变压器铁芯接地电流在线监测系统的设计

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【摘要】本文介绍了以C8051F系列单片机为控制器的变压器铁芯接地电流在线监测系统的设计，本系统能够准确判断铁芯的工况，在铁芯出现故障前能及时对变压器进行维护，保障变压器的安全运行，同时本系统运用数据库技术对历史数据进行存储和分析，具备实时监测、历史数据查询等功能。

【关键词】 C8051F040 铁芯接地 在线监测

一、引言

电力变压器是输电和配电过程中的重要电力设备，其运行状态直接关系到电网的安全与稳定，为适应电力系统的智能化发展，需要对电力变压器的运行状态进行在线监控。变压器运行状态在线监控包括几个部分，本文研究设计了变压器铁芯接地电流的在线监测系统。

变压器铁芯接地电流在线监测系统主要包括铁芯接地电流检测装置和上位机监控两大部分。铁芯接地电流检测装置是基于单片机C805lF040的测控装置，上位机监控界面采用了C语言和GDI+控件编写。铁芯接地电流检测装置通过RS-485总线和上位机通信。

二、变压器铁芯接地电流在线监测原理

变压器运行时绕组四周存在电场，而铁芯和夹件等金属构件均处于该电场中且具有不同的电位，为了预防变压器在正常工作时，铁芯和其他金属构件由于不均匀电场产生悬浮电位而造成对地放电，铁芯及其金属构件都必须可靠接地。投入使用的变压器在正常工作状态下，铁芯接地电流很小，为毫安级，最大为100毫安。若铁芯存在两点以上接地情况，则接地点之间便可能形成回路从而产生环流。当两点电位差达到能够击穿二者之间绝缘时便产生断续火花放电而损坏变压器内部绝缘固件，从而使绝缘油分解，产生可燃性气体，还可能使接地片熔断，烧坏铁芯，导致事故发生。当铁芯出现多点接地故障时，流过变压器铁芯接地线上的电流会大幅度的增加，所以通过监测铁芯引出线上电流值的大小就可以准确并实时地诊断出铁芯多点接地故障。

三、设计方案

变压器铁芯接地电流检测装置通过安装在变压器铁心接地线上的电流互感器，获取原始数据，单片机C805lF040将采样得来的信号进行计算处理后，根据运算结果，控制限流电阻的投切，通过LCD显示测量数据。为分析变压器铁芯接地电流运行状态提供数据保障，本装置通过RS-485总线按照Modbus通信协议将测量结果上传至上位机，上位机可对装置的通信、测量、报警、校准等参数进行配置。

四、软件系统设计

变压器铁芯接地电流在线监测系统的软件由两部分组成，分别是铁芯接地电流监测装置的程序和上位机用户界面的设计。

4.1铁芯接地电流监测装置程序的设计

铁芯接地电流监测装置程序主要是单片机C805lF040的控制程序，使用C语言编写，主要实现变压器铁芯接地电流信号的采集，分析计算，判断电流值是否越限，根据判断结果来控制限流电阻的投切，并实时显示、存储数据，同时上传实时采集的数据。

4.2用户界面的设计

本系统运用Visual C和GDI+控件来完成用户界面的设计，采用SQL Server 2005来构建数据库。用户登陆界面如图1所示，登录界面上设置了“数据库维护”和“用户信息管理”登录按钮，点击“数据库维护”按钮进入数据库连接界面，用户既可以访问数据库中的数据又可操作、更新数据。如果用户需要对用户信息进行管理，可以通过点击“用户管理”按钮，连接到用户管理界面进行相关操作。

登录系统后将进入铁芯接地监控系统的主界面，图2所示。

在此界面上用户可以进入电流实时监测界面、历史数据的读取界面，也可进入报警信息查询界面，点击退出按钮将退至用户登录界面，各个子界面的返回按钮将返回至主界面。

在电流实时监测界面上，可以实时显示被监控变压器的铁芯漏电流数值、保护电阻的投切状态以及接地电阻的数值，通过这些参数及早发现变压器铁芯出现多点接地的状况，保证变压器的正常运行。

电流数值将以电流波形和电流具体数值两种形式表现出来，电流实时波形图反映了电流在一段时间内的变化情况。本界面还设有报警信息，系统根据变压器铁芯接地监测系统上传的实时数据和历史故障信息、电流值和接地电阻的数值综合来判断变压器运行是否正常。

该界面还设“保存数据”按钮，将相应数据自动的存入相应的数据库中。

为了查看当出现故障时变压器的故障信息，在报警信息一栏中设置了“故障信息”按钮，点击该按钮可以查看故障发生具体信息，包括变压器的型号、电流值、故障可能发生位置等信息。

为了预测变压器未来的运行状况，需要变压器准确运行状况的历史数据，根据数据的发展趋势来预测变压器的运行状况及早防治，本系统设计了历史数据查询界面，包括历史数据波形、起止时间日期、保护电阻的投切状态、接地电流的数值等内容。

五、总结与展望

本系统工作稳定可靠，测量精度高，在满足测量功能要求的同时，还具有就地显示、历史数据存储、越限自动报警等功能，满足了现场对运行变压器铁芯接地电流监测的要求，为提高监测变压器铁芯安全运行提供了有效的技术手段。本系统可广泛适用于变压器、电抗器等电气设备的铁芯接地电流的在线监测。

参 考 文 献

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