楊文芳 梁柏強(qiáng)

【摘要】?為了保證電力變壓器在電力系統(tǒng)中安全運(yùn)行，分析了變壓器鐵芯接地故障原理，介紹了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想以及硬件和軟件的功能，本文主要對(duì)主變鐵芯接地電流在線監(jiān)測(cè)的原理介紹，對(duì)鐵芯接地電流在線監(jiān)測(cè)裝置的應(yīng)用進(jìn)行分析。

【關(guān)鍵字】?變壓器鐵芯?接地電流?夾件接地電流

一、前言：變壓器鐵芯正常時(shí)接地的原因

變壓器鐵芯、夾件接地電流是表征主變鐵芯接地狀態(tài)的重要特征量。在變壓器正常運(yùn)行中，帶電繞組及引線與油箱間構(gòu)成的電場(chǎng)為不均勻電場(chǎng)，鐵芯和其它金屬構(gòu)件就處于該電場(chǎng)中。變壓器鐵芯不接地時(shí)高壓繞組與低壓繞組之間、低壓繞組與鐵芯之間、鐵芯與大地（變壓器油箱）之間都存在著寄生電容，帶電繞組將通過寄生電容的耦合作用使鐵芯對(duì)地產(chǎn)生一定的電位，通常稱為懸浮電位。由于鐵芯及其它金屬構(gòu)件所處的位置不同，具有的懸浮電位也不同，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)生火花放電，這種放電是斷續(xù)的，放電后兩點(diǎn)電位相同，但放電立即停止，然后再產(chǎn)生電位差，再放電。斷續(xù)放電的結(jié)果使變壓器油分解，長(zhǎng)期下去，逐漸使變壓器固體絕緣損壞，導(dǎo)致事故發(fā)生。為避免上述情況發(fā)生，國標(biāo)規(guī)定，變壓器鐵芯和較大金屬零件均應(yīng)通過油箱可靠接地，20?000?kVA及以上的變壓器，其鐵芯應(yīng)通過套管從油箱上部引出并可靠接地。具體做法是將變壓器鐵芯與變電站的接地系統(tǒng)可靠連接。這樣，鐵芯與大地之間的寄生電容被短接，使鐵芯處于零電位，這時(shí)在地線中流過的只是帶電繞組對(duì)鐵芯的寄生電容電流。對(duì)三相變壓器來說，由于三相結(jié)構(gòu)基本對(duì)稱，三相電壓對(duì)稱，所以三相繞組對(duì)鐵芯的電容電流之和幾乎等于0。

鐵芯兩點(diǎn)接地時(shí)，鐵芯在額定激磁電壓下，測(cè)量鐵芯兩端片間電壓時(shí)，發(fā)現(xiàn)兩端片間有電位差存在。這個(gè)電位差是由于鐵芯、電壓表及導(dǎo)線所構(gòu)成的回路與鐵芯內(nèi)磁通相交鏈而產(chǎn)生的。因?yàn)榻绘湹拇磐肯喈?dāng)于總磁通的1/2，所以這個(gè)電壓的數(shù)值大體相當(dāng)于匝間電壓的1/2。顯然，當(dāng)鐵芯或其它金屬構(gòu)件有兩點(diǎn)或兩點(diǎn)以上接地時(shí)，則接地點(diǎn)間就會(huì)形成閉合回路，造成環(huán)流，有時(shí)高達(dá)數(shù)10?A。該電流會(huì)引起局部過熱，導(dǎo)致油分解，產(chǎn)生可燃?xì)怏w，還可能使接地片熔斷，或燒壞鐵芯，導(dǎo)致鐵芯電位懸浮，產(chǎn)生放電，使變壓器不能繼續(xù)運(yùn)行。因此，鐵芯必須接地，而且必須是一點(diǎn)接地。

變壓器鐵芯接地故障主要表現(xiàn)為多點(diǎn)接地情況，由于電位差的存在會(huì)產(chǎn)生較大的接地環(huán)流從而引起鐵芯過熱，如不加控制會(huì)導(dǎo)致事故發(fā)生。本系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鐵芯或夾件接地電流的?可以發(fā)現(xiàn)主變的早期故障隱患，對(duì)預(yù)防事故發(fā)生將起到重要作用，同時(shí)限流系統(tǒng)可以減緩事故隱患的發(fā)展，為檢修贏得時(shí)間。

二、在線監(jiān)測(cè)裝置作用及原理介紹

根據(jù)變電站的發(fā)展需求與發(fā)展方向，切實(shí)提高無人/少人值守變電站的安全水平，在變電站配置主變鐵芯接地電流和夾件電流在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)?？梢越鉀Q傳統(tǒng)離線試驗(yàn)效率低下、工作量大的問題，避免離線試驗(yàn)難以反映實(shí)際工況下的主變狀態(tài)參數(shù)等缺陷，極大地提高主變檢修的效率和故障判斷的準(zhǔn)確性。本文介紹一種全天候?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)變壓器鐵芯接地裝置，該裝置通過對(duì)主變鐵芯接地電流和夾件電流進(jìn)行實(shí)時(shí)不間斷的監(jiān)測(cè)來反映鐵芯接地是否良好，值班人員可以在控制室內(nèi)通過系統(tǒng)后臺(tái)觀察直接了解主變鐵芯接地的運(yùn)行情況，解決了檢測(cè)故障即時(shí)性差的缺陷，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)遠(yuǎn)傳的功能，不僅如此，系統(tǒng)還具有向供電部門控制中心的上位計(jì)算機(jī)提供遠(yuǎn)程通訊接口功能，使避雷器的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)入供電部門的信息系統(tǒng)。

