1.1 監測意義
變壓器是電力系統中關鍵的設備之一，它的正常運行是電力系統安全、可靠、穩定、經濟運行的重要保證。電力變壓器運行時，繞組周圍存在著交變的磁場，因電磁感應的作用，高壓繞組與低壓繞組之間，低壓繞組與鐵心之間，鐵心與外殼之間存在著寄生電容，帶電繞組將通過寄生電容的耦合作用，使鐵心對地產生懸浮電位，因鐵心及其它金屬構件與繞組的距離不相等，使各構件之間存在著電位差，當兩點之間的電位差達到能夠擊穿其間的絕緣時，便產生火花斷續放電，對變壓器油和固體絕緣產生不良影響，故需要把鐵心與外殼連接，使它與外殼等電位。若鐵心或其他金屬構件有兩點或多點接地時，接地點就會形成閉合回路，造成環流，會引起變壓器本體局部過熱，導致油分解，進而導致絕緣性能下降，嚴重時，會使鐵心硅鋼片燒壞，造成主變重大事故，故主變鐵心必須接地。否則鐵心對地會產生懸浮電壓或鐵心多點接地而產生發熱故障，嚴重威脅變壓器以及電網的安全。通過對鐵心接地電流的監測，能及時發現鐵心多點接地等故障，防患于未然，把故障消滅在萌芽狀態。在大型高壓電氣設備電力變壓器中，由于鐵心多點接地故障及其它異常情況，絕緣油中會產生多種氣體，電力部門慣用的檢測手段是檢測溶解在絕緣油中的故障氣體以及對設備的絕緣油采樣后進行氣體色譜分析和用鉗形電流表測變壓器鐵心外引接地套管的接地下引線的電流，以便盡快地發現潛伏性故障。然而，在檢測鐵心多點接地現象時，區分微弱的接地故障電流與強電磁環境干擾等有一定的難度，且不能在線分析，檢測精度和實時性都存在問題。
1.2 變壓器鐵芯/夾件接地在線監測裝置 產品介紹
變壓器鐵心接地電流監測裝置用于監測變壓器鐵心及夾件接地故障電流，可實現對鐵心接地電流進行連續、在線監測，通過監測可以實時監控設備的絕緣狀況，且能及時發現內部絕緣受潮或受損、鐵心多點接地、箱體內異物、油箱油泥沉積等故障。對事故做到早預防早處理。更重要的是能為此類設備的狀態檢修提供可靠的數據依據。
其工作原理為：系統采用高精度穿心式傳感器將鐵心及夾件上的接地電流信號轉換為電壓信號，電壓信號進入信號調理電路，信號調理電路根據電壓大小自動切換量程，最后進入以DSP為處理核心的信號測量板，該信號測量板選用高性能的32位數字處理芯片DSP為核心處理器。鐵心及夾件接地電流中伴有現場的干擾信號，計算時首先要把這些干擾信號剔除掉。傳統的方法是使用模擬濾波器將干擾信號除掉，但模擬濾波器易受環境溫度、濕度影響，且隨著時間的變化易產生零漂等現象，從而引入新的“干擾”。而DSP強大數字計算功能可以使用數字濾波算法代替原來的模擬濾波算法。數字濾波算法不受溫度、濕度等環境影響且零漂移，可以的解決模擬濾波器帶來的各種問題。信號測量板將鐵心及夾件的接地電流計算出來后通過數字總線上傳到間隔層監測IED。間隔層IED采用統一的嵌入式平臺實現分析判斷、報警和遠傳數據等功能。通過監測運行中鐵心接地電流的大小，自動判斷變壓器鐵心存在鐵心不接地或鐵心多點接地現象，從而防止鐵心形成懸浮電位及局部過熱而引發的一系列故障，確保電力變壓器安全運行。
圖1.1 系統結構示意圖
l 本項目共需要主變2臺，整流變壓器7臺，調壓變壓器7臺，共需要變壓器鐵芯/夾件接地電流在線監測裝置共16臺。
圖1.2 變壓器鐵芯/夾件在線監測裝置外觀
圖1.3 系統主界面圖
圖1.4 系統實時數據界面圖
1.3 技術特點
l 采用穿心式互感器，與二次回路隔離，安全性高
l 采用分布式測量結構，即就地測量、數字傳輸，規約符合DL/T860標準
l 可帶電安裝，即不需要主設備停電安裝，方便、快捷的接入系統
l 采用數字濾波方法，擯除模擬濾波器帶來的“零漂問題”
l 采用高精度有源零磁通傳感器，根據被測量電流大小智能選擇調理電路及放大倍數，有效提高了測量精度
l 具有現場實時溫濕度測量功能
1.4 變壓器鐵芯/夾件接地在線監測裝置 技術參數
