程緒長

【摘要】本文介紹了以C8051F系列單片機為控制器的變壓器鐵芯接地電流在線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計，本系統(tǒng)能夠準確判斷鐵芯的工況，在鐵芯出現(xiàn)故障前能及時對變壓器進行維護，保障變壓器的安全運行，同時本系統(tǒng)運用數(shù)據(jù)庫技術(shù)對歷史數(shù)據(jù)進行存儲和分析，具備實時監(jiān)測、歷史數(shù)據(jù)查詢等功能。

【關(guān)鍵詞】 C8051F040 鐵芯接地 在線監(jiān)測

一、引言

電力變壓器是輸電和配電過程中的重要電力設(shè)備，其運行狀態(tài)直接關(guān)系到電網(wǎng)的安全與穩(wěn)定，為適應(yīng)電力系統(tǒng)的智能化發(fā)展，需要對電力變壓器的運行狀態(tài)進行在線監(jiān)控。變壓器運行狀態(tài)在線監(jiān)控包括幾個部分，本文研究設(shè)計了變壓器鐵芯接地電流的在線監(jiān)測系統(tǒng)。

變壓器鐵芯接地電流在線監(jiān)測系統(tǒng)主要包括鐵芯接地電流檢測裝置和上位機監(jiān)控兩大部分。鐵芯接地電流檢測裝置是基于單片機C805lF040的測控裝置，上位機監(jiān)控界面采用了C語言和GDI+控件編寫。鐵芯接地電流檢測裝置通過RS-485總線和上位機通信。

二、變壓器鐵芯接地電流在線監(jiān)測原理

變壓器運行時繞組四周存在電場，而鐵芯和夾件等金屬構(gòu)件均處于該電場中且具有不同的電位，為了預(yù)防變壓器在正常工作時，鐵芯和其他金屬構(gòu)件由于不均勻電場產(chǎn)生懸浮電位而造成對地放電，鐵芯及其金屬構(gòu)件都必須可靠接地。投入使用的變壓器在正常工作狀態(tài)下，鐵芯接地電流很小，為毫安級，最大為100毫安。若鐵芯存在兩點以上接地情況，則接地點之間便可能形成回路從而產(chǎn)生環(huán)流。當兩點電位差達到能夠擊穿二者之間絕緣時便產(chǎn)生斷續(xù)火花放電而損壞變壓器內(nèi)部絕緣固件，從而使絕緣油分解，產(chǎn)生可燃性氣體，還可能使接地片熔斷，燒壞鐵芯，導(dǎo)致事故發(fā)生。當鐵芯出現(xiàn)多點接地故障時，流過變壓器鐵芯接地線上的電流會大幅度的增加，所以通過監(jiān)測鐵芯引出線上電流值的大小就可以準確并實時地診斷出鐵芯多點接地故障。

三、設(shè)計方案

變壓器鐵芯接地電流檢測裝置通過安裝在變壓器鐵心接地線上的電流互感器，獲取原始數(shù)據(jù)，單片機C805lF040將采樣得來的信號進行計算處理后，根據(jù)運算結(jié)果，控制限流電阻的投切，通過LCD顯示測量數(shù)據(jù)。為分析變壓器鐵芯接地電流運行狀態(tài)提供數(shù)據(jù)保障，本裝置通過RS-485總線按照Modbus通信協(xié)議將測量結(jié)果上傳至上位機，上位機可對裝置的通信、測量、報警、校準等參數(shù)進行配置。

四、軟件系統(tǒng)設(shè)計

變壓器鐵芯接地電流在線監(jiān)測系統(tǒng)的軟件由兩部分組成，分別是鐵芯接地電流監(jiān)測裝置的程序和上位機用戶界面的設(shè)計。

4.1鐵芯接地電流監(jiān)測裝置程序的設(shè)計

鐵芯接地電流監(jiān)測裝置程序主要是單片機C805lF040的控制程序，使用C語言編寫，主要實現(xiàn)變壓器鐵芯接地電流信號的采集，分析計算，判斷電流值是否越限，根據(jù)判斷結(jié)果來控制限流電阻的投切，并實時顯示、存儲數(shù)據(jù)，同時上傳實時采集的數(shù)據(jù)。

