智能小區(qū)中變壓器的異常運行與分析

1、    智能小區(qū)中變壓器的異常運行與分析    崔晨耕摘 要：針對目前智能小區(qū)不斷增加，變壓器在安裝和投入使用后需要進(jìn)行必要的維護(hù)的問題。文章從五個方面對變壓器的異常運行進(jìn)行了分析，給出了保證智能小區(qū)內(nèi)變壓器正常運行的方案，對于變壓器的安全運行和小區(qū)正常供電具有重要的意義。關(guān)鍵詞：智能小區(qū)；變壓器；異常運行；分析：tp393 ：a ：2095-1302（2014）02-0053-030 引 言在智能小區(qū)中，電力變壓器在運行中一旦發(fā)生異常情況，將影響系統(tǒng)的正常運行以及對用戶的正常供電，甚至造成大面積停電。所以，對于變壓器的異常運行分析有著重要意義。1 聲音

2、異常1.1 正常狀態(tài)下變壓器的聲音變壓器屬靜止設(shè)備，但運行中仍然會發(fā)出輕微的、連續(xù)不斷的“嗡嗡”聲。這種聲音是運行中電氣設(shè)備的一種特有現(xiàn)象，一般稱為“噪聲”。產(chǎn)生這種噪聲的原因有：一是勵磁電流的磁場作用使硅鋼片振動；二是特性的接縫和疊層之間的電磁力作用引起的振動；三是繞組的導(dǎo)線之間或繞組之間的電磁力作用引起的振動；四是變壓器上某些零部件引起的振動。正常運行中，變壓器發(fā)出的“嗡嗡”聲是連續(xù)均勻的，如果產(chǎn)生的聲音不均勻或有特殊響聲，應(yīng)視為不正常現(xiàn)象，判斷變壓器的聲音是否正常，可借助于“聽音棒”等工具進(jìn)行。1.2 聲音異常變壓器運行中的聲音異常情況一般有以下幾種：1.2.1 變壓器的聲音比平時增大若

3、變壓器的聲音比平時增大，且聲音均勻，可能的原因：一是電網(wǎng)發(fā)生過電壓。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生單相接地或產(chǎn)生諧振過電壓時，都會使變壓器的聲音增大。出現(xiàn)這種情況時，可結(jié)合電壓、電流表計的指示進(jìn)行綜合判斷；二是變壓器過負(fù)荷。變壓器過負(fù)荷時會使其聲音增大，尤其是在滿負(fù)荷的情況下突然有大的動力設(shè)備投入，將會使變壓器發(fā)出沉重的“嗡嗡”聲。1.2.2 變壓器有雜音若變壓器的聲音比正常時增大且有明顯的雜音，但電流、電壓無明顯異常時，則可能是內(nèi)部夾件或壓緊鐵心的螺栓松動，使得硅鋼片振動增大所造成的。1.2.3 變壓器有放電聲若變壓器內(nèi)部或表面發(fā)生局部放電，聲音中就會夾雜有“噼啪”的放電聲。發(fā)生這種情況時，若在夜間或陰雨天氣下

4、，看到變壓器套管附近有藍(lán)色的電暈或火花，則說明瓷件污穢嚴(yán)重或設(shè)備線夾接觸不良，若變壓器的內(nèi)部放電，則是不接地的部件靜電放電，或是分接開關(guān)接觸不良放電，這時應(yīng)將變壓器作進(jìn)一步檢測或停用。1.2.4 變壓器有水沸騰聲若變壓器的聲音中夾雜有水沸騰聲且溫度急劇變化，油位升高，則應(yīng)判斷為變壓器繞組發(fā)生短路故障，或分接開關(guān)因接觸不良引起嚴(yán)重過熱，這時應(yīng)立即停用變壓器進(jìn)行檢查。1.2.5 變壓器有爆裂聲若變壓器的聲音中夾雜有不均勻的爆裂聲，則是變壓器內(nèi)部或表面絕緣擊穿，此時應(yīng)立即將變壓器停用檢查。1.2.6 變壓器有撞擊聲和摩擦聲若變壓器的聲音中夾雜有連續(xù)的、有規(guī)律的撞擊聲和摩擦聲，則可能是變壓器外部某些零

