變壓器鐵芯在線(xiàn)監測系統的研究可行性報告

電力變壓器是電力系統中最重要的電氣設備，運行中一旦出現故障，將會(huì )對電力系統造成嚴重的后果。正常運行的變壓器鐵芯一點(diǎn)接地，如果有兩點(diǎn)或者兩點(diǎn)以上同時(shí)接地，則鐵芯與大地之間將形成電流回路，最大電流可以達到幾十安培，將會(huì )造成鐵芯過(guò)熱，甚至燒毀。目前判斷變壓器鐵芯是否存在多點(diǎn)接地，主要有三種方法：鉗形電流表定期監鐵芯接地電流的電氣方法，測量鐵芯對地絕緣電阻法，監測變壓器絕緣油特征氣體的氣相色譜分析法。以上方法存在的不足是不能及時(shí)發(fā)現鐵芯多點(diǎn)接地故障，一旦發(fā)生故障，也不能及時(shí)采取相應措施。因此，對變壓器鐵芯接地電流的實(shí)時(shí)在線(xiàn)監測是十分必要的。

目前，現場(chǎng)人員多采用鉗形電流表夾住鐵芯接地線(xiàn)來(lái)監測其電流，但由于變壓器強磁場(chǎng)的干擾，測量值很不精確，甚至出現同一測量點(diǎn)幾次測量值差別迥異的情況，這樣測量的參考價(jià)值值得懷疑;而國內有些單位研制的自動(dòng)監測裝置雖能及時(shí)發(fā)現多點(diǎn)接地故障，但缺乏故障后的實(shí)時(shí)監測功能。為此，設計了一種基于GSM通訊的在線(xiàn)監測裝置，較好地解決了變壓器鐵芯接地電流在線(xiàn)監測的問(wèn)題。為了解決正常狀態(tài)下接地電流很小，受到的現場(chǎng)干擾卻比較嚴重的問(wèn)題。

1.1目的

大型電力變壓器鐵芯電流的變化可直接反映出變壓器的故障狀態(tài)——是否存在鐵芯多點(diǎn)接地。以往的監測方式是由變電站值班人員使用手持儀器定期進(jìn)行檢測和記錄，該方式的最大缺點(diǎn)是不能立即對故障做出反應，存在使事故進(jìn)一步擴大的嚴重隱患。隨著(zhù)電力自動(dòng)化水平的提高和無(wú)人值守變電站的增多，迫切需要一種穩定可靠、精度高、功能強的大型電力變壓器鐵芯電流在線(xiàn)監測裝置。本文所描述的裝置，就是為此而設計的，具有極高的應用價(jià)值。

1.2今后的發(fā)展

目前國家正在發(fā)展智能化電網(wǎng)，而變壓器鐵芯在線(xiàn)監測系統是構成智能化電網(wǎng)中比較重要的組成部分，國外早在八十年代就已經(jīng)開(kāi)始實(shí)現對變壓器鐵芯在線(xiàn)監測系統研究并實(shí)現無(wú)人化變電站，可以節省大量的人力物力，并能夠及時(shí)有效的發(fā)現變壓器鐵芯接地點(diǎn)情況，并通過(guò)一系列的數據可以分析變壓器是否存在多點(diǎn)接地的危險，更好的保證變壓器設備的正常運行。目前國家在安全規程中已提出變壓器鐵芯在線(xiàn)監測的要求，在以后五年內將全部實(shí)現變壓器鐵芯在線(xiàn)監測的部署。國外科技工作者和有關(guān)部門(mén)對這種定期維修和預防性試驗的不足之處早有認識，已紛紛致力于電氣設備的在線(xiàn)監測和狀態(tài)檢修研究。它的優(yōu)點(diǎn)在于可及時(shí)發(fā)現早期故障征兆，使運行維護人員在故障處于萌芽狀態(tài)時(shí)能夠通過(guò)檢測手段及早消除隱患，從而避免惡性事故的發(fā)生，提高了維修質(zhì)量和效率。隨著(zhù)傳感器技術(shù)、信號處理技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展與應用，作為狀態(tài)檢修基礎的電氣設備在線(xiàn)監測技術(shù)得到了飛速發(fā)展，已成為絕緣檢測中的一個(gè)重要組成部分，它將在很多方面彌補僅依靠定期預防性試驗帶來(lái)的不足之處。通過(guò)對鐵芯接地電流的在線(xiàn)監測，準確判斷鐵芯的工作狀況，從而有的放矢在鐵芯出現故障前及時(shí)進(jìn)行維護，不僅有效的提高了供電的可靠性，還降低了電力系統的運行費用，對保障電力變壓器的安全運行具有十分重要的意義。

