崔晨耕

摘 要：針對目前智能小區(qū)不斷增加，變壓器在安裝和投入使用后需要進行必要的維護的問題。文章從五個方面對變壓器的異常運行進行了分析，給出了保證智能小區(qū)內變壓器正常運行的方案，對于變壓器的安全運行和小區(qū)正常供電具有重要的意義。

關鍵詞：智能小區(qū)；變壓器；異常運行；分析

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2014）02-0053-03

0 引 言

在智能小區(qū)中，電力變壓器在運行中一旦發(fā)生異常情況，將影響系統(tǒng)的正常運行以及對用戶的正常供電，甚至造成大面積停電。所以，對于變壓器的異常運行分析有著重要意義。

1 聲音異常

1.1 正常狀態(tài)下變壓器的聲音

變壓器屬靜止設備，但運行中仍然會發(fā)出輕微的、連續(xù)不斷的“嗡嗡”聲。這種聲音是運行中電氣設備的一種特有現(xiàn)象，一般稱為“噪聲”。產生這種噪聲的原因有：一是勵磁電流的磁場作用使硅鋼片振動；二是特性的接縫和疊層之間的電磁力作用引起的振動；三是繞組的導線之間或繞組之間的電磁力作用引起的振動；四是變壓器上某些零部件引起的振動。

正常運行中，變壓器發(fā)出的“嗡嗡”聲是連續(xù)均勻的，如果產生的聲音不均勻或有特殊響聲，應視為不正常現(xiàn)象，判斷變壓器的聲音是否正常，可借助于“聽音棒”等工具進行。

1.2 聲音異常

變壓器運行中的聲音異常情況一般有以下幾種：

1.2.1 變壓器的聲音比平時增大

若變壓器的聲音比平時增大，且聲音均勻，可能的原因：一是電網發(fā)生過電壓。當電網發(fā)生單相接地或產生諧振過電壓時，都會使變壓器的聲音增大。出現(xiàn)這種情況時，可結合電壓、電流表計的指示進行綜合判斷；二是變壓器過負荷。變壓器過負荷時會使其聲音增大，尤其是在滿負荷的情況下突然有大的動力設備投入，將會使變壓器發(fā)出沉重的“嗡嗡”聲。

1.2.2 變壓器有雜音

若變壓器的聲音比正常時增大且有明顯的雜音，但電流、電壓無明顯異常時，則可能是內部夾件或壓緊鐵心的螺栓松動，使得硅鋼片振動增大所造成的。

1.2.3 變壓器有放電聲

若變壓器內部或表面發(fā)生局部放電，聲音中就會夾雜有“噼啪”的放電聲。發(fā)生這種情況時，若在夜間或陰雨天氣下，看到變壓器套管附近有藍色的電暈或火花，則說明瓷件污穢嚴重或設備線夾接觸不良，若變壓器的內部放電，則是不接地的部件靜電放電，或是分接開關接觸不良放電，這時應將變壓器作進一步檢測或停用。

1.2.4 變壓器有水沸騰聲

若變壓器的聲音中夾雜有水沸騰聲且溫度急劇變化，油位升高，則應判斷為變壓器繞組發(fā)生短路故障，或分接開關因接觸不良引起嚴重過熱，這時應立即停用變壓器進行檢查。

1.2.5 變壓器有爆裂聲

若變壓器的聲音中夾雜有不均勻的爆裂聲，則是變壓器內部或表面絕緣擊穿，此時應立即將變壓器停用檢查。

1.2.6 變壓器有撞擊聲和摩擦聲

若變壓器的聲音中夾雜有連續(xù)的、有規(guī)律的撞擊聲和摩擦聲，則可能是變壓器外部某些零件如表計、電纜、油管等，因變壓器振動造成撞擊或摩擦，或外來高次諧波源所造成，應根據(jù)情況予以處理。

2 油溫異常

運行中的變壓器內部的鐵損和銅損轉化為熱量，熱量向四周介質擴散。當發(fā)熱與散熱達到平衡狀態(tài)時，變壓器各部分的溫度趨于穩(wěn)定。鐵損是基本不變的，而銅損隨負荷變化。頂層油溫表指示的是變壓器頂層的油溫，溫升是指頂層油溫與周圍空氣溫度的差值。運行中要以監(jiān)視頂層油溫為準，溫升是參考數(shù)字（目前對繞組熱點溫度還沒有能直接監(jiān)視的條件）。

