變壓器鐵芯接地在線監(jiān)測

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----變壓器鐵心接地在線監(jiān)測(及限流)裝置

電力變壓器安全運行的保護(hù)神2電力變壓器是電力系統(tǒng)中的樞紐設(shè)備，其運行的可靠性將直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。對變壓器的事故統(tǒng)計分析表明，鐵心事故在變壓器總事故中已占到了第三位，而鐵心的故障的產(chǎn)生，大部分是由于鐵心多點接地引起的。變壓器鐵心接地故障不同于其它故障，有其特殊性。大家都知道，鐵心接地故障如果處理得當(dāng)，將影響變壓器正常運行。例如，有一臺日本生產(chǎn)的變壓器從80年代運行至今，一直存在鐵心懸浮多點接地故障，因為處理得當(dāng)，30年左右未退出運行。但如果處理不當(dāng)，又極易發(fā)生事故。近年來，天津、山西等地都發(fā)生過因鐵心接地故障造成輕瓦斯保護(hù)動作。因而使500KV變壓器停電的事故，其損失慘重。項目成果對狀態(tài)檢修技術(shù)發(fā)展的作用項目研究水平和技術(shù)發(fā)展趨勢變壓器鐵心多點接地在線監(jiān)測的研究是近幾年發(fā)展起來的，雖然國內(nèi)外已有不少公司投入人力、物力開發(fā)出了一系列該產(chǎn)品，但總體上功能還比較單一,出現(xiàn)多點接地時不能及時進(jìn)行故障處理。為解決上述問題，提高鐵心絕緣的在線監(jiān)測技術(shù)水平，早日在供電部門實現(xiàn)狀態(tài)檢修，以發(fā)揮其經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。保定市精藝電子儀器有限公司和華北電力大學(xué)故障診斷研究室于2005年5月立項，開發(fā)出了一套具有獨立知識產(chǎn)權(quán)的實用化在線監(jiān)測與診斷系統(tǒng)，無論從理論上和實際工程應(yīng)用效果上均達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平。34

BTJZ型變壓器鐵心接地在線監(jiān)測及限流裝置2007年通過河北省科技廳組織的產(chǎn)品鑒定，鑒定該項目為國際先進(jìn)水平。2008年獲得國家實用新型專利。2009年獲河北省科技進(jìn)步三等獎。2010年獲國家發(fā)明專利。目前，公司生產(chǎn)出的變壓器鐵心接地在線監(jiān)測產(chǎn)品已形成系列化，可根據(jù)用戶需求不同，提供不同類型、不同通訊形式的在線監(jiān)測產(chǎn)品，下面，我向大家逐一介紹：項目研究水平和技術(shù)發(fā)展趨勢5

本裝置是在對變壓器鐵心多點接地故障深入研究基礎(chǔ)上開發(fā)的，該裝置集信號采集、實時顯示、數(shù)據(jù)傳輸、計算、分析、存儲、過電流限流于一體，它的成功開發(fā)和應(yīng)用，對提高變壓器運行的可靠性和對在線監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用起到了良好的促進(jìn)作用。一、裝置簡介上圖為：公司經(jīng)理張正平和華北電力大學(xué)專家廣泛調(diào)研變壓器鐵心接地故障的有關(guān)信息6二、鐵心多點接地在線監(jiān)測的必要性及意義

目前，我國制造的大中型變壓器，鐵心大都經(jīng)一只套管引至油箱體外接地。這是因為變壓器鐵心在運行時，線圈的電場和磁場共同作用使鐵心的各部件（包括夾件等）具有不同的電位，若鐵心不可靠接地，則因電位不同而可能產(chǎn)生斷續(xù)局部放電現(xiàn)象，損壞其絕緣；另一方面，如果變壓器鐵心出現(xiàn)多點接地情況，則每兩個接地點間通過鐵心自身和接地線路形成一個閉合回路，其中交鏈的磁通將在回路中感應(yīng)出環(huán)流，使鐵心局部過熱，嚴(yán)重時會造成局部燒損，這就是變壓器鐵心多點接地故障。有關(guān)資料表明，因鐵心多點接地造成的事故，占變壓器總事故的第三位，因此正常運行的變壓器必須且只能一點接地。

