1.1 監(jiān)測(cè)意義
變壓器是電力系統(tǒng)中關(guān)鍵的設(shè)備之一，它的正常運(yùn)行是電力系統(tǒng)安全、可靠、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要保證。電力變壓器運(yùn)行時(shí)，繞組周圍存在著交變的磁場(chǎng)，因電磁感應(yīng)的作用，高壓繞組與低壓繞組之間，低壓繞組與鐵心之間，鐵心與外殼之間存在著寄生電容，帶電繞組將通過寄生電容的耦合作用，使鐵心對(duì)地產(chǎn)生懸浮電位，因鐵心及其它金屬構(gòu)件與繞組的距離不相等，使各構(gòu)件之間存在著電位差，當(dāng)兩點(diǎn)之間的電位差達(dá)到能夠擊穿其間的絕緣時(shí)，便產(chǎn)生火花斷續(xù)放電，對(duì)變壓器油和固體絕緣產(chǎn)生不良影響，故需要把鐵心與外殼連接，使它與外殼等電位。若鐵心或其他金屬構(gòu)件有兩點(diǎn)或多點(diǎn)接地時(shí)，接地點(diǎn)就會(huì)形成閉合回路，造成環(huán)流，會(huì)引起變壓器本體局部過熱，導(dǎo)致油分解，進(jìn)而導(dǎo)致絕緣性能下降，嚴(yán)重時(shí)，會(huì)使鐵心硅鋼片燒壞，造成主變重大事故，故主變鐵心必須接地。否則鐵心對(duì)地會(huì)產(chǎn)生懸浮電壓或鐵心多點(diǎn)接地而產(chǎn)生發(fā)熱故障，嚴(yán)重威脅變壓器以及電網(wǎng)的安全。通過對(duì)鐵心接地電流的監(jiān)測(cè)，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)鐵心多點(diǎn)接地等故障，防患于未然，把故障消滅在萌芽狀態(tài)。在大型高壓電氣設(shè)備電力變壓器中，由于鐵心多點(diǎn)接地故障及其它異常情況，絕緣油中會(huì)產(chǎn)生多種氣體，電力部門慣用的檢測(cè)手段是檢測(cè)溶解在絕緣油中的故障氣體以及對(duì)設(shè)備的絕緣油采樣后進(jìn)行氣體色譜分析和用鉗形電流表測(cè)變壓器鐵心外引接地套管的接地下引線的電流，以便盡快地發(fā)現(xiàn)潛伏性故障。然而，在檢測(cè)鐵心多點(diǎn)接地現(xiàn)象時(shí)，區(qū)分微弱的接地故障電流與強(qiáng)電磁環(huán)境干擾等有一定的難度，且不能在線分析，檢測(cè)精度和實(shí)時(shí)性都存在問題。
1.2 變壓器鐵芯/夾件接地在線監(jiān)測(cè)裝置 產(chǎn)品介紹
變壓器鐵心接地電流監(jiān)測(cè)裝置用于監(jiān)測(cè)變壓器鐵心及夾件接地故障電流，可實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵心接地電流進(jìn)行連續(xù)、在線監(jiān)測(cè)，通過監(jiān)測(cè)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備的絕緣狀況，且能及時(shí)發(fā)現(xiàn)內(nèi)部絕緣受潮或受損、鐵心多點(diǎn)接地、箱體內(nèi)異物、油箱油泥沉積等故障。對(duì)事故做到早預(yù)防早處理。更重要的是能為此類設(shè)備的狀態(tài)檢修提供可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)。