變壓器的絕緣耐熱等級為A級時，繞組絕緣極限溫度為105 ℃，對于強油循環(huán)繞組絕緣極限溫度為105 ℃，對于強油循環(huán)的變壓器，根據(jù)國際電工委員會推薦的計算方法：變壓器在額定負載下運行，繞組平均溫升為65 ℃，通常最熱點溫升比油平均溫升約高13 ℃，即65+13=78（℃），如果變壓器在額定負載和冷卻介質溫度為+20 ℃條件下連續(xù)運行，則繞組最熱點溫度為98 ℃，其絕緣老化率等于1（即老化壽命為20年）。因此，為了保證絕緣不過早老化，運行人員應加強對變壓器頂層油溫的監(jiān)視，按規(guī)定應控制在85 ℃以下。

若發(fā)現(xiàn)在同樣正常條件下，油溫比平時高出10 ℃以上，或負載不變而溫度不斷上升（冷卻裝置運行正常），則可認為變壓器內部出現(xiàn)異常。

導致溫度異常的原因有以下幾種：

（1）內部故障引起溫度異常。變壓器內部故障如繞組之間或層間短路，繞組對周圍放電，內部引線接頭發(fā)熱；鐵心多點接地使渦流增大過熱；零序不平衡電流等漏磁通形成回路而發(fā)熱等因素都可引起變壓器溫度異常。發(fā)生這些情況，還將伴隨著氣體或差動保護動作。故障嚴重時，還可能使防爆管或壓力釋放閥噴油，這時變壓器應停用檢查。

（2）冷卻器運行不正常引起溫度異常。冷卻器運行不正常或發(fā)生故障，如潛油泵停運、風扇損壞、散熱器管道積垢冷卻效果不良、散熱器閥門沒有打開或散熱器堵塞等因素引起溫度升高。應對冷卻系統(tǒng)進行維護或沖洗，提高冷卻效果。

3 油位異常

變壓器儲油柜的油位表，一般標有-30 ℃，+20 ℃，+40 ℃三條線，他們是指變壓器使用地點在最低溫度和最高溫度時對應的油面，并注明溫度。根據(jù)這三個標志可以判斷是否需要加油或放油。運行中變壓器溫度的變化會使油的體積發(fā)生變化。從而引起油位的上下位移。常見的油位異常有假油位和油面過低。

如變壓器溫度變化正常，而變壓器油標管內的油位變化不正?；虿蛔?，則說明是假油位。運行中出現(xiàn)假油位的原因有：

（1）油標管堵塞；

（2）油枕呼吸器堵塞；

（3）防爆管通氣孔堵塞；

（4）變壓器油枕存有一定數(shù)量的空氣；

一般情況下，油面過低應視為異常。因其低到一定限度時，會造成輕瓦斯保護動作；嚴重缺油時，變壓器內部繞組暴露會導致絕緣下降，甚至造成因絕緣散熱不良而引起損壞事故。處于備用的變壓器如嚴重缺油，也會吸潮而使其絕緣降低。造成變壓器油面過低或嚴重缺油的原因有以下幾種：

（1）變壓器嚴重滲油；

（2）修試人員因工作需要多次放油后未做補充；

（3）氣溫過低且油量不足，或油枕容積偏小，不能滿足運行要求。

4 變壓器外觀異常

變壓器運行中，外觀異常有下列幾種原因：

4.1 防爆管防爆膜破裂

防爆管防爆膜破裂，會引起水和潮氣進入變壓器內，導致絕緣油乳化及變壓器的絕緣強度降低。原因如下：

（1）防爆膜材質與玻璃選擇處理不當。當材質未經壓力試驗驗證或玻璃未經退火處理時，受到自身內應力的不均勻時會導致裂面。

（2）防爆膜及法蘭加工不精密不平整，裝置結構不合理，檢修人員安裝防爆膜時工藝不符要求，緊固螺絲受力不均，接觸面無彈性等所造成。

（3）呼吸器堵塞或抽真空充氮時不慎，受壓力而破損。

4.2 壓力釋放閥的異常

目前，大中型變壓器已大多應用壓力釋放閥（下稱“釋放器”）代替老式的防爆管裝置，因為一般老式的防爆管油枕只能起到半密封作用，而不能起到全密封作用。當變壓器油超過一定標準時，釋放器便開始動作進行溢油或噴油，從而減小油壓，保護了油箱。如果變壓器油量過多、氣溫又高而造成非內部故障的溢油現(xiàn)象，溢出過多的油后釋放器會自動復位，仍起到密封的作用。釋放器備有信號報警以便運行人員迅速發(fā)現(xiàn)異常并進行查處。