在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由高精度數(shù)字采集器和智能顯示單元組成，在鐵芯接地處和夾件接地處通過裝置配套高精度數(shù)字采集器接地，數(shù)字采集器采集出避接地電流信號(hào)，經(jīng)隔離變換單元把數(shù)據(jù)傳送給裝置中央處理器，實(shí)現(xiàn)對(duì)接地電流的實(shí)時(shí)記錄，及時(shí)發(fā)接地電流越限告警信號(hào)，提示運(yùn)行監(jiān)控人員安排消缺處理，從而保證了變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

三、變壓器鐵芯在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)Lora無線傳輸?shù)脑砗图夹g(shù)

LoRa是semtech公司創(chuàng)建的低功耗局域網(wǎng)無線標(biāo)準(zhǔn)，以往低功耗一般很難覆蓋遠(yuǎn)距離，遠(yuǎn)距離一般都功耗高，LoRa的名字就是遠(yuǎn)距離無線電（Long?Range?Radio），它最大特點(diǎn)就是在同樣的功耗條件下比其他無線方式傳播的距離更遠(yuǎn)，實(shí)現(xiàn)了低功耗和遠(yuǎn)距離的統(tǒng)一，它在同樣的功耗下比傳統(tǒng)的無線射頻通信距離擴(kuò)大3-5倍。

LoRa傳輸?shù)奶匦?/p>

LoRa無線傳輸距離：城鎮(zhèn)可達(dá)2-5?Km?，?郊區(qū)可達(dá)15?Km?。工作頻率：ISM?頻段，?包括433、868、915?MH等。標(biāo)準(zhǔn)：IEEE?802.15.4g。調(diào)制方式：基于擴(kuò)頻技術(shù)，線性調(diào)制擴(kuò)頻（CSS）的一個(gè)變種，具有前向糾錯(cuò)（FEC）能力，semtech公司私有專利技術(shù)。容量：一個(gè)LoRa網(wǎng)關(guān)可以連接上千上萬個(gè)LoRa節(jié)點(diǎn)。電池壽命：長(zhǎng)達(dá)10年。安全：AES128加密。傳輸速率：幾百到幾十Kbps，速率越低傳輸距離越長(zhǎng)，這很像一個(gè)人挑東西，挑的多走不太遠(yuǎn)，少了可以走遠(yuǎn)。這些特性對(duì)安裝在現(xiàn)場(chǎng)的在線主變鐵芯接地電流監(jiān)測(cè)是恰恰是最好的方式。

LoRa傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

上圖是LoRa無線傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖，左邊是各種應(yīng)用傳感器，，它右邊是LoRaWan網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)換協(xié)議，把LoRa傳感器的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為TCP/IP的格式發(fā)送到Internet上。LoRa網(wǎng)關(guān)用于遠(yuǎn)距離星型架構(gòu)，是多信道、多調(diào)制收發(fā)、可多信道同時(shí)解調(diào)。由于LoRa的特性可以同一信道上同時(shí)多信號(hào)解調(diào)。網(wǎng)關(guān)使用不同于終端節(jié)點(diǎn)的RF器件，具有更高的容量，作為一個(gè)透明網(wǎng)橋在終端設(shè)備和中心網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器間中繼消息。網(wǎng)關(guān)通過標(biāo)準(zhǔn)IP連接連接到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，終端設(shè)備使用單播的無線通信報(bào)文到一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)關(guān)。

四、基于Lora無線傳輸?shù)蔫F芯在線監(jiān)測(cè)裝置作用及原理介紹

基于Lora無線傳輸主變鐵芯接地電流在線監(jiān)測(cè)裝置實(shí)時(shí)監(jiān)控以下情況：?1.?實(shí)時(shí)監(jiān)控主變鐵芯接地電流;?2.?實(shí)時(shí)監(jiān)控主變夾件接地電流; 3.?實(shí)時(shí)記錄接地電流越限時(shí)間，以便于查找原因時(shí)能作為依據(jù)。安裝在現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)測(cè)采集器不斷低通過Lora無線傳輸?shù)姆绞较蚩刂剖野l(fā)送實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，達(dá)到遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)的目的。值班人員可以在控制室內(nèi)通過系統(tǒng)后臺(tái)觀察直接了解各接入主變的運(yùn)行情況，解決了檢測(cè)故障即時(shí)性差的缺陷，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)遠(yuǎn)傳的功能，不僅如此，系統(tǒng)還具有向供電部門控制中心的上位計(jì)算機(jī)提供遠(yuǎn)程通訊接口功能，使主變鐵芯的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)入供電部門的信息系統(tǒng)。因此，該系統(tǒng)為變電站的無人值守提供了有效的手段。

基于Lora無線傳輸?shù)脑诰€監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由高精度數(shù)字采集器和智能顯示單元、基于Lora無線傳輸模塊組成，避雷器通過裝置配套高精度數(shù)字采集器接地，數(shù)字采集器采集出接地電流信號(hào)，經(jīng)隔離變換單元通過Lora無線傳輸把數(shù)據(jù)傳送給裝置中央處理器，實(shí)現(xiàn)對(duì)接地電流越限的主變特性能夠判斷主變鐵芯接地的早期故障。及時(shí)發(fā)過告警信號(hào)，提示運(yùn)行監(jiān)控人員安排消缺處理，從而保證了高壓設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

五、結(jié)語

變壓器鐵芯接地線中的電流大小作為判斷鐵芯是否出現(xiàn)多點(diǎn)接地的依據(jù)具有可行性，?裝置可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鐵芯地線電流，?當(dāng)出線電流異常時(shí)，實(shí)現(xiàn)報(bào)警、數(shù)據(jù)的保存和分析功能。

參?考?文?獻(xiàn)

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