其工作原理為：系統(tǒng)采用高精度穿心式傳感器將鐵心及夾件上的接地電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，電壓信號(hào)進(jìn)入信號(hào)調(diào)理電路，信號(hào)調(diào)理電路根據(jù)電壓大小自動(dòng)切換量程，最后進(jìn)入以DSP為處理核心的信號(hào)測(cè)量板，該信號(hào)測(cè)量板選用高性能的32位數(shù)字處理芯片DSP為核心處理器。鐵心及夾件接地電流中伴有現(xiàn)場(chǎng)的干擾信號(hào)，計(jì)算時(shí)首先要把這些干擾信號(hào)剔除掉。傳統(tǒng)的方法是使用模擬濾波器將干擾信號(hào)除掉，但模擬濾波器易受環(huán)境溫度、濕度影響，且隨著時(shí)間的變化易產(chǎn)生零漂等現(xiàn)象，從而引入新的“干擾”。而DSP強(qiáng)大數(shù)字計(jì)算功能可以使用數(shù)字濾波算法代替原來的模擬濾波算法。數(shù)字濾波算法不受溫度、濕度等環(huán)境影響且零漂移，可以的解決模擬濾波器帶來的各種問題。信號(hào)測(cè)量板將鐵心及夾件的接地電流計(jì)算出來后通過數(shù)字總線上傳到間隔層監(jiān)測(cè)IED。間隔層IED采用統(tǒng)一的嵌入式平臺(tái)實(shí)現(xiàn)分析判斷、報(bào)警和遠(yuǎn)傳數(shù)據(jù)等功能。通過監(jiān)測(cè)運(yùn)行中鐵心接地電流的大小，自動(dòng)判斷變壓器鐵心存在鐵心不接地或鐵心多點(diǎn)接地現(xiàn)象，從而防止鐵心形成懸浮電位及局部過熱而引發(fā)的一系列故障，確保電力變壓器安全運(yùn)行。
圖1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
l 本項(xiàng)目共需要主變2臺(tái)，整流變壓器7臺(tái)，調(diào)壓變壓器7臺(tái)，共需要變壓器鐵芯/夾件接地電流在線監(jiān)測(cè)裝置共16臺(tái)。
圖1.2 變壓器鐵芯/夾件在線監(jiān)測(cè)裝置外觀
圖1.3 系統(tǒng)主界面圖
圖1.4 系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)界面圖
1.3 技術(shù)特點(diǎn)
l 采用穿心式互感器，與二次回路隔離，安全性高
l 采用分布式測(cè)量結(jié)構(gòu)，即就地測(cè)量、數(shù)字傳輸，規(guī)約符合DL/T860標(biāo)準(zhǔn)
l 可帶電安裝，即不需要主設(shè)備停電安裝，方便、快捷的接入系統(tǒng)
l 采用數(shù)字濾波方法，擯除模擬濾波器帶來的“零漂問題”
l 采用高精度有源零磁通傳感器，根據(jù)被測(cè)量電流大小智能選擇調(diào)理電路及放大倍數(shù)，有效提高了測(cè)量精度
l 具有現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)溫濕度測(cè)量功能
1.4 變壓器鐵芯/夾件接地在線監(jiān)測(cè)裝置 技術(shù)參數(shù)
序號(hào) | 參 數(shù) 名 稱 | 單位 | 標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)值 | ||
1 | 傳感器類型 | 穿心式 | |||
2 | 鐵芯/夾件接地電流 | 測(cè)量范圍 | mA | 0.1～10000 | |
量程 | 具備量程自動(dòng)切換功能 | ||||
分辨率 | mA | 0.001 | |||
測(cè)量誤差 | 2% 或±1mA，測(cè)量誤差取兩者最大值 | ||||
功能 | 實(shí)時(shí)接地電流值和基波電流值 | ||||
報(bào)警遙信可遠(yuǎn)傳 | |||||
3 | 裝置非易失存儲(chǔ) | 天 | ≥30 | ||
4 | 通信接口 | 具備通過現(xiàn)場(chǎng)總線或網(wǎng)口、光口通訊方式將鐵芯電流數(shù)據(jù)傳到站內(nèi)在線監(jiān)測(cè)站端后臺(tái) | |||
5 | 裝置參數(shù)設(shè)置 | 通信參數(shù) | 通信地址、波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、校驗(yàn)方式 | ||
