變壓器鐵心接地電流在線監測裝置現場檢測淺析

劉 睿，陳 凌

(四川電力科學研究院，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，根據變壓器結構的不同，鐵心接地電流在幾毫安至幾十毫安。規程要求，變壓器鐵心接地電流應在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，則將產生充放電現象，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，并形成環流，產生局部過熱，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現鐵心多點接地故障。并可根據鐵心接地電流的大小以及油色譜初步判斷接地點位置。

在變壓器設備逐步智能化的今天，鐵心接地電流在線監測裝置得到了廣泛的應用，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，目前生產變壓器鐵心接地電流在線檢測裝置的廠家眾多，技術水平參差不齊。同時，由于規范變壓器鐵心接地電流在線監測裝置的國家標準或企業標準還沒有正式出臺，這就導致不同廠家鐵心接地電流在線監測裝置功能不一、精度各異;在出廠試驗、型式試驗、入網檢測試驗、現場試驗和特殊試驗環節中的測試項目、測試條件等不明確。特別是對入網檢測和現場測試的忽視，導致一些不滿足標書中技術要求(功能、測量精度等)的鐵心接地電流在線監測裝置入網運行，這就可能在以后運行中對鐵心接地故障出現誤判或不判的現象，為變壓器的安全穩定運行帶來了隱患。

針對目前用戶單位忽視開展鐵心接地電流在線監測裝置現場檢測實際狀況，對四川某智能變電站中兩臺主變壓器的由同一公司生產的同一型號的鐵心接地電流在線監測裝置進行了測量準確度、基本功能等現場測試及檢驗，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。這次現場檢測對以后鐵心接地電流在線監測裝置入網檢測、現場測試等具較大的參考價值。

1 現場檢測對象

該鐵心接地電流在線監測裝置電源由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測裝置包括鐵心電流傳感器、電流數據接收模塊、鐵心狀態分析軟件，并與主IED(intelligent electronic device)組成在線監測系統。系統構成及原理如圖1所示。

穿心式傳感器從被監測設備的接地電纜線直接得到被監測對象的幅值信息，并將該信息上送至電流數據接收模塊，接收模塊經模數轉換后，通過485方式上傳給主IED，由主IED分析診斷后，將分析結果及數據上傳給站級后臺系統，并可以通過后臺系統設定電流報警值。后臺系統界面如圖2所示。

圖1 監測裝置系統原理圖

圖2 主變壓器鐵心接地電流在線監測后臺界面

2 現場檢測方法及結果

對該監測裝置的測量誤差和功能進行了現場檢測和檢查。

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測裝置的現場測試回路如圖3所示。

圖3 誤差測試原理圖

圖3中，T為0～200 V的調壓器;R為0～3.2 kΩ連續可調的滑動電阻;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，從而可得該監測裝置的測量誤差，其定義為

該裝置的測量誤差試驗結果如表1和表2所示。

表1 2號主變壓器鐵心接地電流監測裝置測試誤差

表2 3號主變壓器鐵心接地電流監測裝置測試誤差

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

通過檢測發現該裝置數據傳輸功能正常，能夠將測試的電流值由電流數據模塊進行模數轉換后經IED上傳至站級后臺系統。但是，該套裝置后臺系統功能過于簡單，僅能簡單地對歷史數據進行查看，不具備功能介紹中的數據分析功能，不能結合油色譜數據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測的功能要求。

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

雖然該監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，需要調檔后方可進行測量，而檔位的調節不能自動進行，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測要求。

3 結論與建議

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

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

(2)該監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測要求;

(3)該監測裝置的部分功能與技術協議不符。

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測和故障的判斷、分析的要求。造成以上結果的原因主要是由于當前沒有規范鐵心接地電流在線監測裝置的標準或規范正式出臺，廠家對鐵心接地電流在線監測裝置重視不夠，用戶對鐵心接地電流在線監測裝置入網把關不嚴。因此，建議今后廠家提高鐵心接地電流在線監測裝置的產品質量，用戶加強入網檢測和現場檢驗，保證其能正確地監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，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.