變壓器鐵芯接地電流實時監測系統設計

電力變壓器是電力系統中最重要的電氣設備，運行中一旦出現故障，將會對電力系統造成嚴重的后果。正常運行的變壓器鐵芯一點接地，如果有兩點或者兩點以上同時接地，則鐵芯與大地之間將形成電流回路，最大電流可以達到幾十安培，將會造成鐵芯過熱，甚至燒毀。目前判斷變壓器鐵芯是否存在多點接地，主要有三種方法：鉗形電流表定期監鐵芯接地電流的電氣方法，測量鐵芯對地絕緣電阻法，監測變壓器絕緣油特征氣體的氣相色譜分析法。以上方法存在的不足是不能及時發現鐵芯多點接地故障，一旦發生故障，也不能及時采取相應措施。因此，對變壓器鐵芯接地電流的實時在線監測是十分必要的。

　　目前，現場人員多采用鉗形電流表夾住鐵芯接地線來監測其電流，但由于變壓器強磁場的干擾，測量值很不精確，甚至出現同一測量點幾次測量值差別迥異的情況，這樣測量的參考價值值得懷疑;而國內有些單位研制的自動監測裝置雖能及時發現多點接地故障，但缺乏故障后的實時監測功能。為此，設計了一種基于GSM通訊的在線監測裝置，較好地解決了變壓器鐵芯接地電流在線監測的問題。為了解決正常狀態下接地電流很小，受到的現場干擾卻比較嚴重的問題。

　　1、目的

　　大型電力變壓器鐵芯電流的變化可直接反映出變壓器的故障狀態——是否存在鐵芯多點接地。以往的監測方式是由變電站值班人員使用手持儀器定期進行檢測和記錄，該方式的最大缺點是不能立即對故障做出反應，存在使事故進一步擴大的嚴重隱患。隨著電力自動化水平的提高和無人值守變電站的增多，迫切需要一種穩定可靠、精度高、功能強的大型電力變壓器鐵芯電流在線監測裝置。本文所描述的裝置，就是為此而設計的，具有極高的應用價值。

　　1.1 今后的發展

　　目前國家正在發展智能化電網，而變壓器鐵芯在線監測系統是構成智能化電網中比較重要的組成部分，國外早在八十年代就已經開始實現對變壓器鐵芯在線監測系統研究并實現無人化變電站，可以節省大量的人力物力，并能夠及時有效的發現變壓器鐵芯接地點情況，并通過一系列的數據可以分析變壓器是否存在多點接地的危險，更好的保證變壓器設備的正常運行。目前國家在安全規程中已提出變壓器鐵芯在線監測的要求，在以后五年內將全部實現變壓器鐵芯在線監測的部署。國外科技工作者和有關部門對這種定期維修和預防性試驗的不足之處早有認識，已紛紛致力于電氣設備的在線監測和狀態檢修研究。它的優點在于可及時發現早期故障征兆，使運行維護人員在故障處于萌芽狀態時能夠通過檢測手段及早消除隱患，從而避免惡性事故的發生，提高了維修質量和效率。隨著傳感器技術、信號處理技術和計算機技術的發展與應用，作為狀態檢修基礎的電氣設備在線監測技術得到了飛速發展，已成為絕緣檢測中的一個重要組成部分，它將在很多方面彌補僅依靠定期預防性試驗帶來的不足之處。通過對鐵芯接地電流的在線監測，準確判斷鐵芯的工作狀況，從而有的放矢在鐵芯出現故障前及時進行維護，不僅有效的提高了供電的可靠性，還降低了電力系統的運行費用，對保障電力變壓器的安全運行具有十分重要的意義。

　　1.2 成果的應用及推廣

　　1.2.1 解決了停運檢修使電力部門付出巨大的人力，物力代價，不僅給電能用戶帶來不便，還存在著維修過剩的問題。

　　1.2.2 解決了兩次預防性試驗之間的間隔時間較長，對于突發性絕緣故障難以發現，存在維修不足的問題。

　　1.2.3 解決了試驗條件和運行條件的差別，有些離線試驗不能完全反映設備在運行條件下的絕緣狀況。

　　1.2.4解決了大修和停電試驗時人為造成新的設備故障現象也時有發生。

　　2、目標

　　為了滿足電力系統對變壓器鐵芯狀態檢修的需要，提出了變壓器鐵芯多點接地在線監測系統的設計方案，該監測系統應滿足以下功能：2.1監測系統的投入和使用不改變，不影響變壓器的正常運行;2.2能夠連續監測、記錄和處理數據、及時報警和故障診斷;2.3具有良好的抗干擾能力和合理的監測靈敏度;2.4系統本身可靠性高，易于維護，適于長期運行;2.5能夠有效管理數據，人機界面良好。

　　3、內容

　　基于以上考慮，需要完成以下幾個方面的研究和工作：

　　3.1鐵芯接地電流理論分析

　　根據變壓器鐵芯實際結構，建立合適的鐵芯數學模型，計算鐵芯一點接地電流及多點接地故障電流值，并分析隨故障點不同故障電流的變化規律，為系統設計提供理論支持。

　　3.2系統硬件電路設計

　　根據鐵芯接地在線監測系統的要求，設計包括電流傳感器、濾波、放大、A/D轉換、數據存儲及控制在內的數據采集電路，為接地電流信號的監測和提取搭建一個硬件平臺。

　　3.3系統軟件設計

　　編程實現基于RS232串口的上下位機通信，使上位機能夠控制下位機運行并能夠收到下位機采集的鐵芯接地電流在線監測數據，建立接地電流在線監測數據庫，實現數據的存儲、查詢等功能，并采用LabVIEW開發一套變壓器鐵芯接地電流分析軟件。

　　3.4系統結構

　　系統由泄漏電流傳感器、數據采集柜、就地顯示儀表、串口聯網服務器、路由器和系統服務器組成：

　　串口聯網服務器提供TCP/UDP socket工作模式，包括服務端和客戶端，支持狀態監測和Web發布。每臺串口聯網服務器有4個RS-485口，可以使每臺串口設備單獨占用一個串口，以減少不同串口設備并起來的干擾。數據采集柜可采集變壓器或者電抗器的鐵芯和夾件泄漏電流并通過串口與聯網服務器相連。

　　遠程顯示：本系統的數據采集模塊能夠實時的采集變壓器等電氣設備的泄露電流參數，并能夠通過RS-485傳送到串口聯網服務器，再傳送到電力局域網，串口聯網服務器具有自連接功能，即便系統斷電，當電源恢復時串口聯網服務器也能夠自動連到局域網中。

　　本地顯示： 本地顯示儀表能夠實時顯示變壓器等電氣設備的泄露電流參數，并具有聲音報警功能。