主要介绍了现今工作当中一些常用的变压器铁芯接地电流检测技术，包括钳形电流表法、绝缘电阻法、色谱分析法等，并对现今国内外的一些接地点电流在线监测方法和理念进行了介绍。
1.2.1变压器铁芯接地电流检测技术
1.2.1.1钳形电流表法
利用电气仪表，如钳形电流表定期监测变压器铁芯的接地电流。在变压器铁芯外引接地线上测量引线中电流的大小，根据电流的大小来确定变压器铁芯是不是存在多点接地现象。当主变带电运行时，电流回路不会在铁芯内形成，故接地电流非常之小，一般在数十mA之内；当多点接地时，铁芯主磁通周围相当于有短路匝的情况存在，接地线上电流会明显增大，而流过的环流大小决定于故障发生点与正常接地点的相对位置，即短路匝中包括含磁通的多少，一般可达几十A[13]。所以通过判断接地引线中电流的大小可以快速、准确地判断出铁芯有无发生多点接地故障，这是一种直接、迅速、灵敏的电气测量方法。采用这种方法一般都要在铁芯接地端装设电流检测设备，通过运维人员的定期巡视来发现问题，这样便会带来一系列新问题，比如人力物力的浪费，无人值守变电站的安全隐患问题，无法在线监测以及容易受现场强电磁环境干扰的问题，因此电流表法在测量精度及时效方面有待进一步提升。[5]
1.2.1.2绝缘电阻法
测量铁芯对地的绝缘电阻是变压器例行试验中的一项基本项目，主要是断开铁芯的接地线，使用摇表（2500V）摇测铁芯对地绝缘，如果对地绝缘电阻很小甚至接近0Ω，说明铁芯存在多点接地故障。这种方法对发现铁芯多点接地故障非常有效，在现场也广泛采用，但是缺点便是使用的局限性较大，由于要解开铁芯接地线，只能在变压器大修的时候采用。
1.2.1.3色谱分析法
变压器内部的绝缘油和绝缘纸在过热和放电类故障的作用下都会产生一些小分子的特征气体，因而色谱法被用来对变压器内部故障的进行检测和评估。不同的特征气体对应着不同类型的故障形式，因而通过对变压器油中溶解的多种气体组份的测量和分析，结合相关的判据可以变压器内部的故障类型和位置进行诊断，而利用油色谱分析检测变压器铁芯接地故障是目前来说也是一种较为有效的方法，该种检测方法可以带电进行并且可以实时检测和诊断。在基于油色谱数据的各种诊断方法中以德国的“四比值法”中的“铁件或油箱出现不平衡电流”一项来判断变压器铁芯多点接地故障最为灵敏、有效。该方法的判据为：CH4/H2=1~3；C2H4/CH4<1； C2H4/C2H6>3； C2H2/C2H4<0.5。其中H2、CH4、C2H2、C2H4和C2H6、为被测变压器油中特诊气体的含量（μL/L）[12-19]。可参考三比值法，从而确定是否为铁芯多点接地，然后再结合电气测量试验，在铁芯绝缘电阻值为零或很低的情况下及铁芯接地线中有环流，表明两者的判断结果相符，则可确定该变压器铁芯存在多点接地故障。因而，变压器的铁芯多点接地检测中应用油色谱分析法和铁芯电流检测数据的融合对于确定铁芯接地故障具有重要意义。变压器油色谱检测技术的应用经验丰富且成熟，但是油中气体含量的改变是一个长期的过程，当铁芯多点接地故障刚发生时，特征气体含量往往无法达到预警值，也就无法及时发现铁芯多点接地故障，当特征气体含量达到预警值时，故障造成的损害往往已经无法挽回。因此采用色谱分析法虽能在抗干扰方面有突出优势，但是在反应铁芯多点接地故障时有严重的滞后性，无法实现在线监测的目的[20-25]。
1.2.1.4 行波法
行波法主要是基于行波在导线中传播的折射与反射过程，当行波沿导线向前传播时遇到导线阻抗改变时，行波发生折射和反射过程，发射波经过2T的时间返回观察点，将与观察点上的发射波叠加，叠加的波形差别与观察点和反射点之间的距离长短有关。同理，当行波沿铁芯传播时，遇到阻抗改变的位置时，也会发生波的折反射过程[26]。
1.2.1.5空载试验法
变压器的空载损耗主要为铁芯损耗，一般来说变压器正常运行和出厂时的空载试验结果基本不会有明显的改变，而当铁芯存在多点接地故障时，若变压器铁芯的接地点间短接的电气距离较大时，在铁芯中就会流过幅值远大于正常运行时接地电流值，在此种情况下导致空载电流及损耗的检测值明显增大。显然，该试验一般也要求停电进行，另外，要求铁芯接地环流的幅值达到比较高的水平，否则，对很多间歇性或小接地环流的铁芯接地故障无法进行判断，存在很多的检测盲区[27]。
1.2.1.6 等效阻抗法
变压器铁芯正常运行时仅一点接地，可采用二端有源网络等效，该网络复阻抗较高且表现为容性。而当变压器铁芯发生多点接地故障时，除了变压器铁芯的接地引线外，还存在铁芯硅钢片、铁芯故障接地点和变压器外壳间的一个低阻抗闭合回路，此时的二端网络的复阻抗表现为感性。而变压器的铁芯的电阻和电感与铁芯的长度有关，铁芯是一个多支路的导线而且在一定频率下是非线性的。当接地点故障改变时，二端网络的复阻抗就会发生改变，因而利用在铁芯上外加某一频率的信号源，通过流过二端有源网络的相位和幅值信息来判断铁芯是否存在多点接地故障及接地点的位置[28]。
