无线传输的主变铁芯接地电流在线监测装置的应用研究

杨文芳 梁柏强

【摘要】 为了保证电力变压器在电力系统中安全运行，分析了变压器铁芯接地故障原理，介绍了系统的设计思想以及硬件和软件的功能，本文主要对主变铁芯接地电流在线监测的原理介绍，对铁芯接地电流在线监测装置的应用进行分析。

【关键字】 变压器铁芯 接地电流 夹件接地电流

一、前言：变压器铁芯正常时接地的原因

变压器铁芯、夹件接地电流是表征主变铁芯接地状态的重要特征量。在变压器正常运行中，带电绕组及引线与油箱间构成的电场为不均匀电场，铁芯和其它金属构件就处于该电场中。变压器铁芯不接地时高压绕组与低压绕组之间、低压绕组与铁芯之间、铁芯与大地（变压器油箱）之间都存在着寄生电容，带电绕组将通过寄生电容的耦合作用使铁芯对地产生一定的电位，通常称为悬浮电位。由于铁芯及其它金属构件所处的位置不同，具有的悬浮电位也不同，当两点之间的电位差达到能够击穿其间的绝缘时，便产生火花放电，这种放电是断续的，放电后两点电位相同，但放电立即停止，然后再产生电位差，再放电。断续放电的结果使变压器油分解，长期下去，逐渐使变压器固体绝缘损坏，导致事故发生。为避免上述情况发生，国标规定，变压器铁芯和较大金属零件均应通过油箱可靠接地，20 000 kVA及以上的变压器，其铁芯应通过套管从油箱上部引出并可靠接地。具体做法是将变压器铁芯与变电站的接地系统可靠连接。这样，铁芯与大地之间的寄生电容被短接，使铁芯处于零电位，这时在地线中流过的只是带电绕组对铁芯的寄生电容电流。对三相变压器来说，由于三相结构基本对称，三相电压对称，所以三相绕组对铁芯的电容电流之和几乎等于0。

铁芯两点接地时，铁芯在额定激磁电压下，测量铁芯两端片间电压时，发现两端片间有电位差存在。这个电位差是由于铁芯、电压表及导线所构成的回路与铁芯内磁通相交链而产生的。因为交链的磁通量相当于总磁通的1/2，所以这个电压的数值大体相当于匝间电压的1/2。显然，当铁芯或其它金属构件有两点或两点以上接地时，则接地点间就会形成闭合回路，造成环流，有时高达数10 A。该电流会引起局部过热，导致油分解，产生可燃气体，还可能使接地片熔断，或烧坏铁芯，导致铁芯电位悬浮，产生放电，使变压器不能继续运行。因此，铁芯必须接地，而且必须是一点接地。

变压器铁芯接地故障主要表现为多点接地情况，由于电位差的存在会产生较大的接地环流从而引起铁芯过热，如不加控制会导致事故发生。本系统实时监测铁芯或夹件接地电流的 可以发现主变的早期故障隐患，对预防事故发生将起到重要作用，同时限流系统可以减缓事故隐患的发展，为检修赢得时间。

二、在线监测装置作用及原理介绍

根据变电站的发展需求与发展方向，切实提高无人/少人值守变电站的安全水平，在变电站配置主变铁芯接地电流和夹件电流在线监测系统。可以解决传统离线试验效率低下、工作量大的问题，避免离线试验难以反映实际工况下的主变状态参数等缺陷，极大地提高主变检修的效率和故障判断的准确性。本文介绍一种全天候实时监测变压器铁芯接地装置，该装置通过对主变铁芯接地电流和夹件电流进行实时不间断的监测来反映铁芯接地是否良好，值班人员可以在控制室内通过系统后台观察直接了解主变铁芯接地的运行情况，解决了检测故障即时性差的缺陷，实现了数据实时远传的功能，不仅如此，系统还具有向供电部门控制中心的上位计算机提供远程通讯接口功能，使避雷器的运行参数进入供电部门的信息系统。

