28 变电站大型变压器铁芯接地在线监测技术的研究 大型变压器铁芯接地在线监测技术的研究 Study on Online Monitoring Technology to Core Earthing of Large Transformer 广东电网公司汕头供电局陈卫中李清波 刘沛 Guangdong Power Grid Corporation Shantou Power Supply Bureau Chen Weizhong Li Qingbo 华中科技大学电气与电子工程学院Central China Science and Technology,Electron Engineering College Liu Pei 摘要:变压器铁芯在正常运行中只能有而且必须有一点接地,必须预防和及时发现变压器铁芯多点接地故障并迅速 做出处理,防止事故扩大。以电流检测法为基础开发了变压器铁芯接地微机在线监测系统,该装置能够对变压器铁芯接地 电流进行在线监测,经电流互感器转换为变压器铁芯接地线中的电流信号,首先被转换成模拟电压信号,然后被采集卡转 换成数字信号,输入到工控机,工控机对信号进行分析和处理,在发生故障时给出报警信号。 Abstract:The transformer core must be earthing in one point and only one point,SO multi.points earthing fault of transfornler core has to be prevented,found out in time and treated quickly in order to avoid the fault to be extended.Based on the current checking method,a micro computer transfornler core earthing online monitoring system is already developed,the earthing current of ransfortmer core could be monitored on.1ine by it.The current signal in transformer core earth lead is transformed firstly to simulated voltage signals by means of C T’then transformed to digital signals by the collection card.which will be inputed into the process computer to do analysis and reattment,an alarm signal could be given when a fault is happened. 关键词:变压器铁芯多点接地检测报警傅氏算法 Key words:Transformer core Multi.points earthing Checking Alarm Fourier arithmetic 中图分类号:TM41 l+.2 。I●‘-_ -.文献标识码:B 刖旨 路将严重威胁变压器的安全运行。 电力变压器正常运行时,铁芯必须有一点可 靠接地,如多点接地变压器铁芯和大地构成了回 2.变压器铁芯多点接地的原因 变压器正常运行时,是不允许铁芯多点接地 (上接第27页) 甚至还低于原母联间隔两侧刀闸的电流值。 综上所述,方案2的母线操作方法是可行。在 在刀闸并列操作完成,确保电压切换正常后,退 出其中一台母线PT运行。 采用方案3 ̄,lJ需遵守以下要求:①担负合环功 能的间隔,其母线刀闸应与母联间隔刀闸的型号一 笔者接触的很多发电企业中,其电气部分亦有为 数不少的操作任务采用方案2的思路,事实上进一 步证明了其可行性。 方案3的可行性与方案2基本相当,主要问题 在于:单一间隔的母线侧刀闸是否满足穿越电流 的容量。 目前广东电网所采用的母线刀闸的电气物理特 性基本一致,也就是说,线路间隔母线侧刀闸的载 流容量和机械特性与母联间隔的刀闸区别不大,甚 至完全相同。因此,采用方案3也是可行的。 