综上所述，常用的变压器铁芯多点接地缺陷检测方法在现场应用、检测灵敏度、抗干扰性能、时效性方面均有优缺点。研制一种应用方便、灵敏度高、抗电磁干扰能力强、能够实时在线监测的变压器铁芯多点接地在线监测系统十分必要。
1.2.2在线监测技术的现状和研究进展
在线监测技术，简单地来说，是依靠一种或多种安装在生产线及设备上的仪表，通过对生产设备的一种或多种信号进行连续自动监测并上传至后台接收端，对设备运行状态进行连续实时监控的技术[27-32]。
目前，变压器的在线监测主要是通过对变压器某些参数在一段时间里进行连续实时监测，从而通过其变化趋势判断其运行状态[29-35]。现有的变压器在线监测主要涵盖了油中气体组分含量、局部放电等对象，通过对各种信源所传递的信号实时转化为数字信号并传递到后台计算机，为状态检修提供依据[36-40]。
国外在线监测技术的研究起步较早，在上世纪50年代，美国便开始了在线监测技术的研究工作，前苏联等国家在美国之后也随即展开了相关研究工作，早期的在线监测技术在电力设备局部放电，油中溶解气体分析以及容性设备的绝缘状况方面均取得了一定成果[38-41]。美国杜邦公司与1970年首倡状态检修的概念，随着计算机技术、传感器技术、光纤技术的发展，在线诊断技术的发展驶入了快车道，美国与1986年在费城成立了电力设备状态监测与诊断中心，并和艾迪斯通电厂在状态维修、震动分析、声学研究和铁芯接地电流上进行了多方面的合作，取得了卓有成效的研究成果[40] [41]。进入21世纪，随着数据处理技术的发展，大数据分析、云计算技术开始用于在线监测系统，智能变电站、智能电网的概念开始兴起，在线监测技术在电力设备上的应用迎来了高速发展期[42-50]。根据IEEE/IEE系统内已有的资料表明，英国和美国对于铁芯多点缺陷在线监测主要是通过实时监测其接地电流的数值大小并辅之以DGA（气体传感器对油内气体成分分析）来共同实现对变压器内部铁芯故障的早期预警；目前，欧美国家正在分析电力变压器绝缘监测与诊断研究现状的情况下提出了一种基于Internet应用模型的电力变压器远程监测与故障诊断系统，试图通过将已有的超高频（UHF）局部放电、铁芯接地电流DGA和其他监测方法已融合在一起，从而建立一整套涵盖绕组、铁芯等主变内部放电与绝缘缺陷、位置及典型原因的分布式远程故障诊断系统，如图1.2。然而，在美国与加拿大，这种分布式远程故障诊断系统尚处于实验阶段，并未大量投入使用。
我国从20世纪纪50年代开始，几十年一直根据DL/T 596-2005《电力设备顶防性试验规程》的规定，定期对电气设备进行例行试验，这种试验无法及时有效地发现潜伏性缺陷，而且所加电压通常低于工作电压，对一些隐藏缺陷的检测灵敏度较弱。上世纪80年代以来，电力设备在线监测技术发展很快，近10年，随着传感器技术、微处理器技术、计算机通信技术、多传感器信息融合技术以及故障诊断技术的发展，变压器在线监测技术达到了实用化阶段。
我国对变压器铁芯接地电流在线监测的研究始于上世纪80年代末、90年代初，随着近10年传感器技术、微处理器技术、计算机通信技术、多传感器信息融合技术以及故障诊断技术的发展，变压器接地电流在线监测技术逐渐趋于实用化。目前，国内的一些研究机构和公司也开发了各自的变压器铁芯接地电流在线监测装置，取得了较好的应用效果，然而这些在线监测装置的报警判据简单且单一，不能及时发现变压器内部与铁芯相关的缺陷，易错过最佳处理时机。并且受制于复杂的运行环境和不高的可靠性，现在国内的铁芯接地电流在线监测装置应用并不是非常广泛，很多地区110kV等级的主变依旧停留在定期利用钳形电流表检测接地线上电流的状态，通过100mA的警戒值由人工进行判定和诊断。这种检测方法对于那种稳定性的并且电流幅值较大的多点接地故障才可以进行有效监测，而对于暂时出现的接地故障则无法及时发现，不利于及时发现变压器内部的导电性物体或间歇性多点接地故障。因而加快对铁芯多点接地在线监测技术的研究，通过实时测定变压器铁芯接地电流大小、发热与变压器内部产气特性之间的关系，综合判断变压器铁芯故障的位置和严重程度，利用综合利用多源数据，提高在线监测的准确性和可靠性，对确保变压器的运行寿命、利用率和运行可靠性具有重要意义。
论文作者:汪晟达,吴裕锋,吴俊锋
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年第7期
论文发表时间:2019/8/27
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