变压器铁芯接地在线监测

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----变压器铁心接地在线监测(及限流)装置

电力变压器安全运行的保护神2电力变压器是电力系统中的枢纽设备，其运行的可靠性将直接关系到电力系统的安全稳定运行。对变压器的事故统计分析表明，铁心事故在变压器总事故中已占到了第三位，而铁心的故障的产生，大部分是由于铁心多点接地引起的。变压器铁心接地故障不同于其它故障，有其特殊性。大家都知道，铁心接地故障如果处理得当，将影响变压器正常运行。例如，有一台日本生产的变压器从80年代运行至今，一直存在铁心悬浮多点接地故障，因为处理得当，30年左右未退出运行。但如果处理不当，又极易发生事故。近年来，天津、山西等地都发生过因铁心接地故障造成轻瓦斯保护动作。因而使500KV变压器停电的事故，其损失惨重。项目成果对状态检修技术发展的作用项目研究水平和技术发展趋势变压器铁心多点接地在线监测的研究是近几年发展起来的，虽然国内外已有不少公司投入人力、物力开发出了一系列该产品，但总体上功能还比较单一,出现多点接地时不能及时进行故障处理。为解决上述问题，提高铁心绝缘的在线监测技术水平，早日在供电部门实现状态检修，以发挥其经济效益和社会效益。保定市精艺电子仪器有限公司和华北电力大学故障诊断研究室于2005年5月立项，开发出了一套具有独立知识产权的实用化在线监测与诊断系统，无论从理论上和实际工程应用效果上均达到国内领先水平。34

BTJZ型变压器铁心接地在线监测及限流装置2007年通过河北省科技厅组织的产品鉴定，鉴定该项目为国际先进水平。2008年获得国家实用新型专利。2009年获河北省科技进步三等奖。2010年获国家发明专利。目前，公司生产出的变压器铁心接地在线监测产品已形成系列化，可根据用户需求不同，提供不同类型、不同通讯形式的在线监测产品，下面，我向大家逐一介绍：项目研究水平和技术发展趋势5

本装置是在对变压器铁心多点接地故障深入研究基础上开发的，该装置集信号采集、实时显示、数据传输、计算、分析、存储、过电流限流于一体，它的成功开发和应用，对提高变压器运行的可靠性和对在线监测技术的应用起到了良好的促进作用。一、装置简介上图为：公司经理张正平和华北电力大学专家广泛调研变压器铁心接地故障的有关信息6二、铁心多点接地在线监测的必要性及意义

目前，我国制造的大中型变压器，铁心大都经一只套管引至油箱体外接地。这是因为变压器铁心在运行时，线圈的电场和磁场共同作用使铁心的各部件（包括夹件等）具有不同的电位，若铁心不可靠接地，则因电位不同而可能产生断续局部放电现象，损坏其绝缘；另一方面，如果变压器铁心出现多点接地情况，则每两个接地点间通过铁心自身和接地线路形成一个闭合回路，其中交链的磁通将在回路中感应出环流，使铁心局部过热，严重时会造成局部烧损，这就是变压器铁心多点接地故障。有关资料表明，因铁心多点接地造成的事故，占变压器总事故的第三位，因此正常运行的变压器必须且只能一点接地。

7三、装置的设计依据

根据运行经验以及理论分析表明，铁心一点接地时，流过变压器铁心接地线电流的有效值仅为几十毫安；但铁心出现多点接地时，流过铁心接地线中的电流急剧增加，根据原电力部《电力设备预防性试验规程》规定，流过变压器铁心的电流不能超过0.1A，当电流超过0.1A后，即认为铁心可能存在多点接地故障，须采取一定措施，但变压器是电力系统中的枢纽设备，若马上停电检修将会带来巨大的经济损失。虽然多点接地时流过铁心的电流可达几十安培，但理论分析表明当变压器铁心出现多点接地时其接地回路中感应出的电动势一般在210V以内，因此我们的设计思路是当系统监测到铁心地线电流超标后及时在接地回路中串入合适阻值的大功率电阻即可将电流限制在0.1A以内，然后等待合适机会，如变压器停运或大修时，再采用油流冲洗、大电流冲击或吊芯检查，最终排除其多点接地故障。8

四、装置符合国家电网公司关于标准符合国家电网公司企业标准：

Q/GDW534-2010变电设备在线监测系统技术导则

Q/GDW535-2010变电设备在线监测装置通用技术规范

Q/GDW540.1-2010变电设备在线监测装置检验规范第1部分：通用检验规范

本产品（系列）监测系统具有网络扩展功能，遵循IEC61850

标准（等同DL/T860变电站通信网络和系统）的通信规约，适用于数字化变电站通信网络和系统。标准监测参数测量范围允许误差分辨率检测时间功能国家电网公司企业标准铁心接地电流1mA～10A±2.5%1mA小于2h监测企业标准BTJZ型变压器铁心（夹件）接地在线监测装置铁心接地电流1mA～30A±2.5%1mA实时监测，超标报警BTJZ型变压器铁心（夹件）接地在线监测及限流装置铁心接地电流1mA～30A±2.5%1mA实时超标报警并限流9五、装置的工作原理