5、件如表計、電纜、油管等，因變壓器振動造成撞擊或摩擦，或外來高次諧波源所造成，應(yīng)根據(jù)情況予以處理。2 油溫異常運行中的變壓器內(nèi)部的鐵損和銅損轉(zhuǎn)化為熱量，熱量向四周介質(zhì)擴散。當(dāng)發(fā)熱與散熱達(dá)到平衡狀態(tài)時，變壓器各部分的溫度趨于穩(wěn)定。鐵損是基本不變的，而銅損隨負(fù)荷變化。頂層油溫表指示的是變壓器頂層的油溫，溫升是指頂層油溫與周圍空氣溫度的差值。運行中要以監(jiān)視頂層油溫為準(zhǔn)，溫升是參考數(shù)字（目前對繞組熱點溫度還沒有能直接監(jiān)視的條件）。變壓器的絕緣耐熱等級為a級時，繞組絕緣極限溫度為105 ，對于強油循環(huán)繞組絕緣極限溫度為105 ，對于強油循環(huán)的變壓器，根據(jù)國際電工委員會推薦的計算方法：變壓器在額定負(fù)載下運行

6、，繞組平均溫升為65 ，通常最熱點溫升比油平均溫升約高13 ，即65+13=78（），如果變壓器在額定負(fù)載和冷卻介質(zhì)溫度為+20 條件下連續(xù)運行，則繞組最熱點溫度為98 ，其絕緣老化率等于1（即老化壽命為20年）。因此，為了保證絕緣不過早老化，運行人員應(yīng)加強對變壓器頂層油溫的監(jiān)視，按規(guī)定應(yīng)控制在85 以下。若發(fā)現(xiàn)在同樣正常條件下，油溫比平時高出10 以上，或負(fù)載不變而溫度不斷上升（冷卻裝置運行正常），則可認(rèn)為變壓器內(nèi)部出現(xiàn)異常。導(dǎo)致溫度異常的原因有以下幾種：（1）內(nèi)部故障引起溫度異常。變壓器內(nèi)部故障如繞組之間或?qū)娱g短路，繞組對周圍放電，內(nèi)部引線接頭發(fā)熱；鐵心多點接地使渦流增大過熱；零序不平衡電

7、流等漏磁通形成回路而發(fā)熱等因素都可引起變壓器溫度異常。發(fā)生這些情況，還將伴隨著氣體或差動保護(hù)動作。故障嚴(yán)重時，還可能使防爆管或壓力釋放閥噴油，這時變壓器應(yīng)停用檢查。（2）冷卻器運行不正常引起溫度異常。冷卻器運行不正?；虬l(fā)生故障，如潛油泵停運、風(fēng)扇損壞、散熱器管道積垢冷卻效果不良、散熱器閥門沒有打開或散熱器堵塞等因素引起溫度升高。應(yīng)對冷卻系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)或沖洗，提高冷卻效果。3 油位異常變壓器儲油柜的油位表，一般標(biāo)有-30 ，+20 ，+40 三條線，他們是指變壓器使用地點在最低溫度和最高溫度時對應(yīng)的油面，并注明溫度。根據(jù)這三個標(biāo)志可以判斷是否需要加油或放油。運行中變壓器溫度的變化會使油的體積發(fā)生變

