变压器铁芯及夹件接地电流在线监测装置的设计和应用

变压器铁芯及夹件接地电流在线监测装置的设计和应用
发表时间：2017-10-19T16:30:55.750Z 来源：《电力设备》2017年第17期作者：戴美胜谢伟宏陈伟杰钟荣生黄锐勇[导读] 摘要：针对当前变压器铁芯及夹件接地电流需要运行人员定时人员测量，存在时效差及缺乏系统数据记录的问题，研制了一套能够实时在线监测变压器铁芯及夹件接地电流的装置。

该装置能够实时监测到变压器铁芯及接地电流数值，并实现就地显示和PC端、移动端实时查询数据的功能。

（广东电网有限责任公司潮州供电局广东潮州 52100）
摘要：针对当前变压器铁芯及夹件接地电流需要运行人员定时人员测量，存在时效差及缺乏系统数据记录的问题，研制了一套能够实时在线监测变压器铁芯及夹件接地电流的装置。

该装置能够实时监测到变压器铁芯及接地电流数值，并实现就地显示和PC端、移动端实时查询数据的功能。

并且装置具有报警功能，当接地电流超过设定值后，能够通过短信、微信等方式实时进行告警，有助运行人员及时发现异常。

此外，装置还有具有数据存储功能，有助于历史数据的分析。

关键词：变压器；铁芯；夹件；接地电流；在线监测
0 引言
电力变压器是变电站的核心设备之一，为防止变压器正常运行时铁芯及夹件因对悬浮电压而造成对地断续性击穿放电，要求铁芯及夹件必须有一点可靠接地，消除形成铁芯及夹件悬浮电位的可能[1]。

但当铁芯及夹件出现两点以上接地时，导致的不均匀电位便会在接地点之间形成环流，进而造成变压器发热损坏的情况[2]。

按照相关电力规程的要求，变压器铁心夹件的接地电流应小于100mA[3]。

当前对铁芯及夹件接地电流的测量手段是运行人员在一定的时间周期内，借助钳形电流表对变压器的铁芯及夹件的接地下引线电流进行测量，存在着数据的精确度和时效性问题，无法对变压器的状态做出一个准确有效的判断。

并且，当变压器发生故障时，运行人员进行测量工作也存在着发生人身伤亡的可能性。

因些，亟需研制一种能够实时地对变压器铁芯及夹件接地电流进行监测的装置，不仅能够就地采集显示数值，同时还能将数据上传到网络端并在PC端或者移动端实时读取到数据，并且在电流超过某个设定数值时，能够提醒告警，确保及时发生变压器的异常情况。

1 在线监测装置设计
铁芯及夹件接地电流在线监测装置首先应确保装置采集数据具有较高的精确度，运行人员不仅可就地读取到接地电流的数值，而且还可通过移动、PC端随时随地读取电流数值，并且通过装置的告警功能及时发现设备的异常。

针对以上设计的功能要求，装置整体结构图如图1所示。

即，在变压器的铁芯和夹件的接地下引线上安装具有相当精度的开环式电流变送器，将数据集中传送到安装在变压器所在地的数据采集处理装置上进行处理，主要包括：1）就地显示所采集数据；2）将数据通过移动无线网络的形式传输到在线监测服务器上。

在线监测服务器能够实现PC端和手机端上的数据交互查询，并且依照用户的设定，对重要数据的变化通过短信、微信等方式实时告知用户。

1.1 电流变送器的选择
由于接地引下线已经固定安装在变压器本体和接地网上，因此后期若需加装电流互感器，则开口式电流互感器是最佳选择。

其可以直接安装，无需对接地线的连接结构进行改装。

电流互感器的量程可选择0-500mA或者0-1000mA，确保采集到的数据有足够的精确度。

同时又有一定的量程盈余，在出现故障电流时可以采集到具体的数值。

电流互感器的的变送模块采用模拟量输出的方式进行数据传输。

选择电流信号的可以减少模拟量传输过程中受到的现场噪声电压干扰，其对4-20mA传输带来的误差可忽略不计；同时4-20mA相当于电流源输出，电流源的大内阻和恒流输出使得传输量可以在普通双绞线上可以传输数百米而精度不受到连接的导线电阻影响。

1.2 一入二出信号隔离器
电流变送器将采集到的模拟量信号传输到在线监测装置数据处理终端时，选择一入二出的信号隔离器将一路4-20mA信号变换为两路4-20mA，如图3。

通过信号隔离器变换成两路4-20mA输出，一路供现场装置的电流显示模块，显示采集到的实时数据，一路供数据的上传模块，将数据上传到网络服务器
信号隔离器通过PLC接收输入信号，利用半导体器件调制变换并通过光感或磁感器件进行隔离转换，然后再进行解调变换回隔离前的信号，同时对隔离后信号的供电电源进行隔离处理，并提高输入、输出、电源之间的电气隔离性能。

信号隔离器可避免信号在传输过程中会遇到各种各样的干扰，确保信号的稳定，可有效提高接地电流在线监测装置的数据精度和搞干扰能力。

1.3 RTU数据传输处理模块
RTU数据传输处理模块是装置的核心模块，能够实现接收接地电流模拟量并上传服务器的功能。

装置选择某公司生产的GPRS RTU模块，模块数据采集精度高，可达0.1级，同时基于GPRS网络实现数据的无线远程传输，并通过网络接连协议实现与免费云平台的对接。

能够在云台呈现出详细的数据记录、历史查询，并且实现远程管理操作的功能。

2 在线监测装置应用
按照装置各模块功能实现，完成在线监测装置的研制开发。

如图5分别为变压器铁芯处安装的电流变送器数据采集和安装在变压器本体处的数据采集处理装置。

接地引下线处安装的电流变送器将采集到的数据输送到数据采集处理装置，可以通过数显屏实时显示出对应的数值，方便运行人员在日常巡视中直接读取数值。

同时装置还将数据借助GPRS信号传输到云平台，在云台实现数据的记录处理。

装置的实际应用中，主要对以下几方面进行验证
2.1 装置误差情况
在实际装置使用过程中，要求装置具有较到的精度。

通过将装置实地监测的数据与专业班组的数据进行记录比较，得出如下表1：
注：误差=（监测值-专业测量值）/专业测量值X100%，此处测量变压器因设备原因，正常运行时允许的接地电流值在200mA以内。

由表1可知，装置的监测值与实际专业班级测量值的最大误差为1.8mA，误差百分比为1.1%，可以看出，装置具有较高的精度，能够
确反映变压器铁心及夹件接地电流的实际大小，能够满足日常的工作要求。

2.2 装置数值的查询与告警功能 a）通过手机APP或者微信客户端，运行人员可随时随地地查询到接地电流的实时值，而无需到现场对接地电流进行测量，可避免浪费人力物力和减少相应的作业风险，特别是对于无人值班变电站，更可以减少此项工作所投入的时间和人力，如图6所示。

此外，装置的云台服务器能够保存近两个月的电流数据，并生成相应的数据曲线，运行人员可以通过曲线图对变压器该段时间的运行情况进行一个分析，及时发现变压器的运行变化 b）装置还具有报警功能，当电流超过报警值时，装置能够通过微信、短信等方式提示相关人员，有助于运行人员及时发现变压器的异常，能有效解决过往采用人工周期性测量方法所带来的时效性的问题。

并且，当电流恢复正常时，装置同样也会进行恢复提醒，如图7所示。