系统的模拟量检测信号为铁心接地线中的电流，数字量检测信号为自动/手动开关的高低电平。在单片机的控制下，采集系统对经过信号预处理环节的电流信号进行模数转换，并计算该电流的有效值，当检测到电流超过0.1A后，在自动状态下就可以投入限流电阻，以将流过铁心接地线中的电流限制在0.1A之内，并给出报警信号，通知现场人员采取进一步的措施。

10六、技术关键和可靠性●

建立了变压器铁心单点和多点接地的电路模型，并进行了理论定量分析，得到了电压、电流参数，为监测装置的设计奠定了理论基础。

●

采用了特制的电流传感器，抗干扰能力强，具有高精度和宽量程的特点，满足铁心电流变化范围较大的特点。

●限流装置在铁心接地回路中串入了多档限流电阻，该系统不仅起到监测作用，当出现电流异常时能立即投入合适的电阻，将接地电流限制在正常范围之内，保证变压器安全运行。

●对限流装置设计了合理的限流电阻网络结构，保证档位之间稳定过渡，最大程度上保证了装置工作的可靠性。

●限流装置系统具有开路自诊断功能，若开路，则采取闭锁确保铁心可靠接地。

●

通过了严格的电磁兼容认证试验，抗干扰能力强。

●应用全封闭且具有良好电磁屏蔽的不锈钢机箱，机箱内部设置了温控器，保证装置在各种环境温度下正常工作。

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监测系统现场独立运行，也可通过有线通信或无线通信实现远程监测，并能实现计算机局域网报警监控。

●可同时监测多个设备，能实现站端单一监测和局端汇总监测功能，可对实时监测数据进行浏览或对设备进行设置，具备数据、曲线等分析功能。

●

对变压器铁心接地常年实时监测，下位机可存储3年以上监测记录，发生断电时，数据不丢失。装置对多点接地发生周期加以分析，为检修提供充分依据。11

硬件系统中，限流单元是核心，设计中模拟了铁芯发生多点接地故障时，可能出现的最大环路电压及环路电流，从而选择出符合阻值及功率要求的电阻。在接地电流小于0.1A时，主回路中的接触器J1是常闭状态；一旦铁心接地电流超标，系统自动将主接触器打开，在接地线中投入合适的限流电阻。七、限流单元设计12八、保护单元的设计

为了防止多点接地故障发生时产生的过电压侵入二次测量系统，该装置采用了混合保护单元，其混合保护原理是将耐大浪涌电流、长寿命的放电管与低电压、响应速度快的压敏电阻结合起来使用，使受保护的终端电压保持在钳制电压上。当浪涌不断上升时,压敏电阻上的电压上升导致放电管动作，形成弧光放电，受保护端上的电压立刻降到放电管的弧光电压值，且压敏电阻停止导通。混合单元放电稳定，尤其放电电压波形光滑，几乎无尖峰和毛刺出现，放电分散性小。装置保护单元分三部分：

1、自动状态下，下位机软件程序保护单元；

2、自动状态下，硬件保护单元；

3、自动⁄手动状态下，当装置电压超过210V时，装置及时恢复到初始状态退出主回路。13九、抗干扰措施为了保证系统稳定可靠，装置采用了如下抗干扰措施：●

精心选择原器件。该装置硬件单元所用芯片均为集成化程度高、抗干扰能力强、功耗小的工业级或以上电子器件。●

应用全封闭且具有良好电磁屏蔽的不锈钢机箱。●

应用抗干扰磁环和抗干扰器件对电源信号系统进行保护。●电路板采用了四层板设计，提高了抗干扰能力。●

本装置经国内最先进的“华北电力学院电磁兼容实验室”做了检测，性能指标符合设计要求。14十、产品型式试验

该装置通过了华北电力大学电磁场与电磁兼容实验室（国家级）的相关型式试验和电力工业电气设备质量检验测试中心（武汉）的相关型式试验。试验结果符合设计要求。近期公司又将四种该铁心系列产品报检，通过了中国电科院高压所的形式检验，其通讯符合IEC61850

标准（等同DL/T860变电站通信网络和系统）的通信规约，15十一、限流装置的现场安装1、将装置安装于变压器油池旁的水泥基座上，装置距离变压器本体的距离应不低于0.5m。箱体底部留有四个Φ14螺丝孔，将箱体安装紧固，并将箱体可靠接地。2、将变压器铁心接地引下线断开(可在不停电状态下进行，将接地引下线短接一段，再断开)，分别引至装置上的小瓷套管，并连接牢固可靠，(然后再断开短接部分)，引至装置的导线对地应绝缘。16变压器铁心接地监测装置安装在变压器现场附近用户指定位置。其特制穿心传感器固定在变压器铁心（夹件）接地引下线上，传感器将监测的接地电流数据实时传送给装置下位机和上位机。十二、在线监测装置的安装变压器铁心接地在线监测装置17十三、产品通过河北省科技厅组织的鉴定