4.3 套管閃絡放電

套管閃絡放電會造成發(fā)熱，導致絕緣老化受損甚至引起爆炸。常見原因如下：

（1）套管表面過臟，如粉塵、污穢等。在陰雨天就會發(fā)生套管表面絕緣強度降低，容易發(fā)生閃絡事故，若套管表面不光潔，在運行中電場不均勻會發(fā)生放電現(xiàn)象。

（2）高壓套管制造不良，末屏接地焊接不良形成絕緣損壞，或接地末屏出線的瓷瓶心軸與接地螺套不同心、接觸不良或末屏不接地，也有可能導致電位提高而逐步損壞。

（3）當系統(tǒng)內部或外部過電壓時，套管內由于存在隱患而導致?lián)舸?/p>

4.4 滲油和漏油

滲漏油是變壓器的常見缺陷，常見的具體部位及原因有：

（1）閥門系統(tǒng)：蝶閥膠墊材質、安裝不良，放油閥精度不高、螺紋處滲漏。

（2）膠墊接線樁頭、高壓套管基座、電流互感器出線樁頭、膠墊不密封、無彈性、滲漏。一般膠墊壓縮應保持在2/3，有一定的彈性。隨運行時間的增長，溫度過高、振動等原因造成老化龜裂、失去彈性或本身材質不符要求，位置不對稱、偏心。

（3）絕緣子破裂滲漏油。

（4）設計制造不良。高壓套管升高座法蘭、油箱外表、油箱底盤大法蘭等焊接處，因制造和加工粗糙形成滲漏油。

5 顏色、氣味異常

變壓器的許多故障常伴有過熱現(xiàn)象，使得某些部件或局部過熱，因而引起一些有關部件的顏色變化或產生特殊氣味。

一般引線、線卡處過熱都會引起異常。套管接線端部緊固部分松動，或引線頭線鼻子等接觸面發(fā)生嚴重氧化，使接觸處過熱，顏色變暗失去光澤，表面鍍層也遭到破壞。連接接頭部分一般溫度不宜超過70 ℃，可用示溫蠟片檢查，一般黃色熔化為60 ℃，綠色70 ℃，紅色80 ℃，也可用紅外線測溫儀測量。溫度很高時還會散發(fā)出焦臭味。

套管、絕緣子有污穢或損傷嚴重時會發(fā)生放電、閃絡并產生一種特殊的臭氧味。

呼吸器硅膠一般正常干燥時為藍色，其作用為吸附空氣中進入油枕膠袋、隔膜中的潮氣，以免變壓器受潮。當硅膠由藍色變?yōu)榉奂t色，則表明受潮而且硅膠已失效，一般粉紅色部分超過2/3時，應予更換。硅膠變色過快的原因主要有：

（1）長期天氣陰雨、空氣濕度較大，吸濕變色過快；

（2）呼吸器容量過小，如采用0.51 kg的呼吸器，變色過快是常見現(xiàn)象，應更換較大容量的呼吸器；

（3）硅膠玻璃罩罐有裂紋破損；

（4）呼吸器下部油封罩內無油或油位太低起不到良好油封作用，使?jié)窨諝馕唇浻头膺^濾而直接進入硅膠罐內；

（5）呼吸器安裝不良，如膠墊龜裂不合格，螺絲松動安裝不密封而受潮。

附件電源線或二次線的老化損傷，則會造成短路，從而產生異常氣味。

另外，冷卻器中電機短路、分控制箱內接觸器、熱繼電器過熱等燒損，也會產生焦臭味。

6 結 語

綜上所述，在智能小區(qū)中，物業(yè)管理人員一定要密切關注變壓器的運行情況。一旦出現(xiàn)異常，務必及時查明原因，解決故障，確保小區(qū)內的正常供電。