在线监测系统主要由高精度数字采集器和智能显示单元组成，在铁芯接地处和夹件接地处通过装置配套高精度数字采集器接地，数字采集器采集出避接地电流信号，经隔离变换单元把数据传送给装置中央处理器，实现对接地电流的实时记录，及时发接地电流越限告警信号，提示运行监控人员安排消缺处理，从而保证了变压器的安全稳定运行。

三、变压器铁芯在线监测系统Lora无线传输的原理和技术

LoRa是semtech公司创建的低功耗局域网无线标准，以往低功耗一般很难覆盖远距离，远距离一般都功耗高，LoRa的名字就是远距离无线电（Long Range Radio），它最大特点就是在同样的功耗条件下比其他无线方式传播的距离更远，实现了低功耗和远距离的统一，它在同样的功耗下比传统的无线射频通信距离扩大3-5倍。

LoRa传输的特性

LoRa无线传输距离：城镇可达2-5 Km ， 郊区可达15 Km 。工作频率：ISM 频段， 包括433、868、915 MH等。标准：IEEE 802.15.4g。调制方式：基于扩频技术，线性调制扩频（CSS）的一个变种，具有前向纠错（FEC）能力，semtech公司私有专利技术。容量：一个LoRa网关可以连接上千上万个LoRa节点。电池寿命：长达10年。安全：AES128加密。传输速率：几百到几十Kbps，速率越低传输距离越长，这很像一个人挑东西，挑的多走不太远，少了可以走远。这些特性对安装在现场的在线主变铁芯接地电流监测是恰恰是最好的方式。

LoRa传输的网络架构

上图是LoRa无线传输的网络架构图，左边是各种应用传感器，，它右边是LoRaWan网关，网关转换协议，把LoRa传感器的数据转换为TCP/IP的格式发送到Internet上。LoRa网关用于远距离星型架构，是多信道、多调制收发、可多信道同时解调。由于LoRa的特性可以同一信道上同时多信号解调。网关使用不同于终端节点的RF器件，具有更高的容量，作为一个透明网桥在终端设备和中心网络服务器间中继消息。网关通过标准IP连接連接到网络服务器，终端设备使用单播的无线通信报文到一个或多个网关。

四、基于Lora无线传输的铁芯在线监测装置作用及原理介绍

基于Lora无线传输主变铁芯接地电流在线监测装置实时监控以下情况： 1. 实时监控主变铁芯接地电流; 2. 实时监控主变夹件接地电流; 3. 实时记录接地电流越限时间，以便于查找原因时能作为依据。安裝在现场的监测采集器不断低通过Lora无线传输的方式向控制室发送实时数据，达到远程监测的目的。值班人员可以在控制室内通过系统后台观察直接了解各接入主变的运行情况，解决了检测故障即时性差的缺陷，实现了数据实时远传的功能，不仅如此，系统还具有向供电部门控制中心的上位计算机提供远程通讯接口功能，使主变铁芯的运行参数进入供电部门的信息系统。因此，该系统为变电站的无人值守提供了有效的手段。

基于Lora无线传输的在线监测系统主要由高精度数字采集器和智能显示单元、基于Lora无线传输模块组成，避雷器通过装置配套高精度数字采集器接地，数字采集器采集出接地电流信号，经隔离变换单元通过Lora无线传输把数据传送给装置中央处理器，实现对接地电流越限的主变特性能够判断主变铁芯接地的早期故障。及时发过告警信号，提示运行监控人员安排消缺处理，从而保证了高压设备的安全稳定运行。

五、结语

变压器铁芯接地线中的电流大小作为判断铁芯是否出现多点接地的依据具有可行性， 装置可实时监测铁芯地线电流， 当出线电流异常时，实现报警、数据的保存和分析功能。

参 考 文 献

[1] 陈敢峰. 变压器检修[M]. 北京： 中国水利水电出版社， 2005.

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