CN105207173A - 大容量变压器多点接地的监测、控制和消除的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于变压器设备领域，提出一种大容量变压器内部多点接地的双互感器监测、控制和消除装置，其包括：接地引出线支撑绝缘子，电流互感器，均由并联的限流阻抗单元、多点接地消除单元和二只反向并联的晶闸管组成的二组电气单元，AD转换接口电路，以及单片机；接地引出线穿过第一电流互感器的一次线圈，然后通过并联的限流阻抗单元、多点接地消除单元和二只反向并联的晶闸管，到达接地端。本发明提出的装置能实时地在线地监测到接地电流值的变化情况，一旦监测接地故障，首先进行故障消除，效果不理想，则将限流电阻单元自动切入，避免故障进一步扩大，为运行人员停电检修提供了依据，并且该装置对变压器安全运行没有任何负作用。

Description

大容量变压器多点接地的监测、控制和消除的装置和方法

技术领域

本发明属于变压器设备领域，具体涉及一种用于消除变压器多点接地的装置。

背景技术

大容量变压器铁芯和夹件必须进行有效可靠地接地，否则会造成夹件、铁芯悬浮电位，即，设备中的某一部位由于没有接地积累了大量电荷，这些电荷与大地间形成了一个电位差。

当悬浮电位与变压器内其他部件的电位差累计达到一定值时，会击穿其间的绝缘，并产生火花放电，严重时还会将变压器烧损。当变压器夹件、铁芯发生多点接地时，会使夹件、铁芯分别与地之间形成闭合电流回路，在感应电势作用下铁芯和夹件接地电流比正常运行时要大很多，这么大的接地电流将造成变压器的损伤。目前，当变压器夹件、铁芯发生多点接地时，主要是通过停电后进行串接电阻来处理的，这种需要停电进行处理的方式严重影响到了电网的正常安全运行。

发明内容

针对本领域存在的技术问题，本发明的目的是提出一种大容量变压器多点接地的双互感器监测、控制和消除装置。

本发明的另一目的是提出一种大容量变压器多点接地的双互感器监测、控制和消除的方法。

实现本发明目的的技术方案为：

一种大容量变压器悬浮电位的监测、控制和消除装置，所述变压器包括变压器油箱、铁芯、位于铁芯两端的夹件，所述夹件和铁芯均连接有接地引出线，所述接地引出线从变压器油箱顶部引出，穿过引出线套管，从变压器油箱外侧延伸至地面的接地端；

所述双互感器监测、控制和消除装置包括：二个接地引出线支撑绝缘子，均含有第一电流互感器和第二电流互感器的二组电流互感器，均由并联的限流阻抗单元、多点接地消除单元和二只反向并联的晶闸管组成的二组电气单元，AD转换接口电路，以及单片机；

在变压器油箱的箱体外侧固定设置有夹件的接地引出线支撑绝缘子，所述夹件的接地引出线支撑绝缘子下悬挂有夹件的第一电流互感器和第二电流互感器，所述夹件的接地引出线穿过第一电流互感器的一次线圈，然后通过并联的限流阻抗单元、多点接地消除单元和二只反向并联的晶闸管，然后到达接地端；

在变压器油箱的箱体外侧固定设置有铁芯的接地引出线支撑绝缘子，所述铁芯的接地引出线支撑绝缘子下悬挂有铁芯的第一电流互感器和第二电流互感器，所述夹件的接地引出线穿过第一电流互感器的一次线圈，然后通过并联的限流阻抗单元、多点接地消除单元和二制反向并联的晶闸管，然后到达接地端；

所述的二个第一电流互感器的二次线圈的两端连接所述AD转换接口电路的输入端，所述AD转换接口电路的输出端连接所述单片机。

其中，所述限流阻抗单元包括绕组和绝缘筒，所述绕组缠绕在绝缘筒上，绕组上连接有5个分接，每个分接上均设置有由两只反向并联晶闸管组成的开关组。所述绕组的总电阻为1000Ω。