參 考 文 獻

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0 引 言

道路上的井蓋遍及城市各地，由于人為偷盜或者長期磨損導致井蓋丟失、塌陷，對過往車輛和行人造成危險。針對井蓋監(jiān)控手段欠缺，目前以人防、物防為主，急需設計一種技術防范的安全監(jiān)管系統(tǒng)。近幾年隨著無線傳感網絡的發(fā)展，利用無線傳感網絡設計安防領域已成為熱點[1-2]。由于井蓋之間距離較近，結合ZigBee短距離通信技術[3]，設計一種基于井蓋安全監(jiān)控系統(tǒng)的嵌入式網關，網關接收來自無線傳感網絡協(xié)調器的數(shù)據(jù)，處理、存儲后通過GPRS網絡傳輸?shù)焦簿W絡中。

1 井蓋監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理

本文的井蓋監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理圖如圖1所示，其系統(tǒng)組成為包含井蓋報警器的ZigBee網絡、嵌入式網關、GPRS短信模塊、Web服務器。井蓋報警器之間采用ZigBee無線通信技術，每個報警器作為ZigBee網絡中的節(jié)點，通過固定的組網方式形成無線傳感網絡。報警器以接力的方式將數(shù)據(jù)傳到ZigBee網絡的協(xié)調器節(jié)點，協(xié)調器節(jié)點負責接收所有網絡中的報警器節(jié)點信息。嵌入式網關通過串口1獲得ZigBee無線傳感網絡中的報警器數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)庫存儲并處理，將必須的信號發(fā)送給GPRS模塊，GPRS電路將其轉發(fā)到具有固定IP地址的Web數(shù)據(jù)庫服務器中，實現(xiàn)報警數(shù)據(jù)的上傳。市政設施管理處以及自來水廠等政府機構可以通過網絡查詢自己單位的井蓋狀態(tài)，是否需要維護，并記錄，同時發(fā)送短信給檢修人員，實現(xiàn)及時維修和處理。

圖1 井蓋監(jiān)控系統(tǒng)工作原理

2 系統(tǒng)網關的硬件設計

本系統(tǒng)的網關硬件組成框圖如圖2所示，該網關包含三星公司的微處理器S3C6410、存儲模塊、JTAG接口、LCD顯示接口、GPRS模塊等。

圖2 網關硬件框圖

2.1 處理器

系統(tǒng)采用三星公司的S3C6410微處理器作為網關硬件電路，S3C6410采用ARM11的內核架構，采用8級流水線與數(shù)據(jù)地址總線分離的哈佛結構[4-5]。包含多種硬件外設，支持NOR-FLASH，NAND-FLASH，OneNAND，CF，ROM等多種存儲器端口，增加的流水線設計提高了時鐘頻率和并行處理能力。是一種高性能的32位RISC處理器，可以穩(wěn)定運行在667 MHz主頻以上。主要應用于嵌入式設備、消費類電子、工業(yè)控制、車載導航、行業(yè)PDA等電子產品。

2.2 存儲模塊

網關的數(shù)據(jù)都放在存儲模塊中，S3C6410的平臺包含NAND FLASH，NOR FLASH和SD卡三種。NAND FLASH采用三星公司的K9F1G08U0型號，大小為128 MB，存放bootloader、啟動參數(shù)、內核、根文件等，網關設計采用從NAND FLASH啟動，選擇德國DENX軟件中心開發(fā)的U-Boot作為bootloader進行引導。NOR FLASH采用低電壓供電且具有低功耗模式的S29AL08D芯片，大小為8 MB，3 V供電。S3C6410提供SD卡接口，可以外接SD卡，支持從SD卡啟動。

2.3 JTAG接口

S3C6410可使用簡易JTAG電路對FLASH進行在線編程，通過標準20針接口同宿主機相連接，實現(xiàn)FLASH的擦除和編程。

2.4 GPRS模塊

GPRS模塊采用SIMCOM公司的SIM900A，工作頻段支持EGSM 900 MHz和DCS 1 800 MHz，可以使用包含CS-4等多種編碼格式，內置TCP/IP協(xié)議，采用SPI接口，同微處理器S3C6410的串口0相連。

2.5 LCD顯示接口

LCD選用7寸真彩色寬屏AT070TN92，外帶7寸電阻觸摸屏，分辨率800×480， 支持LVDS接口。

3 網關平臺的搭建

S3C6410微處理器采用移植性較強的Linux操作系統(tǒng)，能夠固化在容量小的嵌入式設備，系統(tǒng)內核選用2.6.38.8，搭建網關開發(fā)平臺主要包含三個部分：引導程序、內核、系統(tǒng)文件[6-7]。編譯環(huán)境選擇交叉編譯，選擇VMware虛擬機，交叉編譯器選用arm-linux-gcc-3.41，實現(xiàn)在Windows操作系統(tǒng)下編譯嵌入式Linux系統(tǒng)執(zhí)行的文件。