序號 | 參 數 名 稱 | 單位 | 標準參數值 | ||
1 | 傳感器類型 | 穿心式 | |||
2 | 鐵芯/夾件接地電流 | 測量范圍 | mA | 0.1～10000 | |
量程 | 具備量程自動切換功能 | ||||
分辨率 | mA | 0.001 | |||
測量誤差 | 2% 或±1mA，測量誤差取兩者最大值 | ||||
功能 | 實時接地電流值和基波電流值 | ||||
報警遙信可遠傳 | |||||
3 | 裝置非易失存儲 | 天 | ≥30 | ||
4 | 通信接口 | 具備通過現場總線或網口、光口通訊方式將鐵芯電流數據傳到站內在線監測站端后臺 | |||
5 | 裝置參數設置 | 通信參數 | 通信地址、波特率、數據位、停止位、校驗方式 | ||
報警參數 | 接地電流報警閾值 | ||||
運行參數 | 采樣周期、本地時鐘 | ||||
6 | 裝置采樣周期范圍 | S | 默認30秒，最小采樣周期為1秒) ，監測周期要求可通過現場和遠程方式設定 | ||
7 | 裝置時鐘精度 | min | ≤1 | ||
8 | 使用壽命 | 年 | 超過8年 | ||
9 | 電磁兼容 | 應滿足Q/GDW535-2010《變電設備在線監測裝置通用技術規范》電磁兼容試驗要求 | |||
10 | 資質要求 | 通過國網電科院型式試驗 | |||
2.施工方法及注意事項
2.1 施工方法
1） 鐵心接地銅排穿過零磁通互感器，互感器通過支架及相關絕緣材料固定變壓器外殼或獨立安裝支架上。
2） 互感器通過4芯電纜與鐵心接地監測裝置連接，可安裝于變壓器附件單獨支架，或者主IED戶外柜內。
3） 鐵心接地監測裝置通過4芯電纜與戶外柜內主IED連接。
圖2.1 現場安裝圖
圖2.2 裝置尺寸圖
圖2.3鐵心接地互感器結構尺寸圖
2.2 注意事項
1）請專業人員或在專業人員指導下進行鐵心末屏電纜停電/帶電接入；
2） 如果帶電安裝，安裝過程中不能斷開變壓器鐵心接地線與地的有效連接；
3）避免鐵心重復接地。
3.故障分析
變壓器鐵芯/夾件接地監測系統數值詳表
序號 | 參數名稱 | 正常值 | 注意值 | 告警值（需馬上處理） | 單位 |
1 | 鐵芯接地電流 | 0~100 | 100~300 | ≥300 | mA |
2 | 夾件接地電流 | 0~100 | 100~300 | ≥300 | mA |
當主變鐵芯/夾件接地電流在0~100mA(不包含100mA )之間，設備處于正常狀態；
當主變鐵芯/夾件接地電流在100~300mA（不包含300mA )之間設備處于注意狀態；
當主變鐵芯/夾件接地電流大于300mA時，設備處于報警狀態。
故障分析：
1）引下線絕緣破損
變壓器鐵芯、夾件引出線頂部套管絕緣破壞,鐵芯、夾件接地引下線外包絕緣破損等原因導致引下線與變壓器箱體搭接接地，搭接點與引下線接地點之間構成外部閉合回路，閉合回路在變壓器的漏磁場中感應出電流，導致鐵芯、夾件引下線電流異常。
2）金屬異物搭接引下線
變壓器大修時箱體上不慎丟落鐵絲等金屬物體搭接至鐵芯引下線與變壓器外殼構成外部閉合回路，閉合回路在變壓器的漏磁場中感應出電流，導致鐵芯、夾件引下線電流異常。
3）變壓器鐵芯多點接地故障
鐵芯與外殼相連。鐵芯松動位移、金屬構件遺留在鐵芯下部（螺絲帽、潛油泵軸承研磨掉的金屬粉末及金屬絲等）等原因均可造成鐵芯與外殼相連，形成鐵芯多點接地故障，造成鐵芯接地電流異常。鐵芯與夾件相連。鐵芯片翹曲、金屬異物、雜質等原因均可造成鐵芯與夾件直接或間接短路，形成鐵芯多點接地故障，造成鐵芯接地電流異常。
上述情況均會導致變壓器鐵芯、夾件接地引下線在臨時接地點與引線下接地點間形成閉合回路，閉合回路在變壓器的漏磁場中感應出電流，導致鐵芯、夾件引下線電流異常，超出100mA標準要求值。
