無線傳輸?shù)闹髯冭F芯接地電流在線監(jiān)測裝置的應(yīng)用研究

楊文芳 梁柏強

【摘要】?為了保證電力變壓器在電力系統(tǒng)中安全運行，分析了變壓器鐵芯接地故障原理，介紹了系統(tǒng)的設(shè)計思想以及硬件和軟件的功能，本文主要對主變鐵芯接地電流在線監(jiān)測的原理介紹，對鐵芯接地電流在線監(jiān)測裝置的應(yīng)用進(jìn)行分析。

【關(guān)鍵字】?變壓器鐵芯?接地電流?夾件接地電流

一、前言：變壓器鐵芯正常時接地的原因

變壓器鐵芯、夾件接地電流是表征主變鐵芯接地狀態(tài)的重要特征量。在變壓器正常運行中，帶電繞組及引線與油箱間構(gòu)成的電場為不均勻電場，鐵芯和其它金屬構(gòu)件就處于該電場中。變壓器鐵芯不接地時高壓繞組與低壓繞組之間、低壓繞組與鐵芯之間、鐵芯與大地（變壓器油箱）之間都存在著寄生電容，帶電繞組將通過寄生電容的耦合作用使鐵芯對地產(chǎn)生一定的電位，通常稱為懸浮電位。由于鐵芯及其它金屬構(gòu)件所處的位置不同，具有的懸浮電位也不同，當(dāng)兩點之間的電位差達(dá)到能夠擊穿其間的絕緣時，便產(chǎn)生火花放電，這種放電是斷續(xù)的，放電后兩點電位相同，但放電立即停止，然后再產(chǎn)生電位差，再放電。斷續(xù)放電的結(jié)果使變壓器油分解，長期下去，逐漸使變壓器固體絕緣損壞，導(dǎo)致事故發(fā)生。為避免上述情況發(fā)生，國標(biāo)規(guī)定，變壓器鐵芯和較大金屬零件均應(yīng)通過油箱可靠接地，20?000?kVA及以上的變壓器，其鐵芯應(yīng)通過套管從油箱上部引出并可靠接地。具體做法是將變壓器鐵芯與變電站的接地系統(tǒng)可靠連接。這樣，鐵芯與大地之間的寄生電容被短接，使鐵芯處于零電位，這時在地線中流過的只是帶電繞組對鐵芯的寄生電容電流。對三相變壓器來說，由于三相結(jié)構(gòu)基本對稱，三相電壓對稱，所以三相繞組對鐵芯的電容電流之和幾乎等于0。

鐵芯兩點接地時，鐵芯在額定激磁電壓下，測量鐵芯兩端片間電壓時，發(fā)現(xiàn)兩端片間有電位差存在。這個電位差是由于鐵芯、電壓表及導(dǎo)線所構(gòu)成的回路與鐵芯內(nèi)磁通相交鏈而產(chǎn)生的。因為交鏈的磁通量相當(dāng)于總磁通的1/2，所以這個電壓的數(shù)值大體相當(dāng)于匝間電壓的1/2。顯然，當(dāng)鐵芯或其它金屬構(gòu)件有兩點或兩點以上接地時，則接地點間就會形成閉合回路，造成環(huán)流，有時高達(dá)數(shù)10?A。該電流會引起局部過熱，導(dǎo)致油分解，產(chǎn)生可燃?xì)怏w，還可能使接地片熔斷，或燒壞鐵芯，導(dǎo)致鐵芯電位懸浮，產(chǎn)生放電，使變壓器不能繼續(xù)運行。因此，鐵芯必須接地，而且必須是一點接地。

變壓器鐵芯接地故障主要表現(xiàn)為多點接地情況，由于電位差的存在會產(chǎn)生較大的接地環(huán)流從而引起鐵芯過熱，如不加控制會導(dǎo)致事故發(fā)生。本系統(tǒng)實時監(jiān)測鐵芯或夾件接地電流的?可以發(fā)現(xiàn)主變的早期故障隱患，對預(yù)防事故發(fā)生將起到重要作用，同時限流系統(tǒng)可以減緩事故隱患的發(fā)展，為檢修贏得時間。

二、在線監(jiān)測裝置作用及原理介紹

根據(jù)變電站的發(fā)展需求與發(fā)展方向，切實提高無人/少人值守變電站的安全水平，在變電站配置主變鐵芯接地電流和夾件電流在線監(jiān)測系統(tǒng)。可以解決傳統(tǒng)離線試驗效率低下、工作量大的問題，避免離線試驗難以反映實際工況下的主變狀態(tài)參數(shù)等缺陷，極大地提高主變檢修的效率和故障判斷的準(zhǔn)確性。本文介紹一種全天候?qū)崟r監(jiān)測變壓器鐵芯接地裝置，該裝置通過對主變鐵芯接地電流和夾件電流進(jìn)行實時不間斷的監(jiān)測來反映鐵芯接地是否良好，值班人員可以在控制室內(nèi)通過系統(tǒng)后臺觀察直接了解主變鐵芯接地的運行情況，解決了檢測故障即時性差的缺陷，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)實時遠(yuǎn)傳的功能，不僅如此，系統(tǒng)還具有向供電部門控制中心的上位計算機提供遠(yuǎn)程通訊接口功能，使避雷器的運行參數(shù)進(jìn)入供電部門的信息系統(tǒng)。

在線監(jiān)測系統(tǒng)主要由高精度數(shù)字采集器和智能顯示單元組成，在鐵芯接地處和夾件接地處通過裝置配套高精度數(shù)字采集器接地，數(shù)字采集器采集出避接地電流信號，經(jīng)隔離變換單元把數(shù)據(jù)傳送給裝置中央處理器，實現(xiàn)對接地電流的實時記錄，及時發(fā)接地電流越限告警信號，提示運行監(jiān)控人員安排消缺處理，從而保證了變壓器的安全穩(wěn)定運行。