1.3成果的應用及推廣

1.3.1解決了停運檢修使電力部門(mén)付出巨大的人力，物力代價(jià)，不僅給電能用戶(hù)帶來(lái)不便，還存在著(zhù)維修過(guò)剩的問(wèn)題。

1.3.2解決了兩次預防性試驗之間的間隔時(shí)間較長(cháng)，對于突發(fā)性絕緣故障難以發(fā)現，存在維修不足的問(wèn)題。

1.3.3解決了試驗條件和運行條件的差別，有些離線(xiàn)試驗不能完全反映設備在運行條件下的絕緣狀況。

1.3.4解決了大修和停電試驗時(shí)人為造成新的設備故障現象也時(shí)有發(fā)生。

2目標

為了滿(mǎn)足電力系統對變壓器鐵芯狀態(tài)檢修的需要，提出了變壓器鐵芯多點(diǎn)接地在線(xiàn)監測系統的設計方案，該監測系統應滿(mǎn)足以下功能：2.1監測系統的投入和使用不改變，不影響變壓器的正常運行;2.2能夠連續監測、記錄和處理數據、及時(shí)報警和故障診斷;2.3具有良好的抗干擾能力和合理的監測靈敏度;2.4系統本身可靠性高，易于維護，適于長(cháng)期運行;2.5能夠有效管理數據，人機界面良好。

3內容

基于以上考慮，需要完成以下幾個(gè)方面的研究和工作：

3.1鐵芯接地電流理論分析

根據變壓器鐵芯實(shí)際結構，建立合適的鐵芯數學(xué)模型，計算鐵芯一點(diǎn)接地電流及多點(diǎn)接地故障電流值，并分析隨故障點(diǎn)不同故障電流的變化規律，為系統設計提供理論支持。

3.2系統硬件電路設計

根據鐵芯接地在線(xiàn)監測系統的要求，設計包括電流傳感器、濾波、放大、A/D轉換、數據存儲及控制在內的數據采集電路，為接地電流信號的監測和提取搭建一個(gè)硬件平臺。

3.3系統軟件設計

編程實(shí)現基于RS232串口的上下位機通信，使上位機能夠控制下位機運行并能夠收到下位機采集的鐵芯接地電流在線(xiàn)監測數據，建立接地電流在線(xiàn)監測數據庫，實(shí)現數據的存儲、查詢(xún)等功能，并采用LabVIEW開(kāi)發(fā)一套變壓器鐵芯接地電流分析軟件。

3.4系統結構

系統由泄漏電流傳感器、數據采集柜、就地顯示儀表、串口聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器、路由器和系統服務(wù)器組成：

串口聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器提供TCP/UDP socket工作模式，包括服務(wù)端和客戶(hù)端,支持狀態(tài)監測和Web發(fā)布。每臺串口聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器有4個(gè)RS-485口，可以使每臺串口設備單獨占用一個(gè)串口，以減少不同串口設備并起來(lái)的干擾。數據采集柜可采集變壓器或者電抗器的鐵芯和夾件泄漏電流并通過(guò)串口與聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器相連。

