基于STM32的变压器铁芯接地电流在线监测系统设计
发布时间：2021-10-15 00:56
电力变压器在整个电力系统中负责电能的传送、电力的变换,占据着无可替代的作用。目前对变压器铁芯接地电流的监测一直采用人工定期检测的传统方式,效率低且不利于整个电力系统安全性的进一步提高,所以提出一种新的监测方式具有实际意义。本文目的是改变传统铁芯接地电流的监测方式,秉持电力系统智能化发展的理念,力求在不改变变压器原有结构的前提下,设计了基于STM32的变压器铁芯接地电流在线监测系统。监测装置结构总共可以分为上位机、下位机两个部分。下位机是选取STM32F103作核心控制芯片,通过电流互感器采集变压器套管引出的接地线上的电流值,接着对电流值进行判断,执行档位切换工作使信号大小能够满足采集转换芯片的需求。当系统确定电流已经超出规定阈值,将启动故障保护动作同时将故障值和对应的故障时间存储。通信模块选择了基于RS485的Modbus-RTU协议,协议带有CRC校验,使数据能够得到可靠收发。整个下位机软件代码是结合uCos-II嵌入式实时操作系统来完成不同任务间的协调工作。上位机部分是人机交互的重要窗口,选择了一款带有数据库的组态软件,完成实时数据的接收显示、历史数据的记录。本文对监测系统做了全面...
【文章来源】：安徽大学安徽省 211工程院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
变压器监测技术
第二章变压器在线监测系统概述6图2.2铁芯离地寄生电容状态图形成的悬浮电位大小并不是一个固定的值，它与部件间的距离、摆放位置及变压器类型有关，当电位差达到一定强度，超过绝缘电压时，绝缘材料被击穿、绝缘油分解，同时伴随着变压器局部放电现象的产生。放电过程是这样的：一直放电持续到到电位差消除，紧接着又开始放电，是一种循环式、间断型的过程。长期累月的微电量释放，不仅直接冲击着绝缘层体，其产生的热量也会加速绝缘层体的老化，会给变压器的安全带来巨大隐患。对变压器铁芯单点可靠接地是解决问题的最佳方法。因为当铁芯和大地进行连接，寄生电容将不起作用，视作短路，铁芯电位为零，杜绝了这一部分所引起的放电影响。对于绕组和铁芯及金属器件间流过的电流，理论上三相绕组的对称结构可以很好的抵消对地电容电流，实际在变压器运行中，电气参数想要完全的不受其他因素影响，只因结构对称就能相等或消除是不存在的。流过的电流量也只是微量的，不会对固体绝缘产生负担，对这部分电流进行实时监测，超出报警值就说明有故障发生。2.2.2变压器铁芯多点接地分析变压器从出厂、运输到使用，每个步骤中都有可能导致铁芯多点接地。如变压器质量把控不过关，绝缘层预留空间不够，导致铁芯直接接触到金属外壳或金属夹件发生接触性短路；油箱内部如果掉入异物，又没有得到及时清理，导致硅钢片发生局部性短路；长期恶劣潮湿的地面环境会降低铁芯绝缘夹件、穿心绝缘筒的绝缘性能，导致铁芯出现低阻性多点接地[16]；变压器铁芯的下夹件垫块与下铁轭间存在的绝缘纸板一旦脱离，垫
置只监测铁芯接地电流的方式进行改进，在对铁芯接地电流监测的过程中，也对夹件接地电流进行监测。接地方式分为变压器内部接地和套管引出接地。内部接地方式是利用一块铜片同时连接变压器铁芯的上下两扼，注意是同侧的两扼，将铜片接地来实现铁芯接地，这种方式适用于套管没被引出油箱的小容量等级变压器。若是变压器采用套管引出接地方式，这种方式更适合在线监测接地电流。不需要改变变压器本身的结构，在电力变压器本身的接地线上安装监测设备即可，为系统设计解决了监测条件及安装位置的问题。套管引出接地方式的监测图如图2.3所示。图2.3变压器套管引出接地金属夹件和铁芯分别通过套管接地，当因为金属丝或焊渣等导电残留物连通了夹件和铁芯，变压器内部出现短接和铁芯多点接地情况时，从图2.3中我们可以看到环流的绕行方向。由于此时接地线是被引出来的，通过监测装置显示屏可以看到当前电流的变化情况，且铁芯和夹件两处监测到的电流应该一样大。如果仅是因为变压器发生铁芯多点接地，并没有与夹件发生连通关系，夹件将不再成为回路的一部分，则只能在铁芯监测设备处监测到电流增大的情况。这种双设备监测模式可以帮助工作人员粗略判断变压器内部的哪个部分发生了多点接地故障。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于振荡波的变压器绕组故障诊断方法研究[J]. 吴振宇,周利军,周祥宇,林桐,郭蕾,刘红文,江俊飞. 中国电机工程学报. 2020(01)