8、化。從而引起油位的上下位移。常見的油位異常有假油位和油面過低。如變壓器溫度變化正常，而變壓器油標(biāo)管內(nèi)的油位變化不正?；虿蛔?，則說明是假油位。運行中出現(xiàn)假油位的原因有：（1）油標(biāo)管堵塞；（2）油枕呼吸器堵塞；（3）防爆管通氣孔堵塞； （4）變壓器油枕存有一定數(shù)量的空氣；一般情況下，油面過低應(yīng)視為異常。因其低到一定限度時，會造成輕瓦斯保護(hù)動作；嚴(yán)重缺油時，變壓器內(nèi)部繞組暴露會導(dǎo)致絕緣下降，甚至造成因絕緣散熱不良而引起損壞事故。處于備用的變壓器如嚴(yán)重缺油，也會吸潮而使其絕緣降低。造成變壓器油面過低或嚴(yán)重缺油的原因有以下幾種：（1）變壓器嚴(yán)重滲油；（2）修試人員因工作需要多次放油后未做補充；（3）氣溫

9、過低且油量不足，或油枕容積偏小，不能滿足運行要求。4 變壓器外觀異常變壓器運行中，外觀異常有下列幾種原因：4.1 防爆管防爆膜破裂防爆管防爆膜破裂，會引起水和潮氣進(jìn)入變壓器內(nèi)，導(dǎo)致絕緣油乳化及變壓器的絕緣強度降低。原因如下：（1）防爆膜材質(zhì)與玻璃選擇處理不當(dāng)。當(dāng)材質(zhì)未經(jīng)壓力試驗驗證或玻璃未經(jīng)退火處理時，受到自身內(nèi)應(yīng)力的不均勻時會導(dǎo)致裂面。（2）防爆膜及法蘭加工不精密不平整，裝置結(jié)構(gòu)不合理，檢修人員安裝防爆膜時工藝不符要求，緊固螺絲受力不均，接觸面無彈性等所造成。（3）呼吸器堵塞或抽真空充氮時不慎，受壓力而破損。4.2 壓力釋放閥的異常目前，大中型變壓器已大多應(yīng)用壓力釋放閥（下稱“釋放器”）代替

10、老式的防爆管裝置，因為一般老式的防爆管油枕只能起到半密封作用，而不能起到全密封作用。當(dāng)變壓器油超過一定標(biāo)準(zhǔn)時，釋放器便開始動作進(jìn)行溢油或噴油，從而減小油壓，保護(hù)了油箱。如果變壓器油量過多、氣溫又高而造成非內(nèi)部故障的溢油現(xiàn)象，溢出過多的油后釋放器會自動復(fù)位，仍起到密封的作用。釋放器備有信號報警以便運行人員迅速發(fā)現(xiàn)異常并進(jìn)行查處。4.3 套管閃絡(luò)放電套管閃絡(luò)放電會造成發(fā)熱，導(dǎo)致絕緣老化受損甚至引起爆炸。常見原因如下：（1）套管表面過臟，如粉塵、污穢等。在陰雨天就會發(fā)生套管表面絕緣強度降低，容易發(fā)生閃絡(luò)事故，若套管表面不光潔，在運行中電場不均勻會發(fā)生放電現(xiàn)象。（2）高壓套管制造不良，末屏接地焊接不良

11、形成絕緣損壞，或接地末屏出線的瓷瓶心軸與接地螺套不同心、接觸不良或末屏不接地，也有可能導(dǎo)致電位提高而逐步損壞。（3）當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)部或外部過電壓時，套管內(nèi)由于存在隱患而導(dǎo)致?lián)舸?.4 滲油和漏油滲漏油是變壓器的常見缺陷，常見的具體部位及原因有：（1）閥門系統(tǒng)：蝶閥膠墊材質(zhì)、安裝不良，放油閥精度不高、螺紋處滲漏。（2）膠墊接線樁頭、高壓套管基座、電流互感器出線樁頭、膠墊不密封、無彈性、滲漏。一般膠墊壓縮應(yīng)保持在2/3，有一定的彈性。隨運行時間的增長，溫度過高、振動等原因造成老化龜裂、失去彈性或本身材質(zhì)不符要求，位置不對稱、偏心。（3）絕緣子破裂滲漏油。（4）設(shè)計制造不良。高壓套管升高座法蘭、油箱外表