4.2用戶界面的設(shè)計

本系統(tǒng)運用Visual C和GDI+控件來完成用戶界面的設(shè)計，采用SQL Server 2005來構(gòu)建數(shù)據(jù)庫。用戶登陸界面如圖1所示，登錄界面上設(shè)置了“數(shù)據(jù)庫維護”和“用戶信息管理”登錄按鈕，點擊“數(shù)據(jù)庫維護”按鈕進入數(shù)據(jù)庫連接界面，用戶既可以訪問數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)又可操作、更新數(shù)據(jù)。如果用戶需要對用戶信息進行管理，可以通過點擊“用戶管理”按鈕，連接到用戶管理界面進行相關(guān)操作。

登錄系統(tǒng)后將進入鐵芯接地監(jiān)控系統(tǒng)的主界面，圖2所示。

在此界面上用戶可以進入電流實時監(jiān)測界面、歷史數(shù)據(jù)的讀取界面，也可進入報警信息查詢界面，點擊退出按鈕將退至用戶登錄界面，各個子界面的返回按鈕將返回至主界面。

在電流實時監(jiān)測界面上，可以實時顯示被監(jiān)控變壓器的鐵芯漏電流數(shù)值、保護電阻的投切狀態(tài)以及接地電阻的數(shù)值，通過這些參數(shù)及早發(fā)現(xiàn)變壓器鐵芯出現(xiàn)多點接地的狀況，保證變壓器的正常運行。

電流數(shù)值將以電流波形和電流具體數(shù)值兩種形式表現(xiàn)出來，電流實時波形圖反映了電流在一段時間內(nèi)的變化情況。本界面還設(shè)有報警信息，系統(tǒng)根據(jù)變壓器鐵芯接地監(jiān)測系統(tǒng)上傳的實時數(shù)據(jù)和歷史故障信息、電流值和接地電阻的數(shù)值綜合來判斷變壓器運行是否正常。

該界面還設(shè)“保存數(shù)據(jù)”按鈕，將相應(yīng)數(shù)據(jù)自動的存入相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫中。

為了查看當出現(xiàn)故障時變壓器的故障信息，在報警信息一欄中設(shè)置了“故障信息”按鈕，點擊該按鈕可以查看故障發(fā)生具體信息，包括變壓器的型號、電流值、故障可能發(fā)生位置等信息。

為了預(yù)測變壓器未來的運行狀況，需要變壓器準確運行狀況的歷史數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)的發(fā)展趨勢來預(yù)測變壓器的運行狀況及早防治，本系統(tǒng)設(shè)計了歷史數(shù)據(jù)查詢界面，包括歷史數(shù)據(jù)波形、起止時間日期、保護電阻的投切狀態(tài)、接地電流的數(shù)值等內(nèi)容。

五、總結(jié)與展望

本系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，測量精度高，在滿足測量功能要求的同時，還具有就地顯示、歷史數(shù)據(jù)存儲、越限自動報警等功能，滿足了現(xiàn)場對運行變壓器鐵芯接地電流監(jiān)測的要求，為提高監(jiān)測變壓器鐵芯安全運行提供了有效的技術(shù)手段。本系統(tǒng)可廣泛適用于變壓器、電抗器等電氣設(shè)備的鐵芯接地電流的在線監(jiān)測。

參 考 文 獻

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[3]胡國龍.變壓器鐵芯多點接地故障檢查與處理，中國科技博覽，2014（37）：51-52.

[4]陳明忠.基于Labview變壓器鐵芯接地故障在線監(jiān)測系統(tǒng)，電氣傳動自動化，2015（6）47-49.