[2]变压器铁芯多点接地故障判断及处理方法[J]. 胡瑞. 矿业装备. 2018(04)
[3]变压器铁芯多点接地故障分析及处理过程[J]. 徐斌,李鹏. 中小企业管理与科技(下旬刊). 2018(01)
[4]A Flash-ADC data acquisition system developed for a drift chamber array and a digital filter algorithm for signal processing[J]. 易晗,吕黎明,张钊,程文静,季伟,黄彦,张嫣,李红洁,崔银平,林明,王轶杰,段利敏,胡荣江,肖志刚. Chinese Physics C. 2016(11)
[5]变压器铁芯接地基本分析[J]. 梁斌,张凡,赵会冰,宋晓龙,雷思琦. 低碳世界. 2016(19)
[6]基于LabVIEW和RS-485总线的锅炉测控系统设计[J]. 漆鹏杰,刘秀波,仲兆准. 新技术新工艺. 2015(10)
[7]变压器铁芯接地电流异常的检查与处理[J]. 洪亮,徐康健. 电工电气. 2015(02)
[8]一种模拟滤波电路数字化方法[J]. 何亚杰. 电子科技. 2014(03)
[9]基于MATLAB的IIR数字滤波器设计及DSP实现[J]. 郭平. 机电信息. 2013(36)
[10]中国发电设备工业发展近况及展望[J]. 吕坤,戴庆忠. 东方电机. 2013(06)
博士论文
[1]电力系统远程监控的若干问题研究[D]. 余臻.厦门大学 2008
硕士论文
[1]基于无线传感器网络的窖池固态发酵监测系统设计[D]. 殷李敏.安徽大学 2019
[2]电力变压器铁芯接地电流在线监测系统研究[D]. 胡文保.长春工业大学 2018
[3]基于STM32自供电继电保护装置设计[D]. 李金生.安徽大学 2018
[4]35kV线路微机综合保护装置设计与开发[D]. 崔炎坤.安徽大学 2018
[5]便携式电力变压器振动监测与故障诊断系统的研究与实现[D]. 吴迪.浙江大学 2017
[6]110kV变压器在线监测系统的研究[D]. 李伟.华北电力大学 2016
[7]基于Modbus TCP/IP协议的iOS移动监测平台的研究与实现[D]. 吴萍.东华大学 2016
[8]变压器色谱在线监测系统在鄂尔多斯电网应用研究[D]. 卢晓龙.华北电力大学 2015
[9]基于CMX469A嵌入式MODEM的PCB设计及其EMC分析[D]. 胡亚洲.南京邮电大学 2013
[10]基于BP神经网络的电力变压器内部故障诊断方法研究[D]. 殷震.天津大学 2007
本文编号：3437135
【文章来源】：安徽大学安徽省 211工程院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
变压器监测技术
第二章变压器在线监测系统概述6图2.2铁芯离地寄生电容状态图形成的悬浮电位大小并不是一个固定的值，它与部件间的距离、摆放位置及变压器类型有关，当电位差达到一定强度，超过绝缘电压时，绝缘材料被击穿、绝缘油分解，同时伴随着变压器局部放电现象的产生。放电过程是这样的：一直放电持续到到电位差消除，紧接着又开始放电，是一种循环式、间断型的过程。长期累月的微电量释放，不仅直接冲击着绝缘层体，其产生的热量也会加速绝缘层体的老化，会给变压器的安全带来巨大隐患。对变压器铁芯单点可靠接地是解决问题的最佳方法。因为当铁芯和大地进行连接，寄生电容将不起作用，视作短路，铁芯电位为零，杜绝了这一部分所引起的放电影响。对于绕组和铁芯及金属器件间流过的电流，理论上三相绕组的对称结构可以很好的抵消对地电容电流，实际在变压器运行中，电气参数想要完全的不受其他因素影响，只因结构对称就能相等或消除是不存在的。流过的电流量也只是微量的，不会对固体绝缘产生负担，对这部分电流进行实时监测，超出报警值就说明有故障发生。2.2.2变压器铁芯多点接地分析变压器从出厂、运输到使用，每个步骤中都有可能导致铁芯多点接地。如变压器质量把控不过关，绝缘层预留空间不够，导致铁芯直接接触到金属外壳或金属夹件发生接触性短路；油箱内部如果掉入异物，又没有得到及时清理，导致硅钢片发生局部性短路；长期恶劣潮湿的地面环境会降低铁芯绝缘夹件、穿心绝缘筒的绝缘性能，导致铁芯出现低阻性多点接地[16]；变压器铁芯的下夹件垫块与下铁轭间存在的绝缘纸板一旦脱离，垫