7三、裝置的設(shè)計依據(jù)

根據(jù)運行經(jīng)驗以及理論分析表明，鐵心一點接地時，流過變壓器鐵心接地線電流的有效值僅為幾十毫安；但鐵心出現(xiàn)多點接地時，流過鐵心接地線中的電流急劇增加，根據(jù)原電力部《電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程》規(guī)定，流過變壓器鐵心的電流不能超過0.1A，當(dāng)電流超過0.1A后，即認(rèn)為鐵心可能存在多點接地故障，須采取一定措施，但變壓器是電力系統(tǒng)中的樞紐設(shè)備，若馬上停電檢修將會帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。雖然多點接地時流過鐵心的電流可達(dá)幾十安培，但理論分析表明當(dāng)變壓器鐵心出現(xiàn)多點接地時其接地回路中感應(yīng)出的電動勢一般在210V以內(nèi)，因此我們的設(shè)計思路是當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測到鐵心地線電流超標(biāo)后及時在接地回路中串入合適阻值的大功率電阻即可將電流限制在0.1A以內(nèi)，然后等待合適機(jī)會，如變壓器停運或大修時，再采用油流沖洗、大電流沖擊或吊芯檢查，最終排除其多點接地故障。8

四、裝置符合國家電網(wǎng)公司關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)符合國家電網(wǎng)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：

Q/GDW534-2010變電設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)導(dǎo)則

Q/GDW535-2010變電設(shè)備在線監(jiān)測裝置通用技術(shù)規(guī)范

Q/GDW540.1-2010變電設(shè)備在線監(jiān)測裝置檢驗規(guī)范第1部分：通用檢驗規(guī)范

本產(chǎn)品（系列）監(jiān)測系統(tǒng)具有網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展功能，遵循IEC61850

標(biāo)準(zhǔn)（等同DL/T860變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)）的通信規(guī)約，適用于數(shù)字化變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)。標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)測參數(shù)測量范圍允許誤差分辨率檢測時間功能國家電網(wǎng)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)鐵心接地電流1mA～10A±2.5%1mA小于2h監(jiān)測企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)BTJZ型變壓器鐵心（夾件）接地在線監(jiān)測裝置鐵心接地電流1mA～30A±2.5%1mA實時監(jiān)測，超標(biāo)報警BTJZ型變壓器鐵心（夾件）接地在線監(jiān)測及限流裝置鐵心接地電流1mA～30A±2.5%1mA實時超標(biāo)報警并限流9五、裝置的工作原理

系統(tǒng)的模擬量檢測信號為鐵心接地線中的電流，數(shù)字量檢測信號為自動/手動開關(guān)的高低電平。在單片機(jī)的控制下，采集系統(tǒng)對經(jīng)過信號預(yù)處理環(huán)節(jié)的電流信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并計算該電流的有效值，當(dāng)檢測到電流超過0.1A后，在自動狀態(tài)下就可以投入限流電阻，以將流過鐵心接地線中的電流限制在0.1A之內(nèi)，并給出報警信號，通知現(xiàn)場人員采取進(jìn)一步的措施。

10六、技術(shù)關(guān)鍵和可靠性●

建立了變壓器鐵心單點和多點接地的電路模型，并進(jìn)行了理論定量分析，得到了電壓、電流參數(shù)，為監(jiān)測裝置的設(shè)計奠定了理論基礎(chǔ)。

●

采用了特制的電流傳感器，抗干擾能力強(qiáng)，具有高精度和寬量程的特點，滿足鐵心電流變化范圍較大的特點。

●限流裝置在鐵心接地回路中串入了多檔限流電阻，該系統(tǒng)不僅起到監(jiān)測作用，當(dāng)出現(xiàn)電流異常時能立即投入合適的電阻，將接地電流限制在正常范圍之內(nèi)，保證變壓器安全運行。