致(或具备相同的电气物理特性);②避免选用旁路 间隔;③操作前,投入母差保护的单母线运行方 式;④合母线刀闸前,确保母联开关的控制电源退 出,并转为“死开关”;⑤在刀闸并列操作完 成,确保电压切换正常后,退出其中一台母线 PT运行。 7.结束语 在电力系统中,“安全”是一个永恒的话题。 保障电网的安全运行,从倒闸操作的角度考虑,减 少操作步骤,意味着降低发生误操作的概率。目 前,在我国大多数220kV变电站都采用双母线并列 的运行方式,因此,对母线的部分操作方法进行优 化选择,将有效降低误操作出现的几率,对提高运 行安全具有现实意义。 6.操作要求 为了保障倒闸操作的正确与安全,采用方案 2还需严格遵守以下要求:①操作前,投入母差保 护的单母线运行方式;②合母线刀闸前,确保母 联开关的控制电源退出,并转为“死开关”;③ 维普资讯 http://www.cqvip.com
●技术改进与创新 29 的,因为变压器正常运行中,绕组周围存在着交 变的磁场,由于电磁感应的作用,高压绕组与低 压绕组之间,低压绕组与铁芯之间,铁芯与外壳 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,使铁芯对地产生悬浮电位,由于 铁芯及其它金属构件与绕组的距离不相等,使各 构件之间存在着电位差,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 种放电是间歇性的,长期下去,对变压器油和固 目前国内外常用的变压器铁芯多点接地检测 方法大都为定期监测等离线方式,主要手段有: 1)基于接地电流检测 如果铁芯由于某种原因,在别的位置出现了 另一点接地或多点接地时,则会形成闭合回路,当 主磁通穿过这一回路时,会在回路中产生感应电 流,从而在正常接地引线上形成环流,可在变压器 铁芯外引接地套管的接地引线上用钳形电流表测量 引线上是否有电流,变压器铁芯正常接地(一点接 体绝缘都有不良影响,为了消除这种现象,把铁 芯与外壳可靠地连接起来,使它与外壳等电位, 但当铁芯或其他金属构件有两点或多点接地时, 接地点就会形成闭合回路,造成环流,引起局部 过热,导致油分解,绝缘性能下降,严重时,会 使铁芯硅钢片烧坏,造成主变重大事故,所以主 变铁芯只能一点接地且必须一点接地。 统计资料表明,电力系统故障中,变压器故 障仍占较大比例,而变压器铁芯多点接地故障在 变压器总事故中占第三位,造成接地故障的最主 要原因有 : 1)在变压器制造过程中,其内部残留一些具 有导电性质的悬浮物。当变压器运行时,这些悬 浮物在电磁场的作用下形成导电小桥,使铁芯与 油箱壁短接。这种情况常常发生在油箱底部。 2)潜油泵轴承磨损产生金属粉末进入主变油 箱中也容易导致铁芯与油箱壁短接。 3)变压器油箱和散热器在制造过程中,由于 焊渣清理不彻底,当变压器运行时,在油流作用 下,杂质往往被堆积在一起,使铁芯与油箱壁短 接,这种情况在强油循环冷却变压器中容易发生。 4)变压器在制造或大修过程中,钢刷丝、起 重用的钢丝绳的断股及微小金属丝等被遗留在变 压器油箱内。当变压器运行时,这些杂物在电磁 场的作用下被竖起,造成铁芯与油箱底部短接。 5)运行中轭铁垫块若受潮,也会使铁芯与油 箱短接。 3.变压器铁芯多点接地造成的危害 铁芯多点接地造成的危害主要有:①使铁芯 损耗增加,铁芯局部过热,甚至烧坏;②过热造成 的温升,将使变压器油分解,产生的气体溶于油 中,引发绝缘油性能下降;油中气体不断增加并析 出,可能导致气体继电器动作而使变压器跳闸。 4.主要检测方法及其比较 地)时,因没有形成回路,地线上电流很小(只有若 干毫安)或等于零;当铁芯出现多点接地时,铁芯 主磁通周围有短路匝存在,匝内将有环流流通,其 环流的大小取决于磁通被包围的多少,一般可达几 十安培,与变压器所带负荷情况也有关。 在采用钳形电流表测试电流时,应注意排除 干扰,测量时可先将钳形电流表紧靠接地线,读 取第一次电流值,然后再将地线钳入,读取第二 次电流值,两次差值即为实际接地电流。 2)色谱分析口 高压和高温会使油浸式电力设备中的绝缘油 产生微量的各种低分子烃类及二氧化碳、一氧化 碳、氢等气体,这些气体大部分溶解在油中。 利用气相色谱分析法,对油中含气量进行分 析,也是发现变压器铁芯接地故障最有效的方 法。