12、、油箱底盤大法蘭等焊接處，因制造和加工粗糙形成滲漏油。5 顏色、氣味異常變壓器的許多故障常伴有過熱現(xiàn)象，使得某些部件或局部過熱，因而引起一些有關(guān)部件的顏色變化或產(chǎn)生特殊氣味。一般引線、線卡處過熱都會引起異常。套管接線端部緊固部分松動，或引線頭線鼻子等接觸面發(fā)生嚴(yán)重氧化，使接觸處過熱，顏色變暗失去光澤，表面鍍層也遭到破壞。連接接頭部分一般溫度不宜超過70 ，可用示溫蠟片檢查，一般黃色熔化為60 ，綠色70 ，紅色80 ，也可用紅外線測溫儀測量。溫度很高時還會散發(fā)出焦臭味。套管、絕緣子有污穢或損傷嚴(yán)重時會發(fā)生放電、閃絡(luò)并產(chǎn)生一種特殊的臭氧味。呼吸器硅膠一般正常干燥時為藍(lán)色，其作用為吸附空氣中進(jìn)入油

13、枕膠袋、隔膜中的潮氣，以免變壓器受潮。當(dāng)硅膠由藍(lán)色變?yōu)榉奂t色，則表明受潮而且硅膠已失效，一般粉紅色部分超過2/3時，應(yīng)予更換。硅膠變色過快的原因主要有：（1）長期天氣陰雨、空氣濕度較大，吸濕變色過快；（2）呼吸器容量過小，如采用0.51 kg的呼吸器，變色過快是常見現(xiàn)象，應(yīng)更換較大容量的呼吸器；（3）硅膠玻璃罩罐有裂紋破損；（4）呼吸器下部油封罩內(nèi)無油或油位太低起不到良好油封作用，使?jié)窨諝馕唇?jīng)油封過濾而直接進(jìn)入硅膠罐內(nèi)；（5）呼吸器安裝不良，如膠墊龜裂不合格，螺絲松動安裝不密封而受潮。附件電源線或二次線的老化損傷，則會造成短路，從而產(chǎn)生異常氣味。另外，冷卻器中電機短路、分控制箱內(nèi)接觸器、熱繼電

14、器過熱等燒損，也會產(chǎn)生焦臭味。6 結(jié) 語綜上所述，在智能小區(qū)中，物業(yè)管理人員一定要密切關(guān)注變壓器的運行情況。一旦出現(xiàn)異常，務(wù)必及時查明原因，解決故障，確保小區(qū)內(nèi)的正常供電。參 考 文 獻(xiàn)1 劉洋.變壓器異常運行和常見故障現(xiàn)象原因分析j.華中電力，2004（5）：79-80，83.2 吳森.變壓器運行中的常見故障及原因分析j. 黑龍江科技信息，2010（30）：80.3 趙國華，郭紅偉，付杰.變壓器異常運行和常見故障的原因與分析j. 民營科技， 2009（9）：50.4 王喜廷，黃蘭鳳.引起變壓器直流電阻三相不平衡的原因分析及故障判斷j. 黑龍江科技信息，2007（23）：11.5 張艷玲.變壓

15、器異常運行和常見故障分析j. 黑龍江科技信息，2009（1）：556 宮戰(zhàn)國，王伯韜.淺談變壓器異常運行及常見故障j.中外企業(yè)家，2010（12）：106-107. 7 劉增良.電氣設(shè)備及運行維護(hù)m.北京：中國電力出版社，2009.0 引 言道路上的井蓋遍及城市各地，由于人為偷盜或者長期磨損導(dǎo)致井蓋丟失、塌陷，對過往車輛和行人造成危險。針對井蓋監(jiān)控手段欠缺，目前以人防、物防為主，急需設(shè)計一種技術(shù)防范的安全監(jiān)管系統(tǒng)。近幾年隨著無線傳感網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，利用無線傳感網(wǎng)絡(luò)設(shè)計安防領(lǐng)域已成為熱點1-2。由于井蓋之間距離較近，結(jié)合zigbee短距離通信技術(shù)3，設(shè)計一種基于井蓋安全監(jiān)控系統(tǒng)的嵌入式網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)接收