報(bào)警參數(shù) | 接地電流報(bào)警閾值 | ||||
運(yùn)行參數(shù) | 采樣周期、本地時(shí)鐘 | ||||
6 | 裝置采樣周期范圍 | S | 默認(rèn)30秒，最小采樣周期為1秒) ，監(jiān)測(cè)周期要求可通過現(xiàn)場(chǎng)和遠(yuǎn)程方式設(shè)定 | ||
7 | 裝置時(shí)鐘精度 | min | ≤1 | ||
8 | 使用壽命 | 年 | 超過8年 | ||
9 | 電磁兼容 | 應(yīng)滿足Q/GDW535-2010《變電設(shè)備在線監(jiān)測(cè)裝置通用技術(shù)規(guī)范》電磁兼容試驗(yàn)要求 | |||
10 | 資質(zhì)要求 | 通過國網(wǎng)電科院型式試驗(yàn) | |||
2.施工方法及注意事項(xiàng)
2.1 施工方法
1） 鐵心接地銅排穿過零磁通互感器，互感器通過支架及相關(guān)絕緣材料固定變壓器外殼或獨(dú)立安裝支架上。
2） 互感器通過4芯電纜與鐵心接地監(jiān)測(cè)裝置連接，可安裝于變壓器附件單獨(dú)支架，或者主IED戶外柜內(nèi)。
3） 鐵心接地監(jiān)測(cè)裝置通過4芯電纜與戶外柜內(nèi)主IED連接。
圖2.1 現(xiàn)場(chǎng)安裝圖
圖2.2 裝置尺寸圖
圖2.3鐵心接地互感器結(jié)構(gòu)尺寸圖
2.2 注意事項(xiàng)
1）請(qǐng)專業(yè)人員或在專業(yè)人員指導(dǎo)下進(jìn)行鐵心末屏電纜停電/帶電接入；
2） 如果帶電安裝，安裝過程中不能斷開變壓器鐵心接地線與地的有效連接；
3）避免鐵心重復(fù)接地。
3.故障分析
變壓器鐵芯/夾件接地監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)值詳表
序號(hào) | 參數(shù)名稱 | 正常值 | 注意值 | 告警值（需馬上處理） | 單位 |
1 | 鐵芯接地電流 | 0~100 | 100~300 | ≥300 | mA |
2 | 夾件接地電流 | 0~100 | 100~300 | ≥300 | mA |
當(dāng)主變鐵芯/夾件接地電流在0~100mA(不包含100mA )之間，設(shè)備處于正常狀態(tài)；
當(dāng)主變鐵芯/夾件接地電流在100~300mA（不包含300mA )之間設(shè)備處于注意狀態(tài)；
當(dāng)主變鐵芯/夾件接地電流大于300mA時(shí)，設(shè)備處于報(bào)警狀態(tài)。
故障分析：
1）引下線絕緣破損
變壓器鐵芯、夾件引出線頂部套管絕緣破壞,鐵芯、夾件接地引下線外包絕緣破損等原因?qū)е乱戮€與變壓器箱體搭接接地，搭接點(diǎn)與引下線接地點(diǎn)之間構(gòu)成外部閉合回路，閉合回路在變壓器的漏磁場(chǎng)中感應(yīng)出電流，導(dǎo)致鐵芯、夾件引下線電流異常。
2）金屬異物搭接引下線
變壓器大修時(shí)箱體上不慎丟落鐵絲等金屬物體搭接至鐵芯引下線與變壓器外殼構(gòu)成外部閉合回路，閉合回路在變壓器的漏磁場(chǎng)中感應(yīng)出電流，導(dǎo)致鐵芯、夾件引下線電流異常。
3）變壓器鐵芯多點(diǎn)接地故障
鐵芯與外殼相連。鐵芯松動(dòng)位移、金屬構(gòu)件遺留在鐵芯下部（螺絲帽、潛油泵軸承研磨掉的金屬粉末及金屬絲等）等原因均可造成鐵芯與外殼相連，形成鐵芯多點(diǎn)接地故障，造成鐵芯接地電流異常。鐵芯與夾件相連。鐵芯片翹曲、金屬異物、雜質(zhì)等原因均可造成鐵芯與夾件直接或間接短路，形成鐵芯多點(diǎn)接地故障，造成鐵芯接地電流異常。
上述情況均會(huì)導(dǎo)致變壓器鐵芯、夾件接地引下線在臨時(shí)接地點(diǎn)與引線下接地點(diǎn)間形成閉合回路，閉合回路在變壓器的漏磁場(chǎng)中感應(yīng)出電流，導(dǎo)致鐵芯、夾件引下線電流異常，超出100mA標(biāo)準(zhǔn)要求值。