引導程序主要負責加載操作系統(tǒng)，實現(xiàn)硬件的初始化，建立設備的內存映射表。加載方式采用將BootLoader搬移到SDRAM中進行執(zhí)行，比直接在FLASH中運行速率快。采用開源的U-boot作為BootLoader，針對S3C6410硬件修改體系結構相應代碼實現(xiàn)移植。

內核部分主要針對需要進行內核裁剪和添加，獲取標準的Linux內核2.6.38.8版本，配置Kconfig文件，產生.config文件，通過編譯內核生成內核鏡像文件zImage。將GPRS模塊驅動和LCD驅動編譯生成動態(tài)文件，采用insmod方式加載到內核。

系統(tǒng)文件主要制作Linux系統(tǒng)的根文件系統(tǒng)，Linux所有設備都是以文件形式存在，選擇常用的cramfs文件系統(tǒng)，啟動內核需要根文件系統(tǒng)來掛載。下載Busybox工具進行配置，利用mkcramfs制作文件系統(tǒng)的鏡像。

4 網關的軟件設計

井蓋監(jiān)控系統(tǒng)的網關設計軟件工作流程如圖3所示，包含三個處理事件：串口、數(shù)據(jù)庫和QT界面設置。

串口處理需要通過啟動進程實現(xiàn)，本系統(tǒng)需要接收ZigBee網絡傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，網關和ZigBee網絡的協(xié)調器通過串口1連接，網關啟動一個進程接收ZigBee網絡的節(jié)點數(shù)據(jù)，包括節(jié)點地址和采集的傳感器參數(shù)。當有數(shù)據(jù)傳輸過來時，按照節(jié)點ID將數(shù)據(jù)存儲在SQlite3數(shù)據(jù)庫中。

數(shù)據(jù)庫采用SQlite3的小型嵌入式數(shù)據(jù)庫，占用250 KB空間大小，支持數(shù)據(jù)庫達到2 TB。網關啟動后在相應路徑建立數(shù)據(jù)庫，同時建立數(shù)據(jù)庫表項，包含節(jié)點ID和節(jié)點地址以及傳感器采集的井蓋狀態(tài)信息等。

應用程序界面采用QT Creater設計，基于C++進行開發(fā)的應用程序框架。設計良好的UI界面，通過按鍵的觸發(fā)調用數(shù)據(jù)庫和串口提供的API接口函數(shù)，顯示出各個井蓋模塊的安全狀態(tài)。后臺運行串口服務程序和數(shù)據(jù)庫，QT通過動態(tài)庫的方式調用相關數(shù)據(jù)。

圖3 網關工作流程圖

5 實驗分析

針對井蓋分布狀況，進行無障礙距離測試，實驗以丟包率進行測試。每隔5 s從無線傳感網絡節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)到網關，網關收到數(shù)據(jù)后分析并記錄。測試范圍在130 m以內，10 m為間隔，在每個距離點上發(fā)送300組數(shù)據(jù)，實驗結果如圖4所示。實驗結果表明，節(jié)點距離在60 m范圍內丟包率為0，數(shù)據(jù)穩(wěn)定傳輸，合理安置井蓋節(jié)點報警器可以滿足系統(tǒng)的應用要求。

圖4 網關系統(tǒng)丟包率測試

6 結 語

系統(tǒng)采用低功耗ARM11的S3C6410的處理器設計井蓋安全報警系統(tǒng)，結合ZigBee無線傳感網絡布控井蓋報警器，通過GPRS網絡將數(shù)據(jù)傳送給遠程監(jiān)控系統(tǒng)，達到實時監(jiān)控的效果。該網關可擴展接口較豐富，將井蓋安全狀態(tài)信息通過串口接收，發(fā)送控制命令給無線傳感網絡的協(xié)調器?；赒T開發(fā)了友好的應用界面，可以實時查詢井蓋狀態(tài)，并對歷史數(shù)據(jù)進行存儲。該網關功能豐富，可擴展性較強，具有低功耗、高通信效率的特點，可廣泛應用與井蓋安全監(jiān)控領域。

參 考 文 獻

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