16、來自無線傳感網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的數(shù)據(jù)，處理、存儲后通過gprs網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)焦簿W(wǎng)絡(luò)中。1 井蓋監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理本文的井蓋監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理圖如圖1所示，其系統(tǒng)組成為包含井蓋報警器的zigbee網(wǎng)絡(luò)、嵌入式網(wǎng)關(guān)、gprs短信模塊、web服務(wù)器。井蓋報警器之間采用zigbee無線通信技術(shù)，每個報警器作為zigbee網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點，通過固定的組網(wǎng)方式形成無線傳感網(wǎng)絡(luò)。報警器以接力的方式將數(shù)據(jù)傳到zigbee網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)器節(jié)點，協(xié)調(diào)器節(jié)點負(fù)責(zé)接收所有網(wǎng)絡(luò)中的報警器節(jié)點信息。嵌入式網(wǎng)關(guān)通過串口1獲得zigbee無線傳感網(wǎng)絡(luò)中的報警器數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)庫存儲并處理，將必須的信號發(fā)送給gprs模塊，gprs電路將其轉(zhuǎn)

17、發(fā)到具有固定ip地址的web數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中，實現(xiàn)報警數(shù)據(jù)的上傳。市政設(shè)施管理處以及自來水廠等政府機構(gòu)可以通過網(wǎng)絡(luò)查詢自己單位的井蓋狀態(tài)，是否需要維護(hù)，并記錄，同時發(fā)送短信給檢修人員，實現(xiàn)及時維修和處理。圖1 井蓋監(jiān)控系統(tǒng)工作原理2 系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)的硬件設(shè)計本系統(tǒng)的網(wǎng)關(guān)硬件組成框圖如圖2所示，該網(wǎng)關(guān)包含三星公司的微處理器s3c6410、存儲模塊、jtag接口、lcd顯示接口、gprs模塊等。圖2 網(wǎng)關(guān)硬件框圖2.1 處理器系統(tǒng)采用三星公司的s3c6410微處理器作為網(wǎng)關(guān)硬件電路，s3c6410采用arm11的內(nèi)核架構(gòu)，采用8級流水線與數(shù)據(jù)地址總線分離的哈佛結(jié)構(gòu)4-5。包含多種硬件外設(shè)，支持nor-fl

18、ash，nand-flash，onenand，cf，rom等多種存儲器端口，增加的流水線設(shè)計提高了時鐘頻率和并行處理能力。是一種高性能的32位risc處理器，可以穩(wěn)定運行在667 mhz主頻以上。主要應(yīng)用于嵌入式設(shè)備、消費類電子、工業(yè)控制、車載導(dǎo)航、行業(yè)pda等電子產(chǎn)品。2.2 存儲模塊網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)都放在存儲模塊中，s3c6410的平臺包含nand flash，nor flash和sd卡三種。nand flash采用三星公司的k9f1g08u0型號，大小為128 mb，存放bootloader、啟動參數(shù)、內(nèi)核、根文件等，網(wǎng)關(guān)設(shè)計采用從nand flash啟動，選擇德國denx軟件中心開發(fā)的u-b

19、oot作為bootloader進(jìn)行引導(dǎo)。nor flash采用低電壓供電且具有低功耗模式的s29al08d芯片，大小為8 mb，3 v供電。s3c6410提供sd卡接口，可以外接sd卡，支持從sd卡啟動。2.3 jtag接口s3c6410可使用簡易jtag電路對flash進(jìn)行在線編程，通過標(biāo)準(zhǔn)20針接口同宿主機相連接，實現(xiàn)flash的擦除和編程。2.4 gprs模塊gprs模塊采用simcom公司的sim900a，工作頻段支持egsm 900 mhz和dcs 1 800 mhz，可以使用包含cs-4等多種編碼格式，內(nèi)置tcp/ip協(xié)議，采用spi接口，同微處理器s3c6410的串口0相連。2.

