变压器铁芯接地电流在线监测装置自制.pdf

农村电工第31卷2023年第8期小微创新主持：杨留名NONGCUN DIANGONG1创新背景变压器铁芯发生多点接地后，就会形成电磁闭合回路从而出现环流，过大的环流会造成变压器局部构件过热、变压器油分解，严重时还会烧坏铁芯硅钢片。因此，变压器在正常运行时要求铁芯及其夹件（以下统称铁芯）有且仅有一点接地。变压器在正常运行时，铁芯接地电流应不大于 100 mA。当接地电流达到 100mA及以上时，表明铁芯发生了多点接地故障，需要及时进行处理。目前，在电力系统中仍有大量变压器没有安装铁芯接地电流在线监测装置，当地及远方监控系统无法获取变压器铁芯接地电流是否存在越限情况。为此，在专业管理上要求运维人员定期去各座变电站，用特殊的小量程钳形电流表测量变压器铁芯接地电流。变压器铁芯接地电流人工定期巡检，无疑增加了运维人员的工作量及运维费用。而且，这种人工定期巡检方式也存在安全隐患，那就是不能及时发现变压器铁芯接地电流超标故障。目前，商品型变压器铁芯接地电流在线监测装置报价普遍在35万元，安装这类商品型监测装置需要高额费用。2自制变压器铁芯接地电流在线监测装置选材智能电能表及集中器具有完善、可靠的计量、通信、控制功能，早已在供电企业得到普遍应用，并且经过了10多年的检验，技术已经相当成熟。两者不仅可以完成电压、电流等基本电气量的采集，而且电压、电流等实时数据可以在液晶屏上显示。因此有理由设想，可否采用电能表或集中器来实现变压器铁芯接地电流的在线监测。各地供电企业每年都会有大量的故障电能表及集中器退出电网进入报废流程。这类准备报废的电能表及集中器，通常只是其中某一项功能有问题，其他功能全都正常。笔者随机取一只集中器，测试发现只是V相电压误差超标，其他功能全都正常。目前商品型变压器铁芯接地电流在线监测装置的量测上限一般为 10 A。这一实际情况可能基于下述原因：铁芯接地电流测量范围太大会妨碍监测装置测量精度的提高，同时还会提高装置的造价；铁芯接地电流大于10 A的情况非常少见；经过经济技术比较，将测量上限定为10 A更为合理。当前变电专业管理的标准是，铁芯接地电流限值定为100 mA。因此要求在线监测装置在100 mA附近要有足够高的测量精度。直接接入式电能表的电流测量精度情况。直接接入式电能表电流测量范围一般都远高于10 A，考虑到可靠性，貌似应该采用这种电能表。然而，采用直接接入式电能表存在电流测量精度问题，这种电能表电流范围较宽，当电流在100 mA附近时采样精度不能满足要求，因此采用这种电能表并不理想。经互感器接入式电能表（集中器）的电流测量精度情况。对上述随机取的集中器电流测量精度进行测试统计，电流测量精度试验数据统计如表1所示。测试数据表明，当电流在 100 mA 附近时采样值精度相当高。当电流高于15 A时，采样精度开始降低。当电流高于20 A时，采样精度开始快速降低。可见在电流量测精度方面，这种电能表（集中器）表现优秀，可以满足铁芯接地电流在线监测的需要。这种电能表（集中器）的参比电流为1.5（6）A，由于安全裕度设计得很大，当接入电流小于10 A时，可以长期安全工作。当接入电流大于10 A时，特别是大于15 A时，其内置的电流互感器寿命将会缩短，甚至出现损坏现象。不过如前所述，铁芯接地电流大于 10 A 的情况基本可以不予考虑。事实上，当变压器铁芯接地电流大于100 mA时，就需要运维人员马上去现场采取应急限流措施了。互感器接入式单相电能表、三相电能表普遍采用字段式液晶屏，用户侧轮显设置普遍不支持。互感器接入式集中器普遍采用点阵式液晶屏，用户侧轮显设置普遍支持。点阵式液晶屏页面显示效果明显优于字段式液晶屏。为了便于就地查看铁芯接地电流实时值，采用集中器更为有利。如果采用互感器接入式单项目施加电流显示电流电流值/A0.0100.0100.0500.0500.1000.1000.5000.5001.0001.0005.0005.003项目施加电流显示电流电流值/A10.00010.00615.00014.98220.00018.85325.00020.37830.00021.227表1电流测量精度试验数据统计变压器铁芯接地电流变压器铁芯接地电流在线监测装置自制在线监测装置自制（136300）国网吉林省电力有限公司东丰县供电公司许继东史全福吉守阳36第31卷2023年第8期农村电工农电技术配网建设与运行NONGCUN DIANGONG主持：杨留名1存在的问题农村电网位于电网末端，存在着供电线路过长、线径较小等情况，由此造成了末端电压偏低等问题。对于低电压，当前的治理方法仍较为传统，手段比较单一。