置只监测铁芯接地电流的方式进行改进，在对铁芯接地电流监测的过程中，也对夹件接地电流进行监测。接地方式分为变压器内部接地和套管引出接地。内部接地方式是利用一块铜片同时连接变压器铁芯的上下两扼，注意是同侧的两扼，将铜片接地来实现铁芯接地，这种方式适用于套管没被引出油箱的小容量等级变压器。若是变压器采用套管引出接地方式，这种方式更适合在线监测接地电流。不需要改变变压器本身的结构，在电力变压器本身的接地线上安装监测设备即可，为系统设计解决了监测条件及安装位置的问题。套管引出接地方式的监测图如图2.3所示。图2.3变压器套管引出接地金属夹件和铁芯分别通过套管接地，当因为金属丝或焊渣等导电残留物连通了夹件和铁芯，变压器内部出现短接和铁芯多点接地情况时，从图2.3中我们可以看到环流的绕行方向。由于此时接地线是被引出来的，通过监测装置显示屏可以看到当前电流的变化情况，且铁芯和夹件两处监测到的电流应该一样大。如果仅是因为变压器发生铁芯多点接地，并没有与夹件发生连通关系，夹件将不再成为回路的一部分，则只能在铁芯监测设备处监测到电流增大的情况。这种双设备监测模式可以帮助工作人员粗略判断变压器内部的哪个部分发生了多点接地故障。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于振荡波的变压器绕组故障诊断方法研究[J]. 吴振宇,周利军,周祥宇,林桐,郭蕾,刘红文,江俊飞. 中国电机工程学报. 2020(01)
[2]变压器铁芯多点接地故障判断及处理方法[J]. 胡瑞. 矿业装备. 2018(04)
[3]变压器铁芯多点接地故障分析及处理过程[J]. 徐斌,李鹏. 中小企业管理与科技(下旬刊). 2018(01)
[4]A Flash-ADC data acquisition system developed for a drift chamber array and a digital filter algorithm for signal processing[J]. 易晗,吕黎明,张钊,程文静,季伟,黄彦,张嫣,李红洁,崔银平,林明,王轶杰,段利敏,胡荣江,肖志刚. Chinese Physics C. 2016(11)
[5]变压器铁芯接地基本分析[J]. 梁斌,张凡,赵会冰,宋晓龙,雷思琦. 低碳世界. 2016(19)
[6]基于LabVIEW和RS-485总线的锅炉测控系统设计[J]. 漆鹏杰,刘秀波,仲兆准. 新技术新工艺. 2015(10)
[7]变压器铁芯接地电流异常的检查与处理[J]. 洪亮,徐康健. 电工电气. 2015(02)
[8]一种模拟滤波电路数字化方法[J]. 何亚杰. 电子科技. 2014(03)
[9]基于MATLAB的IIR数字滤波器设计及DSP实现[J]. 郭平. 机电信息. 2013(36)
[10]中国发电设备工业发展近况及展望[J]. 吕坤,戴庆忠. 东方电机. 2013(06)
博士论文
[1]电力系统远程监控的若干问题研究[D]. 余臻.厦门大学 2008
硕士论文
[1]基于无线传感器网络的窖池固态发酵监测系统设计[D]. 殷李敏.安徽大学 2019
[2]电力变压器铁芯接地电流在线监测系统研究[D]. 胡文保.长春工业大学 2018
[3]基于STM32自供电继电保护装置设计[D]. 李金生.安徽大学 2018
[4]35kV线路微机综合保护装置设计与开发[D]. 崔炎坤.安徽大学 2018
[5]便携式电力变压器振动监测与故障诊断系统的研究与实现[D]. 吴迪.浙江大学 2017
[6]110kV变压器在线监测系统的研究[D]. 李伟.华北电力大学 2016
[7]基于Modbus TCP/IP协议的iOS移动监测平台的研究与实现[D]. 吴萍.东华大学 2016
[8]变压器色谱在线监测系统在鄂尔多斯电网应用研究[D]. 卢晓龙.华北电力大学 2015
[9]基于CMX469A嵌入式MODEM的PCB设计及其EMC分析[D]. 胡亚洲.南京邮电大学 2013
[10]基于BP神经网络的电力变压器内部故障诊断方法研究[D]. 殷震.天津大学 2007
本文编号：3437135
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlidianqilunwen/3437135.html
