互感器油位监测系统包括高油位红外发射器与接收器、低油位红外发射器与接收器、高油位指示灯、低油位指示灯、控制器以及电源。其中高油位红外发射器和高油位红外接收器相对设置在油浸式电流互感器两侧的最高油位处；低油位红外发射器、低油位红外接收器相对设置在油浸式电流互感器两侧的最低油位处；控制器连接高油位指示灯、低油位指示灯。通过高低油位红外发射器和接收器感知油浸式电流互感器的最高油位和最低油位变化，缺油时通过声鸣报警器以提醒工作人员补充绝缘油，避免电力安全事故的发生。它具有结构简单，灵敏度高，实现了油浸式电流互感器油位实时监测，避免由于缺油而导致安全事故发生。