●對限流裝置設(shè)計了合理的限流電阻網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，保證檔位之間穩(wěn)定過渡，最大程度上保證了裝置工作的可靠性。

●限流裝置系統(tǒng)具有開路自診斷功能，若開路，則采取閉鎖確保鐵心可靠接地。

●

通過了嚴(yán)格的電磁兼容認(rèn)證試驗，抗干擾能力強(qiáng)。

●應(yīng)用全封閉且具有良好電磁屏蔽的不銹鋼機(jī)箱，機(jī)箱內(nèi)部設(shè)置了溫控器，保證裝置在各種環(huán)境溫度下正常工作。

●

監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)場獨立運行，也可通過有線通信或無線通信實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測，并能實現(xiàn)計算機(jī)局域網(wǎng)報警監(jiān)控。

●可同時監(jiān)測多個設(shè)備，能實現(xiàn)站端單一監(jiān)測和局端匯總監(jiān)測功能，可對實時監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行瀏覽或?qū)υO(shè)備進(jìn)行設(shè)置，具備數(shù)據(jù)、曲線等分析功能。

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對變壓器鐵心接地常年實時監(jiān)測，下位機(jī)可存儲3年以上監(jiān)測記錄，發(fā)生斷電時，數(shù)據(jù)不丟失。裝置對多點接地發(fā)生周期加以分析，為檢修提供充分依據(jù)。11

硬件系統(tǒng)中，限流單元是核心，設(shè)計中模擬了鐵芯發(fā)生多點接地故障時，可能出現(xiàn)的最大環(huán)路電壓及環(huán)路電流，從而選擇出符合阻值及功率要求的電阻。在接地電流小于0.1A時，主回路中的接觸器J1是常閉狀態(tài)；一旦鐵心接地電流超標(biāo)，系統(tǒng)自動將主接觸器打開，在接地線中投入合適的限流電阻。七、限流單元設(shè)計12八、保護(hù)單元的設(shè)計

為了防止多點接地故障發(fā)生時產(chǎn)生的過電壓侵入二次測量系統(tǒng)，該裝置采用了混合保護(hù)單元，其混合保護(hù)原理是將耐大浪涌電流、長壽命的放電管與低電壓、響應(yīng)速度快的壓敏電阻結(jié)合起來使用，使受保護(hù)的終端電壓保持在鉗制電壓上。當(dāng)浪涌不斷上升時,壓敏電阻上的電壓上升導(dǎo)致放電管動作，形成弧光放電，受保護(hù)端上的電壓立刻降到放電管的弧光電壓值，且壓敏電阻停止導(dǎo)通。混合單元放電穩(wěn)定，尤其放電電壓波形光滑，幾乎無尖峰和毛刺出現(xiàn)，放電分散性小。裝置保護(hù)單元分三部分：

1、自動狀態(tài)下，下位機(jī)軟件程序保護(hù)單元；

2、自動狀態(tài)下，硬件保護(hù)單元；

3、自動?手動狀態(tài)下，當(dāng)裝置電壓超過210V時，裝置及時恢復(fù)到初始狀態(tài)退出主回路。13九、抗干擾措施為了保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，裝置采用了如下抗干擾措施：●

精心選擇原器件。該裝置硬件單元所用芯片均為集成化程度高、抗干擾能力強(qiáng)、功耗小的工業(yè)級或以上電子器件?！?/p>

應(yīng)用全封閉且具有良好電磁屏蔽的不銹鋼機(jī)箱。●

應(yīng)用抗干擾磁環(huán)和抗干擾器件對電源信號系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)。●電路板采用了四層板設(shè)計，提高了抗干擾能力。●

本裝置經(jīng)國內(nèi)最先進(jìn)的“華北電力學(xué)院電磁兼容實驗室”做了檢測，性能指標(biāo)符合設(shè)計要求。14十、產(chǎn)品型式試驗