优选地，所述绕组连接有5个分接，分别为一分接、二分接、三分接、四分接和五分接，每个分接之间的匝数不相同，分接的匝数比为10:40:100:400:1000。

其中，所述多点接地消除单元由变压器、两个反向并联的晶闸管及脉冲电容组成，所述变压器与晶闸管并联支路串联，脉冲电容与变压器和晶闸管的支路并联。

优选地，所述变压器低压侧电压为220V，高压侧电压为1000V。

进一步优选的，所述单片机还连接有显示单元、多点接地故障电流记录单元、多点接地报警器和后台监视电脑。

一种大容量变压器多点接地的监测、控制和消除方法，用二个电流互感器分别监控铁芯引出线的接地电流(Ir+Ig)和干扰电流Ig，计算两个电流互感器数据的差值Ir，当Ir＞0.1A，则向铁芯引出线接入阻值为10-1000Ω的电阻，同时接入容量为2μF的脉冲电容，对铁芯引出线放电。

同样地，用二个电流互感器分别监控夹件引出线的接地电流(Ir+Ig)和干扰电流Ig，计算两个电流互感器数据的差值Ir，当Ir＞0.1A，则向夹件引出线接入阻值为10-1000Ω的电阻，同时接入容量为2μF的脉冲电容，对夹件引出线放电。

进一步地，用开关组分级控制向铁芯和/或夹件引出线接入的电阻，若接入电阻阻值10Ω时Ir≤0.1A，则保持接入一分接电阻；若Ir仍＞0.1A，则接入阻值40Ω的二分接电阻，同时断开一分接，此时若Ir≤0.1A，则保持接入40Ω的二分接电阻；若Ir仍＞0.1A，则接入阻值100Ω的三分接电阻，同时断开二分接电阻，此时若Ir≤0.1A，则保持三分接接入的电阻；若Ir仍＞0.1A，则接入阻值400Ω的四分接电阻，同时断开三分接，此时如果Ir≤0.1A，则保持四分接接入的电阻；若Ir仍＞0.1A，则接入阻值1000Ω的五分接电阻。

本发明的有益效果在于：

本发明提出的装置大大减轻了运行人员的工作强度，在监控后台就能实时地在线地监测到夹件、铁芯接地电流值的变化情况，一旦监测到夹件、铁芯多点接地故障后，首先进行故障消除，效果不理想后，将限流电阻单元就自动切入，避免了变压器故障范围的进一步扩大，同时该装置发出报警信号至后台，就地报警指示灯亮，为运行人员停电检修提供了依据，并且该装置对变压器安全运行没有任何负作用。

附图说明

图1为本发明双互感器监测、控制和消除装置在变压器油箱外侧布置示意图。

图2为变压器油箱内部结构图。

图3为限流阻抗单元的电路图。

图4为多点接地消除单元的电路图。

图中，1为变压器油箱，2为变压器铁芯，3为下夹件，4为上夹件，5为软接线，6为拉板，7为接地片，8为夹件小套管，9为铁芯小套管，10为夹件接地引出线，11为铁芯引出线，12为接地端，13为夹件的第二电流互感器，14为夹件的第一电流互感器14，15为夹件接地引出线支撑绝缘子，16为铁芯的第二电流互感器，17为铁芯的第一电流互感器，18为铁芯接地引出线支撑绝缘子，19为AD转换接口电路，20为LCD显示器，21为单片机，22为多点接地故障电流记录单元，23为多点接地报警器，24为后台监控电脑，25为夹件限流阻抗单元，26为夹件多点接地消除单元，27为铁芯限流阻抗单元，28为铁芯多点接地消除单元，29、30、31、32、、43、44、41、46、47、48、49、50、51、52、53、54为晶闸管(每两个为一组反向并联，各组分属不同电路)，33为左支架，34为右支架，35为绝缘筒，36为绕组一分接，37为绕组二分接，38为绕组三分接，39为绕组四分接，40为绕组五分接，42为变压器，45为脉冲电容。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，术语“中心”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例1

参见图1、图2，一种大容量变压器内部多点接地的双互感器监测、控制和消除装置，该大容量变压器为油浸式变压器，包括变压器油箱1，油箱内有铁芯2、夹件和绕组。铁芯2的两端分别设置有上夹件4和下夹件3，上夹件4和下夹件3通过拉板6连接，拉板6和下夹件3通过软接线5连接。铁芯接地片7通过铁芯引出线11、铁芯小套管9引出，夹件接地通过夹件接地引出线10、夹件小套管8引出。