20、5 lcd顯示接口lcd選用7寸真彩色寬屏at070tn92，外帶7寸電阻觸摸屏，分辨率800×480， 支持lvds接口。3 網(wǎng)關(guān)平臺的搭建s3c6410微處理器采用移植性較強的linux操作系統(tǒng)，能夠固化在容量小的嵌入式設(shè)備，系統(tǒng)內(nèi)核選用2.6.38.8，搭建網(wǎng)關(guān)開發(fā)平臺主要包含三個部分：引導(dǎo)程序、內(nèi)核、系統(tǒng)文件6-7。編譯環(huán)境選擇交叉編譯，選擇vmware虛擬機，交叉編譯器選用arm-linux-gcc-3.41，實現(xiàn)在windows操作系統(tǒng)下編譯嵌入式linux系統(tǒng)執(zhí)行的文件。引導(dǎo)程序主要負(fù)責(zé)加載操作系統(tǒng)，實現(xiàn)硬件的初始化，建立設(shè)備的內(nèi)存映射表。加載方式采用將bootload

21、er搬移到sdram中進(jìn)行執(zhí)行，比直接在flash中運行速率快。采用開源的u-boot作為bootloader，針對s3c6410硬件修改體系結(jié)構(gòu)相應(yīng)代碼實現(xiàn)移植。內(nèi)核部分主要針對需要進(jìn)行內(nèi)核裁剪和添加，獲取標(biāo)準(zhǔn)的linux內(nèi)核2.6.38.8版本，配置kconfig文件，產(chǎn)生.config文件，通過編譯內(nèi)核生成內(nèi)核鏡像文件zimage。將gprs模塊驅(qū)動和lcd驅(qū)動編譯生成動態(tài)文件，采用insmod方式加載到內(nèi)核。系統(tǒng)文件主要制作linux系統(tǒng)的根文件系統(tǒng)，linux所有設(shè)備都是以文件形式存在，選擇常用的cramfs文件系統(tǒng)，啟動內(nèi)核需要根文件系統(tǒng)來掛載。下載busybox工具進(jìn)行配置，利用

22、mkcramfs制作文件系統(tǒng)的鏡像。4 網(wǎng)關(guān)的軟件設(shè)計井蓋監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)關(guān)設(shè)計軟件工作流程如圖3所示，包含三個處理事件：串口、數(shù)據(jù)庫和qt界面設(shè)置。串口處理需要通過啟動進(jìn)程實現(xiàn)，本系統(tǒng)需要接收zigbee網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，網(wǎng)關(guān)和zigbee網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)器通過串口1連接，網(wǎng)關(guān)啟動一個進(jìn)程接收zigbee網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點數(shù)據(jù)，包括節(jié)點地址和采集的傳感器參數(shù)。當(dāng)有數(shù)據(jù)傳輸過來時，按照節(jié)點id將數(shù)據(jù)存儲在sqlite3數(shù)據(jù)庫中。數(shù)據(jù)庫采用sqlite3的小型嵌入式數(shù)據(jù)庫，占用250 kb空間大小，支持?jǐn)?shù)據(jù)庫達(dá)到2 tb。網(wǎng)關(guān)啟動后在相應(yīng)路徑建立數(shù)據(jù)庫，同時建立數(shù)據(jù)庫表項，包含節(jié)點id和節(jié)點地址以及傳感器采集的井蓋狀態(tài)信息等。 應(yīng)用程序界面采用qt creater設(shè)計，基于c+進(jìn)行開發(fā)的應(yīng)用程序框架。設(shè)計良好的ui界面，通過按鍵的觸發(fā)調(diào)用數(shù)據(jù)庫和串口提供的api接口函數(shù)，顯示出各個井蓋模塊的安全狀態(tài)。后臺運行串口服務(wù)程序和數(shù)據(jù)庫，qt通過動態(tài)庫的方式調(diào)用相關(guān)數(shù)據(jù)。圖3 網(wǎng)關(guān)工作流程圖5 實驗分析針對井蓋分布狀況，進(jìn)行無障礙距離測試，