該裝置通過了華北電力大學(xué)電磁場與電磁兼容實驗室（國家級）的相關(guān)型式試驗和電力工業(yè)電氣設(shè)備質(zhì)量檢驗測試中心（武漢）的相關(guān)型式試驗。試驗結(jié)果符合設(shè)計要求。近期公司又將四種該鐵心系列產(chǎn)品報檢，通過了中國電科院高壓所的形式檢驗，其通訊符合IEC61850

標(biāo)準(zhǔn)（等同DL/T860變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)）的通信規(guī)約，15十一、限流裝置的現(xiàn)場安裝1、將裝置安裝于變壓器油池旁的水泥基座上，裝置距離變壓器本體的距離應(yīng)不低于0.5m。箱體底部留有四個Φ14螺絲孔，將箱體安裝緊固，并將箱體可靠接地。2、將變壓器鐵心接地引下線斷開(可在不停電狀態(tài)下進(jìn)行，將接地引下線短接一段，再斷開)，分別引至裝置上的小瓷套管，并連接牢固可靠，(然后再斷開短接部分)，引至裝置的導(dǎo)線對地應(yīng)絕緣。16變壓器鐵心接地監(jiān)測裝置安裝在變壓器現(xiàn)場附近用戶指定位置。其特制穿心傳感器固定在變壓器鐵心（夾件）接地引下線上，傳感器將監(jiān)測的接地電流數(shù)據(jù)實時傳送給裝置下位機(jī)和上位機(jī)。十二、在線監(jiān)測裝置的安裝變壓器鐵心接地在線監(jiān)測裝置17十三、產(chǎn)品通過河北省科技廳組織的鑒定

該產(chǎn)品于2007年通過了河北省科技廳組織的產(chǎn)品鑒定，鑒定該項目為國際先進(jìn)水平。

2009年獲河北省科技進(jìn)步三等獎。18該產(chǎn)品2008年獲得國家實用新型專利

；2010年11月獲國家發(fā)明專利。十四、產(chǎn)品獲得國家實用新型專利

19十五、部分用戶使用案例

（1）

2006年10月，寧夏自治區(qū)鹽池220KV變電站4號主變安裝并投入運行我公司鐵心接地在線監(jiān)測及限流裝置，該變電站的4號主變故障接地電流為550mA，裝置投入運行后，自動投入限流電阻115Ω，顯示接地電流1mA，第二天復(fù)查，限流電阻自動退出，顯示接地電流31mA。2009年底公司跟蹤該裝置運行情況，確認(rèn)裝置運行正常，4號主變接地電流在規(guī)程規(guī)定的合格范圍之內(nèi)。20

吉林延邊局敦化220KV變電站1號主變，曾出現(xiàn)鐵心多點接地故障，該站對此采取簡單限流措施，在鐵心接地線中串入了限流電阻，但限流電阻的投切是靠工作人員巡視后來完成。2006年11月，該站安裝了我公司鐵心接地在線監(jiān)測及限流裝置，當(dāng)接地電流超標(biāo)時，裝置立即自動投入限流電阻，將鐵心接地電流限制在規(guī)程之內(nèi)，并給出報警信號，通知現(xiàn)場人員采取進(jìn)一步措施，保證變壓器安全運行。十五、部分用戶使用案例

（2）21

2009年6月，貴州省貴陽市扎佐220KV變電站1號主變安裝并運行我公司鐵心接地在線監(jiān)測及限流裝置，該主變故障接地電流為12A，裝置投入運行后，自動投入限流電阻115Ω，顯示接地電流70mA，第二天復(fù)查，限流電阻自動退出，顯示接地電流2mA。該1號主變鐵心接地在線監(jiān)測上位機(jī)設(shè)在變電站主控室，實時監(jiān)測鐵心接地電流情況，保證變壓器安全運行。十五、部分用戶使用案例