在变压器油箱1的箱体外侧固定设置有铁芯接地引出线支撑绝缘子18、夹件接地引出线支撑绝缘子15，夹件的第一电流互感器14、第二电流互感器13固定悬挂在夹件接地引出线支撑绝缘子15上；同样，在铁芯引出线上监测铁芯接地电流的第一、第二电流互感器17、16、悬挂在支撑绝缘子18上；

夹件接地引出线10通过夹件小套管8后，穿过夹件的第一电流互感器14的一次线圈，然后连接由并联的夹件限流阻抗单元25、夹件多点接地消除单元26和二只反向并联的晶闸管31、32所组成的电气单元，到达接地端12。第一电流互感器14的二次线圈两端分别与AD转换接口电路19的两个输入接口连接，第二电流互感器13的二次侧感应线圈的两端分别与AD转换接口电路19的另两个输入接口连接，AD转换接口电路19的输出端与单片机21连接，夹件限流阻抗单元25、夹件多点接地消除单元26和二只反向并联的晶闸管31、32输出与接地端连接。晶闸管的控制端连接单片机21。

类似的，铁芯接地引出线11的穿过变压器铁芯引出线套管9后经过二个电流互感器(第一电流互感器18和第二电流互感器17)、铁芯限流阻抗单元27及铁芯多点接地消除单元28后接地。铁芯接地引出线11从第一电流互感器18的一次线圈中穿过，然后与限流阻抗单元27、多点接地消除单元28及两只反向并联的晶闸管30和29的输入端连接，其中限流阻抗电路27、故障消除装置28、两只反向并联的晶闸管29和30是并联关系，第一电流互感器17的二次侧感应线圈的两端分别与AD转换接口电路19的两个输入接口连接，第二电流互感器16的二次侧感应线圈的两端分别与AD转换接口电路21的另两个输入接口连接，AD转换接口电路19的输出端与单片机21连接。

其中，夹件限流阻抗单元27和铁芯限流阻抗单元25的电气结构相同，均包括绕组和绝缘筒，绕组缠绕在绝缘筒上，绕组上连接有5个分接，每个分接上均设置有由两只反向并联晶闸管组成的开关组。本实施例中，绕组的电阻为1000Ω。该绕组带有5个分接，每个分接之间的匝数不相同，分接的匝数比为10:40:100:400:1000。参见图3，铁芯限流阻抗单元27包括起支撑作用的左支架33和右支架34，绝缘筒35，绕在绝缘筒上的绕组，绕组上隔相同的匝数连接有绕组一分接36、绕组二分接37、绕组三分接38、绕组四分接39、绕组五分接40，各分接上均串联有由两只反相并联的晶闸管组成的开关组：控制绕组一分接36的两反相并联的晶闸管41、46，绕组二分接37的两反相并联的晶闸管47、48，绕组三分接38的两反相并联的晶闸管49、50，绕组四分接39的两反相并联的晶闸管51、52、绕组五分接40的两反相并联的晶闸管53、54。

夹件多点接地消除单元28、铁芯多点接地消除单元26的电气结构一样，均是由起开关作用的晶闸管43和晶闸管44、变压器42及脉冲电容45组成(图4)。变压器与晶闸管并联支路串联，脉冲电容45与变压器和晶闸管的支路并联。脉冲电容容量为2μF。变压器42的参数为低压侧电压220V，高压侧电压1000V。

单片机21还连接有显示电流的LCD显示器20、多点接地故障电流记录单元22、多点接地报警器23和后台监控电脑24。

实施例2：

应用实施例1的装置，监测、控制和消除多点接地的步骤为：当单片机21接受第一电流互感器的二次侧感应线圈的输入信号、第二电流互感器的二次侧感应线圈的信号后，经计算后，若测得夹件或铁芯接地电流小于0.1安培，则单片机分别控制两开关晶闸管组成的短路开关组导通接地，此时限流阻抗单元和多点接地故障消除装置不工作；

