變壓器鐵心接地電流在線監(jiān)測裝置現(xiàn)場檢測淺析

劉 睿，陳 凌

(四川電力科學(xué)研究院，四川成都 610072)

0 引言

變壓器鐵心在通過變化磁場傳輸能量的過程中會感應(yīng)出電流，當鐵心要求接地時，這部分電流則會通過接地線流向地被稱為接地電流(含電容式耦合電流)，變壓器正常運行時因無電流回路形成，該電流是很小的，根據(jù)變壓器結(jié)構(gòu)的不同，鐵心接地電流在幾毫安至幾十毫安。規(guī)程要求，變壓器鐵心接地電流應(yīng)在100 mA以下。

變壓器正常運行時，帶電的繞組與油箱之間存在電場，而鐵心處于該電場中。由于電容分布不均，場強各異，如果鐵心不可靠接地，則將產(chǎn)生充放電現(xiàn)象，破壞固體絕緣和油的絕緣強度，所以鐵心必須有一點可靠接地［1，2］。

如果鐵心有兩點或兩點以上(多點)接地時，則接地點間就會形成閉合回路，它將交鏈部分磁通，感生電動勢，并形成環(huán)流，產(chǎn)生局部過熱，甚至燒毀鐵心。這就是變壓器鐵心多點接地故障［3，4］。根據(jù)接地點的位置不同，流過鐵心接地線的電流各不相同，可達到幾安培至幾十安培。

目前，大中型變壓器普遍采用鐵心和夾件分別引出接地的方式。通過檢測鐵心接地線中的電流能有效地發(fā)現(xiàn)鐵心多點接地故障。并可根據(jù)鐵心接地電流的大小以及油色譜初步判斷接地點位置。

在變壓器設(shè)備逐步智能化的今天，鐵心接地電流在線監(jiān)測裝置得到了廣泛的應(yīng)用，這為運行維護人員提供了極大的方便，提高了工作效率。然而，目前生產(chǎn)變壓器鐵心接地電流在線檢測裝置的廠家眾多，技術(shù)水平參差不齊。同時，由于規(guī)范變壓器鐵心接地電流在線監(jiān)測裝置的國家標準或企業(yè)標準還沒有正式出臺，這就導(dǎo)致不同廠家鐵心接地電流在線監(jiān)測裝置功能不一、精度各異;在出廠試驗、型式試驗、入網(wǎng)檢測試驗、現(xiàn)場試驗和特殊試驗環(huán)節(jié)中的測試項目、測試條件等不明確。特別是對入網(wǎng)檢測和現(xiàn)場測試的忽視，導(dǎo)致一些不滿足標書中技術(shù)要求(功能、測量精度等)的鐵心接地電流在線監(jiān)測裝置入網(wǎng)運行，這就可能在以后運行中對鐵心接地故障出現(xiàn)誤判或不判的現(xiàn)象，為變壓器的安全穩(wěn)定運行帶來了隱患。

針對目前用戶單位忽視開展鐵心接地電流在線監(jiān)測裝置現(xiàn)場檢測實際狀況，對四川某智能變電站中兩臺主變壓器的由同一公司生產(chǎn)的同一型號的鐵心接地電流在線監(jiān)測裝置進行了測量準確度、基本功能等現(xiàn)場測試及檢驗，判斷了該套裝置的測量誤差、測量范圍、裝置功能能否滿足運行要求。這次現(xiàn)場檢測對以后鐵心接地電流在線監(jiān)測裝置入網(wǎng)檢測、現(xiàn)場測試等具較大的參考價值。

1 現(xiàn)場檢測對象

該鐵心接地電流在線監(jiān)測裝置電源由220 V交流供電;鐵心電流傳感器采用有源零磁通傳感器，完成對被測信號的測量。其標稱測量范圍為1～1 000 mA。

鐵心接地電流在線監(jiān)測裝置包括鐵心電流傳感器、電流數(shù)據(jù)接收模塊、鐵心狀態(tài)分析軟件，并與主IED(intelligent electronic device)組成在線監(jiān)測系統(tǒng)。系統(tǒng)構(gòu)成及原理如圖1所示。

穿心式傳感器從被監(jiān)測設(shè)備的接地電纜線直接得到被監(jiān)測對象的幅值信息，并將該信息上送至電流數(shù)據(jù)接收模塊，接收模塊經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后，通過485方式上傳給主IED，由主IED分析診斷后，將分析結(jié)果及數(shù)據(jù)上傳給站級后臺系統(tǒng)，并可以通過后臺系統(tǒng)設(shè)定電流報警值。后臺系統(tǒng)界面如圖2所示。

圖1 監(jiān)測裝置系統(tǒng)原理圖

圖2 主變壓器鐵心接地電流在線監(jiān)測后臺界面

2 現(xiàn)場檢測方法及結(jié)果

對該監(jiān)測裝置的測量誤差和功能進行了現(xiàn)場檢測和檢查。

2.1 誤差測試

出廠檢測記錄中所使用的校驗儀器測量范圍為1～10 mA，卻完成了該監(jiān)測裝置1～1 000 mA的測試，所以可認為出廠報告中的測量范圍及測量誤差是不可信的。