（3）22

2009年6月，山東省超高壓，棗莊500KV變電站，3號主變B項安裝運行我公司鐵心接地在線監(jiān)測及限流裝置，該電站3號主變B項故障接地電流為734mA，裝置投入運行后，立即自動投入限流電阻115Ω，顯示接地電流80mA，第二天復(fù)查，裝置自動投入限流電阻275Ω，顯示接地電流36mA。該3號主變B項鐵心接地在線監(jiān)測上位機(jī)設(shè)在變電站主控室，通過通訊線，以圖形和數(shù)據(jù)形式實時監(jiān)測3號主變B項鐵心接地電流情況，保證變壓器安全運行。十五、部分用戶使用案例

（4）23

山東濰坊電廠220KV電站2號主變，曾在94年發(fā)生過低壓側(cè)線圈燒毀事故，雖然對此做了相應(yīng)的絕緣處理，消除鐵心片間的局部短路，但由于受現(xiàn)場條件限制，無法進(jìn)行徹底處理。2003年該變壓器吊罩大修時，對該過熱點重新清理，但也無法徹底處理。2009年10月華電濰坊發(fā)電有限公司提出設(shè)計方案，建立變壓器鐵心接地電流在線檢測系統(tǒng)，在安裝和運行我公司鐵心接地在線監(jiān)測及限流裝置的基礎(chǔ)上，對變壓器鐵心接地故障進(jìn)行了定性、定位研究，并研制了便攜式現(xiàn)場處理裝置。十五、部分用戶使用案例

（5）24

2009年11月，貴州省貴陽市高云110KV變電站1號主變安裝并運行我公司鐵心接地在線監(jiān)測及限流裝置，該主變故障接地電流為2A，裝置投入運行后，故障接地電流立即消失，顯示接地電流為1mA。第二天復(fù)查，顯示接地電流1mA。該1號主變的鐵心接地在線監(jiān)測上位機(jī)設(shè)在變電站主控室，實時監(jiān)測鐵心接地電流情況，保證變壓器安全運行。十五、部分用戶使用案例

（6）25十五、部分用戶使用案例

（7）

2010年3月，我公司人員在為山東省盛泉110KV變電站1號主變安裝調(diào)試鐵心接地在線監(jiān)測及限流裝置。該電站為保障1號主變安全可靠運行，還安裝了其他在線監(jiān)測裝置，為狀態(tài)檢修的實現(xiàn)打下了一定基礎(chǔ)。26

2010年5月，河北廊坊市，康仙220KV電站1號主變，安裝運行我公司變壓器鐵心接地在線監(jiān)測及限流裝置，該2號主變故障接地電流1.3A，裝置投入運行后，自動投入限流電阻115Ω，顯示接地電流62mA.公司對故障現(xiàn)象跟蹤，從歷史記錄中發(fā)現(xiàn)，從裝置投入運行到11月7日7時50分，該主變的接地電流始終在160mA左右，處于非懸浮多點接地狀態(tài)。對此，該變電站采取了油流沖洗處理。11月8日12時主變恢復(fù)運行，裝置監(jiān)測記錄中反映出接地電流為1mA。裝置為狀態(tài)檢修提供了依據(jù)。十五、部分用戶使用案例

（8）27

2010年5月，山東日照市陳疃鎮(zhèn)500KV變電站，1號主變C相安裝運行我公司鐵心接地在線監(jiān)測及限流裝置，該主變C相曾發(fā)生接地電流82mA，裝置投入運行后，自動投入限流電阻115Ω，顯示接地電流為2mA。第二天復(fù)查，裝置投入限流電阻115Ω，顯示接地電流2mA。該1號主變，鐵心接地在線監(jiān)測上位機(jī)，設(shè)在變電站主控室，以圖形和數(shù)據(jù)形式實時遠(yuǎn)程監(jiān)控，保證變壓器安全運行。 十五、部分用戶使用案例

（9）28

2010年8月，貴州六盤水供電局，水城220KV變電站1號和2號主變，安裝運行了我公司鐵心接地在線監(jiān)測及限流裝置。這兩臺主變的鐵心接地在線監(jiān)測系統(tǒng)，其上位機(jī)均經(jīng)通訊線設(shè)在變電站主控室內(nèi)，以圖形和數(shù)據(jù)形式實時遠(yuǎn)程監(jiān)控，