当单片机接受第一电流互感器的二次侧感应线圈的输入信号和第二电流互感器的二次侧感应线圈的信号后，经计算后，若测得夹件接地电流大于0.1安培，则单片机21控制两开关晶闸管(31和32)组成的短路开关组截止，将多点接地故障消除单元26的晶闸管43、44控制导通，变压器42对脉冲电容45进行充电，充电完成后控制晶闸管43、44截止，将脉冲电容45接入夹件引出线10形成放电回路，即对夹件进行放电。放电后分两种情况，第一种情况若测得夹件接地电流小于或等于0.1安培，则说明多点接地故障消除，单片机控制两开关晶闸管组成的短路开关组31、32导通接地，此时限流阻抗单元25和多点接地故障消除装置26不工作。第二种情况，若测得夹件接地电流仍大于0.1安培，直接控制限流阻抗单元的晶闸管(41和46)导通，限流阻抗单元25接入工作：

夹件限流阻抗单元25有5个分接，首先控制晶闸管41、46导通接入绕组一分接36，如果夹件接地电流还大于0.1安培，通过控制晶闸管41、46截止而断开绕组一分接36，控制晶闸管47、48导通接入绕组二分接37，如果此时夹件接地电流仍大于0.1安培，通过控制晶闸管47、48截止而断开绕组二分接37，通过控制晶闸管49、50导通接入绕组三分接38；类似如果夹件接地电流仍大于0.1安培，断开绕组三分接38同时接入第四分接39，如果夹件接地电流还大于0.1安培，断开绕组四分接39，直到接入绕组五分接40为止。

类似地，当单片机接受第一电流互感器的二次侧感应线圈的输入信号和第二电流互感器的二次侧感应线圈的信号后，经计算后，若测得铁芯接地电流大于0.1安培，则单片机21控制两开关晶闸管组成的短路开关组29和30截止，将多点接地故障消除装置28的晶闸管43、44控制导通，变压器42对脉冲电容45进行充电，充电完成后控制晶闸管43、44截止，将脉冲电容45接入引出线11形成放电回路，即对铁芯进行放电。放电后分两种情况，第一种情况若测得铁芯接地电流小于或等于0.1安培，则说明多点接地故障消除，单片机控制两开关晶闸管组成的短路开关组29、30导通接地，此时限流阻抗单元27和多点接地故障消除装置28不工作。第二种情况，若测得铁芯接地电流仍大于0.1安培，直接控制限流阻抗单元的晶闸管导通，铁芯限流阻抗单元27接入工作。铁芯限流阻抗单元27工作方式和夹件限流阻抗单元工作方式相同。

本发明通过两只电流互感器分别采集电流，一只电流互感器分别套在夹件或铁芯接地引线上，所测的电流(Ig+Ir)除了夹件或铁芯接地电流Ir外，还有漏磁等其它因素产生的干扰电流Ig，另一只电流互感器是检测由于漏磁等其它因素产生的干扰电流Ig。夹件或铁芯接地电流Ir为(Ig+Ir)和干扰电流Ig的电流之差。此方法消除了漏磁的干扰，解决了变压器现场检测数据偏大的问题，提高了测试的准确性。

大容量变压器正常运行时，作为限制电流电阻单元、多点接地消除装置均被导通的晶闸管短路。当夹件或铁芯发生多点接地时，投入多点接地消除装置、限制电流电阻单元。限流阻抗单元使用带5个分接的绕组。当夹件或铁芯发生多点接地时，往往回路电流频率较高，投入分接绕组相当于在回路中串接了电阻和电感，尤其是绕组的电感极大地限制了高频电流，此时电阻上电流小，热容量要求低，解决了仅依靠串接电阻热容量要求高的问题。

作为限制电流阻抗单元、故障消除单元等的通断均采用双向晶闸管控制支路的通断，通过控制导通角，能控制支路的通和断。传统方法是采用开关，由于开关带电流频繁通断出现打火，严重影响了开关的使用寿命。而采用晶闸管控制，性价比高，续流能力强，不出现打火，使用寿命不受影响，解决了传统控制开关使用寿命的问题。

本发明的夹件、铁芯接地电流显示范围宽，满足不同范围的精度要求。通过信号处理、A/D转换单元采集夹件接地电流，在LCD显示单元上显示。程序上采用分段显示功能，既能满足精度要求，又能满足检测范围，解决了现场测试范围小和显示精度不足的问题。在电流最大范围100A内，按不同范围分段显示，当接地电流小于0.1A时，显示精度级别达到0.1mA；当接地电流在0.1A至1A之间时，显示精度级别为0.001A；当接地电流在1A至100A之间时，显示精度级别为0.01A。