對該鐵心接地電流在線監(jiān)測裝置的現(xiàn)場測試回路如圖3所示。

圖3 誤差測試原理圖

圖3中，T為0～200 V的調(diào)壓器;R為0～3.2 kΩ連續(xù)可調(diào)的滑動電阻;標準測量儀器采用精度為0.01 mA的高精度鉗形電流表。通過改變電壓和電阻來改變通過穿心式傳感器的電流，同時采用標準測量儀器和監(jiān)測裝置對通過穿心式傳感器的電流同時進行測量并進行比對，從而可得該監(jiān)測裝置的測量誤差，其定義為

該裝置的測量誤差試驗結(jié)果如表1和表2所示。

表1 2號主變壓器鐵心接地電流監(jiān)測裝置測試誤差

表2 3號主變壓器鐵心接地電流監(jiān)測裝置測試誤差

由表1和表2可知，2號主變壓器鐵心接地電流在線監(jiān)測裝置在接地電流小于10 mA時誤差超過10%，10～250 mA之間測試誤差小于10%，大于300 mA時誤差超過10%。3號主變壓器鐵心接地電流在線監(jiān)測裝置在電流小于5 mA時誤差超過10%，5～300 mA之間測試誤差小于10%，大于300 mA時誤差超過10%。由此可知，該裝置在接地電流10～300 mA時有較高的準確度，但當電流小于10 mA或大于300 mA時誤差較大，因此該裝置在其測量范圍內(nèi)部不能正確反映變壓器鐵心接地電流大小。

2.2 功能檢查

通過檢測發(fā)現(xiàn)該裝置數(shù)據(jù)傳輸功能正常，能夠?qū)y試的電流值由電流數(shù)據(jù)模塊進行模數(shù)轉(zhuǎn)換后經(jīng)IED上傳至站級后臺系統(tǒng)。但是，該套裝置后臺系統(tǒng)功能過于簡單，僅能簡單地對歷史數(shù)據(jù)進行查看，不具備功能介紹中的數(shù)據(jù)分析功能，不能結(jié)合油色譜數(shù)據(jù)對鐵心故障進行分析，不滿足標書中提出的對鐵心絕緣狀況進行預(yù)測的功能要求。

該套裝置僅具備數(shù)據(jù)超標報警功能，不具備測試功能異常報警及信號回路異常報警，當裝置出現(xiàn)故障時不能及時進行維護處理。

雖然該監(jiān)測裝置的標稱測量范圍為1～1 000 mA，但它分為兩個檔位，1～300 mA為一檔，大于300 mA為一檔。當電流超過300 mA時，需要調(diào)檔后方可進行測量，而檔位的調(diào)節(jié)不能自動進行，必須在智能柜上進行接線更換，所以該套裝置的實際測量范圍應(yīng)為1～300 mA。前面介紹，鐵心故障時接地電流可達到幾十安，因此，該測量范圍不滿足鐵心接地故障中的接地電流監(jiān)測要求。

3 結(jié)論與建議

通過對某智能變電站兩套變壓器鐵心接地電流在線監(jiān)測裝置的現(xiàn)場測試與檢查可得出如下結(jié)論。

(1)這兩臺監(jiān)測裝置的測量誤差只在10～300 mA內(nèi)的誤差較小，超過這個范圍該裝置的測量誤差較大;

(2)該監(jiān)測裝置的實際測量范圍為1～300 mA，不滿足不同鐵心接地故障情況下的接地電流監(jiān)測要求;

(3)該監(jiān)測裝置的部分功能與技術(shù)協(xié)議不符。

由上所述，該裝置基本不能滿足鐵心多點接地故障電流的監(jiān)測和故障的判斷、分析的要求。造成以上結(jié)果的原因主要是由于當前沒有規(guī)范鐵心接地電流在線監(jiān)測裝置的標準或規(guī)范正式出臺，廠家對鐵心接地電流在線監(jiān)測裝置重視不夠，用戶對鐵心接地電流在線監(jiān)測裝置入網(wǎng)把關(guān)不嚴。因此，建議今后廠家提高鐵心接地電流在線監(jiān)測裝置的產(chǎn)品質(zhì)量，用戶加強入網(wǎng)檢測和現(xiàn)場檢驗，保證其能正確地監(jiān)測變壓器鐵心接地電流，準確反映變壓器鐵心多點接地故障。

［1］孫鵬舉.變壓器鐵心接地電流超標缺陷分析及處理［J］.變壓器，2009，46(1):71－73.

［2］葉啟明.變壓器鐵心接地電流在線監(jiān)測裝置［J］.大眾用電，2010(4):24－25.

［3］劉慶寧.變壓器鐵心多點接地故障判斷［J］.四川電力技術(shù)，1998(3):25－27.

［4］肖飛.大中型變壓器鐵心接地故障的分析、判斷及處理［J］.湖南電力，2004(B10):38－40.