三、變壓器鐵芯在線監(jiān)測系統(tǒng)Lora無線傳輸?shù)脑砗图夹g(shù)

LoRa是semtech公司創(chuàng)建的低功耗局域網(wǎng)無線標(biāo)準(zhǔn)，以往低功耗一般很難覆蓋遠(yuǎn)距離，遠(yuǎn)距離一般都功耗高，LoRa的名字就是遠(yuǎn)距離無線電（Long?Range?Radio），它最大特點就是在同樣的功耗條件下比其他無線方式傳播的距離更遠(yuǎn)，實現(xiàn)了低功耗和遠(yuǎn)距離的統(tǒng)一，它在同樣的功耗下比傳統(tǒng)的無線射頻通信距離擴大3-5倍。

LoRa傳輸?shù)奶匦?/p>

LoRa無線傳輸距離：城鎮(zhèn)可達(dá)2-5?Km?，?郊區(qū)可達(dá)15?Km?。工作頻率：ISM?頻段，?包括433、868、915?MH等。標(biāo)準(zhǔn)：IEEE?802.15.4g。調(diào)制方式：基于擴頻技術(shù)，線性調(diào)制擴頻（CSS）的一個變種，具有前向糾錯（FEC）能力，semtech公司私有專利技術(shù)。容量：一個LoRa網(wǎng)關(guān)可以連接上千上萬個LoRa節(jié)點。電池壽命：長達(dá)10年。安全：AES128加密。傳輸速率：幾百到幾十Kbps，速率越低傳輸距離越長，這很像一個人挑東西，挑的多走不太遠(yuǎn)，少了可以走遠(yuǎn)。這些特性對安裝在現(xiàn)場的在線主變鐵芯接地電流監(jiān)測是恰恰是最好的方式。

LoRa傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

上圖是LoRa無線傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖，左邊是各種應(yīng)用傳感器，，它右邊是LoRaWan網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)換協(xié)議，把LoRa傳感器的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為TCP/IP的格式發(fā)送到Internet上。LoRa網(wǎng)關(guān)用于遠(yuǎn)距離星型架構(gòu)，是多信道、多調(diào)制收發(fā)、可多信道同時解調(diào)。由于LoRa的特性可以同一信道上同時多信號解調(diào)。網(wǎng)關(guān)使用不同于終端節(jié)點的RF器件，具有更高的容量，作為一個透明網(wǎng)橋在終端設(shè)備和中心網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器間中繼消息。網(wǎng)關(guān)通過標(biāo)準(zhǔn)IP連接連接到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，終端設(shè)備使用單播的無線通信報文到一個或多個網(wǎng)關(guān)。

四、基于Lora無線傳輸?shù)蔫F芯在線監(jiān)測裝置作用及原理介紹

基于Lora無線傳輸主變鐵芯接地電流在線監(jiān)測裝置實時監(jiān)控以下情況：?1.?實時監(jiān)控主變鐵芯接地電流;?2.?實時監(jiān)控主變夾件接地電流; 3.?實時記錄接地電流越限時間，以便于查找原因時能作為依據(jù)。安裝在現(xiàn)場的監(jiān)測采集器不斷低通過Lora無線傳輸?shù)姆绞较蚩刂剖野l(fā)送實時數(shù)據(jù)，達(dá)到遠(yuǎn)程監(jiān)測的目的。值班人員可以在控制室內(nèi)通過系統(tǒng)后臺觀察直接了解各接入主變的運行情況，解決了檢測故障即時性差的缺陷，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)實時遠(yuǎn)傳的功能，不僅如此，系統(tǒng)還具有向供電部門控制中心的上位計算機提供遠(yuǎn)程通訊接口功能，使主變鐵芯的運行參數(shù)進(jìn)入供電部門的信息系統(tǒng)。因此，該系統(tǒng)為變電站的無人值守提供了有效的手段。

基于Lora無線傳輸?shù)脑诰€監(jiān)測系統(tǒng)主要由高精度數(shù)字采集器和智能顯示單元、基于Lora無線傳輸模塊組成，避雷器通過裝置配套高精度數(shù)字采集器接地，數(shù)字采集器采集出接地電流信號，經(jīng)隔離變換單元通過Lora無線傳輸把數(shù)據(jù)傳送給裝置中央處理器，實現(xiàn)對接地電流越限的主變特性能夠判斷主變鐵芯接地的早期故障。及時發(fā)過告警信號，提示運行監(jiān)控人員安排消缺處理，從而保證了高壓設(shè)備的安全穩(wěn)定運行。

五、結(jié)語

變壓器鐵芯接地線中的電流大小作為判斷鐵芯是否出現(xiàn)多點接地的依據(jù)具有可行性，?裝置可實時監(jiān)測鐵芯地線電流，?當(dāng)出線電流異常時，實現(xiàn)報警、數(shù)據(jù)的保存和分析功能。

參?考?文?獻(xiàn)

[1]?陳敢峰.?變壓器檢修[M].?北京：?中國水利水電出版社，?2005.

[2]?閆永明.?變壓器鐵芯多點接地故障的檢測與處理?[J].?山西電?力技術(shù)，?2001（2）：?47-48.

[3]?耿江海，?律方成，?劉云鵬，?等.?變壓器鐵芯接地電流理論分析?[C]//?南京：?中國電力高等學(xué)校電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)第?22?屆年會，?2006：?215-219.

[4]王鵬?.?LoRa無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與應(yīng)用現(xiàn)狀研究.儀表電器.2018?（09）