该产品于2007年通过了河北省科技厅组织的产品鉴定，鉴定该项目为国际先进水平。

2009年获河北省科技进步三等奖。18该产品2008年获得国家实用新型专利

；2010年11月获国家发明专利。十四、产品获得国家实用新型专利

19十五、部分用户使用案例

（1）

2006年10月，宁夏自治区盐池220KV变电站4号主变安装并投入运行我公司铁心接地在线监测及限流装置，该变电站的4号主变故障接地电流为550mA，装置投入运行后，自动投入限流电阻115Ω，显示接地电流1mA，第二天复查，限流电阻自动退出，显示接地电流31mA。2009年底公司跟踪该装置运行情况，确认装置运行正常，4号主变接地电流在规程规定的合格范围之内。20

吉林延边局敦化220KV变电站1号主变，曾出现铁心多点接地故障，该站对此采取简单限流措施，在铁心接地线中串入了限流电阻，但限流电阻的投切是靠工作人员巡视后来完成。2006年11月，该站安装了我公司铁心接地在线监测及限流装置，当接地电流超标时，装置立即自动投入限流电阻，将铁心接地电流限制在规程之内，并给出报警信号，通知现场人员采取进一步措施，保证变压器安全运行。十五、部分用户使用案例

（2）21

2009年6月，贵州省贵阳市扎佐220KV变电站1号主变安装并运行我公司铁心接地在线监测及限流装置，该主变故障接地电流为12A，装置投入运行后，自动投入限流电阻115Ω，显示接地电流70mA，第二天复查，限流电阻自动退出，显示接地电流2mA。该1号主变铁心接地在线监测上位机设在变电站主控室，实时监测铁心接地电流情况，保证变压器安全运行。十五、部分用户使用案例

（3）22

2009年6月，山东省超高压，枣庄500KV变电站，3号主变B项安装运行我公司铁心接地在线监测及限流装置，该电站3号主变B项故障接地电流为734mA，装置投入运行后，立即自动投入限流电阻115Ω，显示接地电流80mA，第二天复查，装置自动投入限流电阻275Ω，显示接地电流36mA。该3号主变B项铁心接地在线监测上位机设在变电站主控室，通过通讯线，以图形和数据形式实时监测3号主变B项铁心接地电流情况，保证变压器安全运行。十五、部分用户使用案例

（4）23

山东潍坊电厂220KV电站2号主变，曾在94年发生过低压侧线圈烧毁事故，虽然对此做了相应的绝缘处理，消除铁心片间的局部短路，但由于受现场条件限制，无法进行彻底处理。2003年该变压器吊罩大修时，对该过热点重新清理，但也无法彻底处理。2009年10月华电潍坊发电有限公司提出设计方案，建立变压器铁心接地电流在线检测系统，在安装和运行我公司铁心接地在线监测及限流装置的基础上，对变压器铁心接地故障进行了定性、定位研究，并研制了便携式现场处理装置。十五、部分用户使用案例

（5）24

2009年11月，贵州省贵阳市高云110KV变电站1号主变安装并运行我公司铁心接地在线监测及限流装置，该主变故障接地电流为2A，装置投入运行后，故障接地电流立即消失，显示接地电流为1mA。第二天复查，显示接地电流1mA。该1号主变的铁心接地在线监测上位机设在变电站主控室，实时监测铁心接地电流情况，保证变压器安全运行。十五、部分用户使用案例

（6）25十五、部分用户使用案例

（7）

2010年3月，我公司人员在为山东省盛泉110KV变电站1号主变安装调试铁心接地在线监测及限流装置。该电站为保障1号主变安全可靠运行，还安装了其他在线监测装置，为状态检修的实现打下了一定基础。26

2010年5月，河北廊坊市，康仙220KV电站1号主变，安装运行我公司变压器铁心接地在线监测及限流装置，该2号主变故障接地电流1.3A，装置投入运行后，自动投入限流电阻115Ω，显示接地电流62mA.公司对故障现象跟踪，从历史记录中发现，从装置投入运行到11月7日7时50分，该主变的接地电流始终在160mA左右，处于非悬浮多点接地状态。对此，该变电站采取了油流冲洗处理。11月8日12时主变恢复运行，装置监测记录中反映出接地电流为1mA。装置为状态检修提供了依据。十五、部分用户使用案例

（8）27

2010年5月，山东日照市陈疃镇500KV变电站，1号主变C相安装运行我公司铁心接地在线监测及限流装置，该主变C相曾发生接地电流82mA，装置投入运行后，自动投入限流电阻115Ω，显示接地电流为2mA。第二天复查，装置投入限流电阻115Ω，显示接地电流2mA。该1号主变，铁心接地在线监测上位机，设在变电站主控室，以图形和数据形式实时远程监控，保证变压器安全运行。 十五、部分用户使用案例

（9）28

2010年8月，贵州六盘水供电局，水城220KV变电站1号和2号主变，安装运行了我公司铁心接地在线监测及限流装置。这两台主变的铁心接地在线监测系统，其上位机均经通讯线设在变电站主控室内，以图形和数据形式实时远程监控，