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神2電力變壓器是電力系統(tǒng)中的樞紐設備，其運行的可靠性將直接關系到電力系統(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，將影響變壓器正常運行。例如，有一臺日本生產的變壓器從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，30年左右未退出運行。但如果處理不當，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)檢修技術發(fā)展的作用項目研究水平和技術發(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，雖然國內外已有不少公司投入人力、物力開發(fā)出了一系列該產品，但總體上功能還比較單一,出現多點接地時不能及時進行故障處理。為解決上述問題，提高鐵心絕緣的在線監(jiān)測技術水平，早日在供電部門實現狀態(tài)檢修，以發(fā)揮其經濟效益和社會效益。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權的實用化在線監(jiān)測與診斷系統(tǒng)，無論從理論上和實際工程應用效果上均達到國內領先水平。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品鑒定，鑒定該項目為國際先進水平。2008年獲得國家實用新型專利。2009年獲河北省科技進步三等獎。2010年獲國家發(fā)明專利。目前，公司生產出的變壓器鐵心接地在線監(jiān)測產品已形成系列化，可根據用戶需求不同，提供不同類型、不同通訊形式的在線監(jiān)測產品，下面，我向大家逐一介紹：項目研究水平和技術發(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上開發(fā)的，該裝置集信號采集、實時顯示、數據傳輸、計算、分析、存儲、過電流限流于一體，它的成功開發(fā)和應用，對提高變壓器運行的可靠性和對在線監(jiān)測技術的應用起到了良好的促進作用。一、裝置簡介上圖為：公司經理張正平和華北電力大學專家廣泛調研變壓器鐵心接地故障的有關信息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生斷續(xù)局部放電現象，損壞其絕緣；另一方面，如果變壓器鐵心出現多點接地情況，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出環(huán)流，使鐵心局部過熱，嚴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、裝置的設計依據

根據運行經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；但鐵心出現多點接地時，流過鐵心接地線中的電流急劇增加，根據原電力部《電力設備預防性試驗規(guī)程》規(guī)定，流過變壓器鐵心的電流不能超過0.1A，當電流超過0.1A后，即認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)中的樞紐設備，若馬上停電檢修將會帶來巨大的經濟損失。雖然多點接地時流過鐵心的電流可達幾十安培，但理論分析表明當變壓器鐵心出現多點接地時其接地回路中感應出的電動勢一般在210V以內，因此我們的設計思路是當系統(tǒng)監(jiān)測到鐵心地線電流超標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，然后等待合適機會，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、裝置符合國家電網公司關于標準符合國家電網公司企業(yè)標準：

Q/GDW534-2010變電設備在線監(jiān)測系統(tǒng)技術導則

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

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

本產品（系列）監(jiān)測系統(tǒng)具有網絡擴展功能，遵循IEC61850

標準（等同DL/T860變電站通信網絡和系統(tǒng)）的通信規(guī)約，適用于數字化變電站通信網絡和系統(tǒng)。標準監(jiān)測參數測量范圍允許誤差分辨率檢測時間功能國家電網公司企業(yè)標準鐵心接地電流1mA～10A±2.5%1mA小于2h監(jiān)測企業(yè)標準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，數字量檢測信號為自動/手動開關的高低電平。在單片機的控制下，采集系統(tǒng)對經過信號預處理環(huán)節(jié)的電流信號進行模數轉換，并計算該電流的有效值，當檢測到電流超過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，并給出報警信號，通知現場人員采取進一步的措施。

10六、技術關鍵和可靠性●

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

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采用了特制的電流傳感器，抗干擾能力強，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，當出現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，保證變壓器安全運行。

●對限流裝置設計了合理的限流電阻網絡結構，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。

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通過了嚴格的電磁兼容認證試驗，抗干擾能力強。

●應用全封閉且具有良好電磁屏蔽的不銹鋼機箱，機箱內部設置了溫控器，保證裝置在各種環(huán)境溫度下正常工作。

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監(jiān)測系統(tǒng)現場獨立運行，也可通過有線通信或無線通信實現遠程監(jiān)測，并能實現計算機局域網報警監(jiān)控。

●可同時監(jiān)測多個設備，能實現站端單一監(jiān)測和局端匯總監(jiān)測功能，可對實時監(jiān)測數據進行瀏覽或對設備進行設置，具備數據、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，下位機可存儲3年以上監(jiān)測記錄，發(fā)生斷電時，數據不丟失。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。11

硬件系統(tǒng)中，限流單元是核心，設計中模擬了鐵芯發(fā)生多點接地故障時，可能出現的最大環(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，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、限流單元設計12八、保護單元的設計

為了防止多點接地故障發(fā)生時產生的過電壓侵入二次測量系統(tǒng)，該裝置采用了混合保護單元，其混合保護原理是將耐大浪涌電流、長壽命的放電管與低電壓、響應速度快的壓敏電阻結合起來使用，使受保護的終端電壓保持在鉗制電壓上。當浪涌不斷上升時,壓敏電阻上的電壓上升導致放電管動作，形成弧光放電，受保護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，放電分散性小。裝置保護單元分三部分：

1、自動狀態(tài)下，下位機軟件程序保護單元；

2、自動狀態(tài)下，硬件保護單元；

3、自動?手動狀態(tài)下，當裝置電壓超過210V時，裝置及時恢復到初始狀態(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、功耗小的工業(yè)級或以上電子器件?！?/p>

應用全封閉且具有良好電磁屏蔽的不銹鋼機箱?！?/p>

應用抗干擾磁環(huán)和抗干擾器件對電源信號系統(tǒng)進行保護?！耠娐钒宀捎昧怂膶影逶O計，提高了抗干擾能力?！?/p>

本裝置經國內最先進的“華北電力學院電磁兼容實驗室”做了檢測，性能指標符合設計要求。14十、產品型式試驗

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

標準（等同DL/T860變電站通信網絡和系統(tǒng)）的通信規(guī)約，15十一、限流裝置的現場安裝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)，引至裝置的導線對地應絕緣。16變壓器鐵心接地監(jiān)測裝置安裝在變壓器現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)測的接地電流數據實時傳送給裝置下位機和上位機。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、產品通過河北省科技廳組織的鑒定

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

2009年獲河北省科技進步三等獎。18該產品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。20

吉林延邊局敦化220KV變電站1號主變，曾出現鐵心多點接地故障，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，當接地電流超標時，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，并給出報警信號，通知現場人員采取進一步措施，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)測上位機設在變電站主控室，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)測上位機設在變電站主控室，通過通訊線，以圖形和數據形式實時監(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)生過低壓側線圈燒毀事故，雖然對此做了相應的絕緣處理，消除鐵心片間的局部短路，但由于受現場條件限制，無法進行徹底處理。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上，對變壓器鐵心接地故障進行了定性、定位研究，并研制了便攜式現場處理裝置。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)測上位機設在變電站主控室，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)檢修的實現打下了一定基礎。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.公司對故障現象跟蹤，從歷史記錄中發(fā)現，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。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，設在變電站主控室，以圖形和數據形式實時遠程監(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)，其上位機均經通訊線設在變電站主控室內，以圖形和數據形式實時遠程監(jiān)控，