理论分析和实践都表明,铁芯多点接地时, 其故障点或故障部分的温度多在600 ̄C ̄800 ̄C之 间。产生高温的能量来源于两方面:一是正常负 载的磁通在铁芯故障部位的磁滞和涡流损耗,二 是两接地点间的环流在铁芯故障部位的有功损 耗,后者往往占绝大部分。 常规采用的检测手段是对绝缘油进行定期的 取样和分析,典型取样周期为六个月,根据绝缘 油中溶解气体的成分和含量确定变压器内部故障 的类型及其严重程度。 3)行波定位 行波从某观察点沿着导线向前传播,当传递 到导线阻抗改变时,会产生波的折射与反射,反 射波经过2Lx/V(V是波在导线上的传播速度, Lx为两点的距离)的时间到达观察点,将与观察点 上的发射波叠加,叠加的波形差别与两点之间的 距离长短有关。当行波沿着铁芯传播时,遇到阻 抗改变点,也会发生波的折射与反射。 4)电路伏安分析(空载试验法) 维普资讯 http://www.cqvip.com
30 变电站大型变压器铁芯接地在线监测技术的研究 正常的变压器空载试验结果应与出厂值没有 太大变化,但当铁芯故障时,如果两个接地点间 的电气距离较大时,其空载电流和空载损耗都较 出厂值有明显增大,当然现场不具备条件时可采 用低电压试验,通过对比也可发现铁芯缺陷。 5)绝缘电阻法 如铁芯绝缘电阻为零或很低,则表明可能存 在铁芯接地故障。 上述主要检测方法的优劣比较如表1所示。 表1主要检测方法的优劣比较 检测方法: 优点: 缺点: 钳型电流表法 简单易行 高阻接地难检测,内表面发生故障 和油道短路时,引下线电流不变 色谱分析 适用面广 三比值法或其它比值法不能 100%覆盖所有接地 行波法定位 可以定位 受杂散电容和现场环境影响大 电路伏安分析 安装简便,可以检 难以和其它电气故障区分(空载试验法) 测内表面发生故障 和油道短路故障 须停电测试 , 绝缘电阻法 检测高阻接地 停电测试 5.现场处理方法 1)不吊芯临时串接限流电阻 发现变压器铁芯多点接地故障后,需停电进 行吊芯检查和处理。对于系统暂不允许停电检查 的,可采用在外引铁芯接地回路上串接电阻的临时 应急措施,以环流的幅值,防止故障进一步恶 化。在串接电阻前,应分别测量铁芯接地回路的环 流和开路电压,然后计算应串电阻阻值,所串电阻 不宜太大,以保护铁芯基本处于地电位;也不宜 太小,以将环流在0.1A以下,同时还需注意所 串电阻的热容量,以防烧坏电阻造成铁芯开路。 2)放电冲击法 图1中, 油纸电容器,40/zF,600V; 单 刀双掷开关,500V,10A; 卜不稳定接地电阻。 现场很多情况下无法找到确切接地点,特别 是由于铁锈焊渣悬浮、油泥沉积造成的多点接 (原接地片打开) 图1充放电原理接线图 地,更是难于查找,一般此类故障可采用放电冲 击法试图烧毁不牢固的接地桥。 首先采用电容器充电产生大电流,使变压器 铁芯与地之间放电,从而将铁芯多余接地点烧掉 (若不能凑效,再作其它打算)。充放电原理接线 图如图1所示。 将K接于正常接地点(原接地片打开),经60秒 充电后将刀闸开关K倒向放电回路,此时,变压 器铁芯发出一声爆响,最后用2500V兆欧表测试 铁芯对地绝缘电阻验证消除效果。 3)现场吊芯检查故障点进行处理。 6.在线监测研究项目的由来 变压器铁芯多点接地是变压器常见的故障之 一,在汕头供电局2004年安全性评价活动中,安 评专家组也提出要求运行人员定期对主变铁芯接 地电流进行检测,该局以往采取的办法是由运行 人员和高压试验人员利用高精度钳表对主变铁芯 接地电流进行定期检测,但由于部分变电站地处 偏远、变压器旁电磁干扰大,利用这些常规的检 测办法费时又不准确,无法实时发现故障苗头, 待到故障发展严重、保护动作时往往设备已损 坏,失去定期监测的意义,因此建立实时的铁芯 接地在线监测系统非常必要,以减少人工检测数 据的分散性,以及人为的数据不准确、数据的储 存和分析的难度。 为减少试验人员的工作量,加强对电网主设 备的运行管理,提高电网科技含量,汕头供电局 决定申报2005年省公司科技项目,组织有关单位 进行技术攻关,决定开发一套具有高精度的主变 压器铁芯接地在线监测系统,可实现对铁芯接地 电流实时进行检测,通过调研,决定与国内具有 较强开发实力和实践经验的的华中科技大学电气 与电子学院合作,共同开发一整套主变压器铁芯 接地在线监测分析系统。 在开发该系统中,主要解决以下几个难点: 1)正常运行和绝缘逐渐破坏时的电流量值太 小(毫安级),长距离传输到后台前置机时可能会 产生较大的测量误差,铁芯接地电流需要精确测 量,以便给运行人员提供正确的变压器的运行状 况信息。这种小电流的变换、传送利用普通保护 和测量电流互感器难以实现。 2)在强电磁干扰的环境下,在被测信号中将 含有能量较高、可能淹没接地电流信号本身的高 维普资讯 http://www.cqvip.com