对低压线路供电半径较大、线径小的台区，通常采取新增配电变压器布点、改造线路、改接负荷等方式进行治理，存在农网改造工程完成进度慢、规划建设周期长等不足，加之投资等因素限制，导致在建设和改造过程中存在顾此失彼的现象。而且，农村地区负荷增长发展受限，季节性负荷较为明显，配电变压器轻载现象突出，新增布点后台区轻载高损，运行不经济，投入和产出不成比例，需要找到更为有效且综合的治理方式解决此类问题。2柔性直流综合调压装置的工作原理及适用场景为了解决由于长距离输电、线径较小及用电负荷大而导致低电压的问题，可以采用柔性直流综合调压装置治理低电压。该装置基于交直流混合输电，将原有长距离交流配电改为交直流混合配电，提升电力传输能力，减少线路损耗。柔性直流综合调压装置由整流升压模块（主机，AC/DC 模块）与逆变稳压模块（从机，DC/AC模块）组成，整流升压模块安装在线路前端电压正常位置，逆变稳压模块安装在线路末端出现低电压位置，并联接入电网。二者通过直流线路进行单独连接，形成交直流混配的低电压解决方案，将原有长距离交流配电改为柔性直流配电，减少线路损耗，有效解决末端用户的低电压问题。图1所示为柔性直流综合调压装置组成结构框图。柔性直流综合调压装置综合利用IGBT技术、变流器技术、电力电子技术等，单模块容量为50 kVA，可多模块并联使用，满足不同台区负荷分布需求。其工作原理为，根据上层控制策略给出的工作指令，控制器运算出需要输出的电流值和相位，或控制直流母线电压，柔性直流综合调压装置柔性直流综合调压装置柔性直流综合调压装置柔性直流综合调压装置柔性直流综合调压装置柔性直流综合调压装置柔性直流综合调压装置柔性直流综合调压装置柔性直流综合调压装置柔性直流综合调压装置柔性直流综合调压装置柔性直流综合调压装置柔性直流综合调压装置柔性直流综合调压装置柔性直流综合调压装置柔性直流综合调压装置柔性直流综合调压装置柔性直流综合调压装置柔性直流综合调压装置柔性直流综合调压装置柔性直流综合调压装置柔性直流综合调压装置柔性直流综合调压装置柔性直流综合调压装置柔性直流综合调压装置柔性直流综合调压装置柔性直流综合调压装置柔性直流综合调压装置柔性直流综合调压装置柔性直流综合调压装置柔性直流综合调压装置柔性直流综合调压装置在低电压治理中的应用在低电压治理中的应用在低电压治理中的应用在低电压治理中的应用在低电压治理中的应用在低电压治理中的应用在低电压治理中的应用在低电压治理中的应用在低电压治理中的应用在低电压治理中的应用在低电压治理中的应用在低电压治理中的应用在低电压治理中的应用在低电压治理中的应用在低电压治理中的应用在低电压治理中的应用在低电压治理中的应用在低电压治理中的应用在低电压治理中的应用在低电压治理中的应用在低电压治理中的应用在低电压治理中的应用在低电压治理中的应用在低电压治理中的应用在低电压治理中的应用在低电压治理中的应用在低电压治理中的应用在低电压治理中的应用在低电压治理中的应用在低电压治理中的应用在低电压治理中的应用在低电压治理中的应用（405200）重庆广汇供电服务有限责任公司黄波整流升压AC/DC750 V直流输电375 VL1N逆变稳压DC/AC末端用户L2L3图1柔性直流综合调压装置组成结构框图相电能表、三相电能表，就地查看铁芯接地电流实时值需要通过按压表盘上的按键完成。综合上述情况，采用准备报废的经互感器接入式集中器来完成变压器铁芯接地电流的在线监测，这种方式虽然在可靠性方面存在少许不足，但瑕不掩瑜。事实上，就算电流大于10 A，接入相损坏了，这只集中器还有另外两相可用，甚至还有大量准备报废的集中器（电能表）可用，也没有实际经济损失。3实际应用以上述所取集中器为例，将变压器铁芯接地电流接入集中器 U 相（A 相），交流 220 V 电源接入 W 相（C相）。只将集中器U相电流设置成轮显项，其余显示项目取消轮显。实际应用效果图如图1所示。对于智能变电站，采用双绞线及RS-485通信方式将集中器（电能表）与规约转换器进行物理连接，采用网线将规约转换器与站控层网络进行物理连接。对于常规变电站，采用双绞线及RS-485通信方式将集中器（电能表）与主变压器测控装置进行物理连接。调整遥测表、转发表，将变压器铁芯接地电流实时数据上传到当地及远方监控系统。在监控系统中的对应遥测项添加告警功能，超过0.1 A时监控系统推出告警。安装时，集中器（电能表）应置于表箱内。为了减小漏磁干扰，应安装在变压器器身中部。与集中器（电能表）连接的铁芯接地导线线径应不小于 6 mm2。为了屏蔽干扰，通信线应带有屏蔽层。2023-05-19收稿(b)轮显设定画面（a）装置整体画面(c)常显页面画面图1实际应用效果图37