以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种大容量变压器多点接地的监测、控制和消除装置，所述变压器包括变压器油箱、铁芯、位于铁芯两侧的夹件，所述夹件和铁芯均连接有接地引出线，所述接地引出线从变压器油箱顶部引出，穿过引出线套管，从变压器油箱外侧延伸至地面的接地端；

其特征在于，所述双互感器监测、控制和消除装置包括：二个接地引出线支撑绝缘子，均含有第一电流互感器和第二电流互感器的二组电流互感器，均由并联的限流阻抗单元、多点接地消除单元和二只反向并联的晶闸管组成的二组电气单元，AD转换接口电路，以及单片机；

在变压器油箱的箱体外侧固定设置有夹件的接地引出线支撑绝缘子，所述夹件的接地引出线支撑绝缘子下悬挂有夹件的第一电流互感器和第二电流互感器，所述夹件的接地引出线穿过第一电流互感器的一次线圈，然后通过并联的限流阻抗单元、多点接地消除单元和二只反向并联的晶闸管，然后到达接地端；

在变压器油箱的箱体外侧固定设置有铁芯的接地引出线支撑绝缘子，所述铁芯的接地引出线支撑绝缘子下悬挂有铁芯的第一电流互感器和第二电流互感器，所述夹件的接地引出线穿过第一电流互感器的一次线圈，然后通过并联的限流阻抗单元、多点接地消除单元和二只反向并联的晶闸管，然后到达接地端；

所述的二个第一电流互感器的二次线圈的两端连接所述AD转换接口电路的输入端，所述AD转换接口电路的输出端连接所述单片机。

2.根据权利要求1所述的监测、控制和消除装置，其特征在于，所述限流阻抗单元包括绕组和绝缘筒，所述绕组缠绕在绝缘筒上，绕组上连接有5个分接，每个分接上均设置有由两只反向并联晶闸管组成的开关组，所述绕组的总电阻为1000Ω。

3.根据权利要求2所述的监测、控制和消除装置，其特征在于，所述绕组连接有5个分接，分别为一分接、二分接、三分接、四分接和五分接，每个分接之间的匝数不相同，分接的匝数比为10:40:100:400:1000。

4.根据权利要求1所述的监测、控制和消除装置，其特征在于，所述多点接地消除单元由变压器、两个反向并联的晶闸管及脉冲电容组成，所述变压器与晶闸管并联支路串联，脉冲电容与变压器和晶闸管的支路并联。

5.根据权利要求4所述的监测、控制和消除装置，其特征在于，所述变压器低压侧电压为220V，高压侧电压为1000V。

6.根据权利要求1-5任一所述的双互感器监测、控制和消除装置，其特征在于，所述单片机还连接有显示单元、多点接地故障电流记录单元、多点接地报警器和后台监视电脑。

7.一种大容量变压器多点接地的监测、控制和消除方法，其特征在于，用二个电流互感器分别监控铁芯引出线的接地电流(Ir+Ig)和干扰电流Ig，计算两个电流互感器数据的差值Ir，当Ir＞0.1A，则向铁芯引出线接入阻值为10-1000Ω的电阻，同时接入容量为2μF的脉冲电容，对铁芯引出线放电。

同样地，用二个电流互感器分别监控夹件引出线的接地电流(Ir+Ig)和干扰电流Ig，计算两个电流互感器数据的差值Ir，当Ir＞0.1A，则向夹件引出线接入阻值为10-1000Ω的电阻，同时接入容量为2μF的脉冲电容，对夹件引出线放电。

8.根据权利要求7所述的监测、控制和消除方法，其特征在于，用开关组分级控制向铁芯和/或夹件引出线接入的电阻，若接入电阻阻值10Ω时Ir≤0.1A，则保持接入一分接电阻；若Ir仍＞0.1A，则接入阻值40Ω的二分接电阻，同时断开1分接，此时若Ir≤0.1A，则保持接入40Ω的二分接电阻；若Ir仍＞0.1A，则接入阻值100Ω的三分接电阻，同时断开二分接电阻，此时若Ir≤0.1A，则保持三分接接入的电阻；若Ir仍＞0.1A，则接入阻值400Ω的四分接电阻，同时断开三分接，此时如果Ir≤0.1A，则保持四分接接入的电阻；若Ir仍＞0.1A，则接入阻值1000Ω的五分接电阻。