●技术改进与创新 斯噪声和非平稳噪声,利用一般的信号处理工 具,很难将弱信号从干扰中精确地提取处理。 7.监测系统的介绍 ‘ 本装置通过检测变压器的铁芯接地电流的大 小,再经过数字信号工具分析处理,从而实现报 警及分析功能,并提供远方通信,打印等一系列 相关功能。 专 。 模 模 模 数 电 用 拟 电 量 拟 电 拟 言 字 信 工 流 流 接 压 互 信 入 信 号 控 感 号 接 号 机 器 :I1 板 图2电流采集通道示意图 考虑到铁芯电流正常和故障时的变化范围比 较宽,为了保证测量的精度,在铁芯接地回路中 串入量程不同的两个电流互感器,一个用来精确 监测正常运行情况下的弱接地电流(毫安级),另 一个用于监测铁芯发生多点接地后出现的大接地 电流(可达几十安培),电流采用屏蔽电缆传输。 二次电流接到装置的电流转换板上,电流信 号被转化为数字电路可以识别的低电压信号,再 通过A/D转换板将模拟电压信号转变成数字信 号,输入到计算机端口,供计算机分析用。 计算机将离散的采样值经过傅氏算法计算出 电流基波幅值,再进行各种分析和处理。该装置 可以实现对变压器铁芯接地电流的连续监测,在 发生异常时通过告警等方式提示运行人员,确认 多点接地的存在。当接地电流稳定超过300mA(可 整定)后,发出铁心接地告警信号。当接地电流稳 定超过100mA(可整定)后,发出需要进行预防性 试验的提示信号。 8.监测装置的技术特点 1)整套系统以高可靠性便携式工控机为核 心,内有专门为恶劣现场环境下工作而设计的工 业级主板,仪器外部为全金属板,内插高精度 32通道12位A/D采样板,电气隔离和电磁屏蔽设 计符合国际标准,使装置的硬件具有极高的抗干 扰能力和工作可靠性; 2)采用双电流检测通道,测量范围宽,能够在 电流值过大和过小的时候仍精确反映其大小,保 证了监测的可靠性; 3)采用“傅氏算法”等数字信号处理理论作 为信号分析工具,可以提供完备的、高精度铁芯 电流检测功能; 4)具有小型录波功能,将有关电流检测信息 通过通信线路上传至后台计算机分析系统,使对变 压器设备的管理分析水平能上升到一个新的档次; 5)可以同时对多个对象的电流进行数据采 集、分析,并具有电流越限报警功能; 6)在软件设计方面,使用Boland C Builder为 开发平台,运行在Win200O操作系统下。人机界面 亲和,可以用二维图来显示电网各种参数的水平状 况,并可随时打印。 9.系统分析功能 1)数据处理功能:对各类监测设备的数据进 行波形查阅、表格查阅、曲线查阅,同一设备的不 同时间数据查阅、同类设备的数据查阅。 2)显示被监测设备工作状态、运行参数;能 查询各类历史数据、记录数据和历史告警数据等。 3)检测和报告被监测设备的异常情况。设备 出现异常自动提示、显示和打印告警信息(告警 内容、类型、时间等)。 4)可设定绝缘监测数据越限报警限值。 5)可在线调阅监测数据,设定自动追踪监测 设备。 6)具有统计功能,可用曲线和柱状图表示。 1 O.系统软件的主要技术 1)动态链接库技术 为实现代码和资源共享,本装置采用动态链 接库技术,凡是放在动态链接库中的元件可以被 不同的模块同时访问,提高了编译和运行速度; 2)多线程技术 为从软件的角度实现仿并行处理技术,引进 了多线程技术,多线程是在软件的运行过程中同 时存在着多个程序执行实体,需要对几个对象进 行监测和分析,就有几个线程,每一对象占用一 个线程,所有的线程都共享整个软件的虚拟地址 空间,线程之间可共享软件的全部数据和资源。 11.傅氏算法 本系统软件采用傅氏算法,根据离散的采样值 计算基波的幅值和相位,从而判断电流是否正常。 该算法假设输入信号为周期性函数信号,即 输入信号中除基频分量外,还包含直流分量和各 种整次谐波分量。此时,输入信号可表示为: 维普资讯 http://www.cqvip.com