遠程顯示：本系統的數據采集模塊能夠實(shí)時(shí)的采集變壓器等電氣設備的泄露電流參數，并能夠通過(guò)RS-485傳送到串口聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器，再傳送到電力局域網(wǎng)，串口聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器具有自連接功能，即便系統斷電，當電源恢復時(shí)串口聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器也能夠自動(dòng)連到局域網(wǎng)中。

本地顯示： 本地顯示儀表能夠實(shí)時(shí)顯示變壓器等電氣設備的泄露電流參數，并具有聲音報警功能。

3.5工作流程

變壓器和電抗器的鐵芯及其夾持件在繞組的電場(chǎng)作用下，其上面各部位會(huì )形成不同的電位或電荷積累，這些電位和電荷達到一定程度就會(huì )放電，對變壓器的運行構成威脅。為消除這一放電現象，必須將鐵芯和夾件可靠接地，使其在變壓器運行中始終保持接地電位。如果一點(diǎn)以上的多點(diǎn)接地，將會(huì )在鐵芯內形成短接回路，短接回路所包括面積中的磁通或漏磁通將會(huì )在回響內產(chǎn)生很大的一流，而且接點(diǎn)越多，短接回路越多，環(huán)流越大。環(huán)流的存在將燒毀接地片和產(chǎn)生放電甚至燒毀鐵芯，因此鐵芯和夾件必須一點(diǎn)接地。型變壓器鐵芯接地電流在線(xiàn)監測系統的工作流程介紹如下：

在變壓器鐵芯、電抗器的鐵芯和夾件的接地排上安裝泄漏電流傳感器，監測鐵芯和夾件的泄漏電流，變壓器現場(chǎng)安裝數據采集柜并和串口聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器之間通過(guò)RS485電纜連接，串口聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器經(jīng)由路由器最終和服務(wù)器監測終端連接。

數據采集柜，將泄漏電流傳感器采集到的模擬信號，轉化為數字信號，并在數字顯示儀表上顯示出來(lái)。同時(shí)通過(guò)RS485電纜將數字信號傳遞到串口聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器，通過(guò)串口聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器和路由器最終到監控中心的服務(wù)器實(shí)時(shí)顯示監測數據。

后臺管理軟件接收記錄所有數據，并且提供報警，歷史數據查詢(xún)，趨勢分析，報表打印等多種功能。

該項目運行一段時(shí)間之后，通過(guò)趨勢分析，可以看出變壓器鐵芯接地狀況，發(fā)現一些潛在的設備故障情況，為電氣設備維護人員提供檢修依據。

3.6系統特點(diǎn)

泄露電流傳感器采用夾緊銅排的固定方式不破壞原系統任何結構，金屬模具的采用大大減少了外部磁場(chǎng)對泄露電流采集精度的影響。

泄露電流傳感器采用有源零磁通設計原理，不僅能夠滿(mǎn)足mA級電流信號的采集，而且具有很強的抗干擾能力。

數據采集裝置的模擬量輸入芯片采用16位高精度分辨率，采樣速率達10Hz，隔離電壓3000VDC。

泄露電流的報警值可以由用戶(hù)靈活設置。系統在就地不僅有總的聲音報警，而且每一個(gè)鐵心或夾件都有單獨的繼電器報警輸出到變電站的集控中心。

系統采用穩定、可靠的串口聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器將變電站的變壓器、電抗器等電氣設備的鐵心與夾件電流數據在電力局域網(wǎng)中共享。

系統采用就地與遠程同時(shí)顯示的模式，就地采用高精度的數字表顯示，遠程顯示通過(guò)軟件的web發(fā)布功能使電力局域網(wǎng)內有權限的相關(guān)人員都可以訪(fǎng)問(wèn)。

軟件設計采用方便靈活的電力版組態(tài)軟件，使軟件具有非常強大的功能。

報表打印功能可以實(shí)時(shí)打印各電流數據，日報表功能為每天的顯示電流數據存一個(gè)報表。

系統具備當前報警狀態(tài)與歷史報警狀態(tài)的顯示功能，分別顯示當前的報警情況，歷史的報警情況。