32 变电站大型变压器铁芯接地在线监测技术的研究 (f)= + c。s(kcolt+‘p ) ( ) 式中, 一直流分量;∞ 一基频角频率; 一、 第k次谐波分量的幅值和相位。 将式(1)展开,并用复相量的实、虚部形式表 示,则有: (f)=X。+∑ 肌cos(kc01f)一X肪sin(ko1f)](2) k=l 式中, cos 一第k次谐波分量的实部; sin 一第k次谐波分量的虚部。 式(2)实际上就是三角级数的表达式。根据三 角函数系数在区间[0,T ](T 为基频周期)上的正 交性和傅里叶系数的计算方法,可直接导出实虚 部计算式分别为: 号 )c0s( ) (3) )si ) (4) 在数字计算中,式(3)和式(4)均用采样值序列 计算,并取每基频周期N点采样,故有: ∑ )COS( ) (5)』V i =O 』V )sin( ) (6) 式(5)、式(6)IN为傅氏算法。由于该算法的数 据窗宽度为一个基频周期,故也称为全周傅氏算 法。根据三角函数的正交性,当输入信号为周期 性信号时,采用傅氏算法可准确地求出信号中的 某次谐波分量,并保证其他整次谐波分量及恒定 直流分量衰减到零。 在式(5)、式(6)中,k为整数,表示谐波次 数。当k取不同的数值时,可求出不同次谐波分量 的实部和虚部。例如,取k=l时,基频分量的实部 和虚部为: 。s( 号) (7) in( ) (8) 由所求得的实部、虚部值,可进一步计算出 基频分量的幅值和相位: X1=4xl1+ (9) (p =arclan( , /X ) (10) 由式(7)~式(10)可准确地求出信号中的基频 分量,其计算精度不受恒定直流分量和整次谐波 分量的影响。 傅氏算法不能完全滤除非整次谐波分量,但 有一定的抑制作用,尤其对高频分量的抑制作用 非常强;而对于低频分量的滤波效果相对较差, 仿真计算表明,由衰减的非周期分量引起的计算 误差可能超过10%。 计算基波的幅值前要判断波形的非整次谐波 分量是否严重,是否适合使用傅氏算法。判断的 方法是根据采样数据的周期数,首先将所有采样 值取平均值,然后将所有采样点依次与平均值比 较,如果前一点的值小于平均值而相邻下一点的 值大于或等于平均值,则视为一个周期的起始 点,反之则视为一个周期的结束点,相邻的一个 起始点和一个结束点算作一个周期。若非整次谐 波分量不严重,则理想周期数应等于总采样点数 侮周期采样点数。 如果周期数在合适的范围内则认为非整次谐 波分量较小,适合使用傅氏算法。程序就分别对 每个周波用傅氏算法进行计算,再将每个周波的 计算结果取平均值,就得到了基波幅值。 如果周期数大于理想周期数则认为波形中非 整次谐波分量比较严重,不适合使用傅氏算法, 这时基波幅值就使用各点平均值来代替。 在计算得到基波幅值后,再将其与报警整定 值进行比较,若超过报警整定值,则记录故障波 形,供以后分析故障时使用,同时弹出警告框, 向开出板对应端口发出信号,点亮报警灯,提示 工作人员。 程序中同时存在一个定时器用来定期记录电 流幅值,每隔30秒系统就将当前的电流幅值存入 以当前日期命名的文件。每天记录一个文件,这 些文件数据可用来查阅每天的电流趋势图。 12.结论 该系统自2006年8B 15日在汕头供电局 220kV某变电站试运行以来,装置运行情况稳 定,开发人员根据运行维护人员对系统的界面和 功能作了适应性的修改,满足实用化要求,情况 总结如下: 1)系统安装初期,采集到的主变铁芯接地原 维普资讯 http://www.cqvip.com
●技术与管理 33 ●技术与管理 动力伞在高压输电线路架线施工中的应用 Application of the Dynamic Parachute in HV Power Transmission Line Construction 广东省输变电工程公司姜伟 Guangdong Power Transmission and Substation Engineering Co.Jiang Wei 摘要:在高压电网建设施工中,采用动力伞展放导引绳协助完成架线施工,这一工艺有效的解决了工期紧张、青赔 困难、大跨越施工的“老大难”问题。对该工艺的可行性进行了研究,以便此方法在同行业中得到更广泛的应用。 Abstract:Some dififcult and long-standing problems in overhead transmission line construction of HV power network,such as the green-seedling compensation,short time limit for the project,and the great crossing construction,could be solved effectively by hte craft,by means of which the leading string could be opened up/set by using the help of the dynamic parachute.This craft has been summed up in order to extend/apply it widely in hte power industry. 关键词:动力伞架线施工导引绳 Key words:Dynamic parachute 0verhead trnasmission line construction Leading string 中图分类号:TM746.1 文献标识码:B ■-1.刖吾 】‘--L 动飞行,而近几年来动力伞在高压输电线路施工 动力伞自1989年引入我国,由于它的结构简 中才得到应用,并开始逐渐普及。我公司在 单、操作方便、飞行灵活、安全可靠等诸多优 500kV沙广线工程(第一标段)架线施工中,利用动 点,被广泛应用于航空拍摄、空中搜救及商业活 力伞展放导引绳并成功完成了这一施工工艺,现 (上接第32页) 2000年主变大修时发现油泥较多,并大部沉淀于 始电流是一个非常杂乱的电流波形,项目组采取 变压器铁芯底部,经过滤油处理后,情况有所改 了一系列的技术处理,对于高次谐波采用加装滤 善,但在运行中会不断产生油泥,产生的原因估 波电容进行滤除,低次谐波利用现代数字处理技 计为潜油泵轴承磨损产生金属粉末,主变投运后 术进行算法滤除后,得到的基波电流为铁芯接地 由于潜油泵启动,油流带动油泥流动,造成铁芯 电流。 接地电流不稳定的现象。 2)系统每十分钟采样计算一次,以2006年8月 5)由于该系统具有完备的组网功能,汕头供 18日系统监测的数据为例,某站1#变铁芯接地电 电局还计划将来推广运用后进行组网,将有关监 流为4.5mA,2#主变铁芯接地电流为3.8-5.8 mA之 测信息远传至试验班,作为监测主变运行状态, 间变化,与实际运行人员利用高精度钳表测量的 实现主变状态检修的重要依据。 数值比较,非常接近,满足精度要求。 参考文献: [11闫永明.变压器铁芯多点接地故障的检测与处 ]3)利用CT ̄-次升流检测系统报警情况,在 理.山西电力技术,2001,96(1):47-48 100 mA ̄N300 mA时实现两级报警,满足在线监测 [2]肖飞.大中型变压器铁芯接地故障的分析、判断 的实时性要求,能够提示运行人员及早采取处理 及处理.湖南电力,2004,24(12):38~48 措施。 [3]王新国.变压器铁芯多点接地故障的检测及临时 4)从两台主变的铁芯接地电流的检测情况可 处理.山东电力高等专科学校学报,2000,3(2):76~77 知,1#变铁芯绝缘情况良好,接地电流小并且稳 [4]Brett Warneke,Matt Last,Brian Liebowitz, 定,相对而言,2#变的铁芯绝缘情况不稳定,接 Kristofer S.J.Pister.Smart Dust:Communicating with a 地电流大并且不够稳定,为了验证这种情况,项 Cubic Millimeter Computer.IEEE,2001,34(1):44~5I 作者简介: 目组与该主变的运行试验单位进行了解得知:该 陈卫中,高级工程师,研究生毕业,长期从事电网 主变95年12月投运,为沈阳变压器厂生产, 规划,管理研究工作。
因篇幅问题不能全部显示,请点此查看更多更全内容
Copyright © 2019- 7swz.com 版权所有 赣ICP备2024042798号-8
违法及侵权请联系:TEL:199 18 7713 E-MAIL:2724546146@qq.com
本站由北京市万商天勤律师事务所王兴未律师提供法律服务