智能变压器关键问题研究

Part01智能变压器技术要求Part02集成在线监测的智能变压器方案Part03智能变压器关键问题的研究Part01智能变压器的技术要求根据智能变压器测量数字化、控制网络化、状态可视化、功能一体化、信息互动化的总体要求，智能变压器要达到如下的技术要求。1）根据实时获取的油箱顶部温度、环境温度、负荷电流评估绕组的热点温度和寿命损耗（IEC60354，IEC70076-7）、过载能力、紧急过负载时间。向冷却器控制系统发出操作指令，并评估冷却效率，超过设定参数，主动启停相应设备，超过极限参数，主动发出信息或指令。2）根据设定的冷却器控制方式（自动、手动），控制并监视冷却器的运行，制定冷却器投切策略、优化冷却器投切。监视冷却器：a、每组风机的工作状态（工作、停止、故障）；b、电源状态（正常、断相、停电、故障）；根据冷却效率提示是否清理。给出分类故障报警，紧急情况下主动发出指令。3）实时把气体继电器状态（轻瓦斯、重瓦斯）、压力释放器状态动作跳闸和压力继电器动作跳闸等作为最高优先级，并发出信息。4）将实时监测的油位、油箱内油压、油面温度、铁心接地电流等模拟量转换成数字量，作为状态评估和故障分析的数据，或将实时监测的数据上传。5）监测吸湿器的干燥状态，并根据设定的判据，启停吸湿器干燥装置。6）定时从油气监测装置中获取油气分析数据和油中含水量数据，分析变压器绝缘状态，记录其各种成分的变化趋势，评估绝缘水平。关注异常数据，并按IEC60599或GB/T7252或积累的经验推理，给出故障类型评估结果。对于超过预定变化速率的气体，给出紧急故障评估类型报警，同时给出原始数据。智能变压器的技术要求7）在油气数据异常的情况下，结合负荷数据，综合评估故障性质。8）接受变压器绕组热点温度监测装置数据，评估变压器负荷状态、寿命损耗、过负荷能力、并动态优化冷却方式。9）在线监测变压器高压套管的末屏电流，介质损耗和等效电容，可以实时反映套管的绝缘状况变化和发展趋势，为状态检修提供可信赖的判据。10）用户根据需要可随时调出变压器本体的各种性能参数和结构特性数据和必要的图形。11）专家系统应按模块化设计，应有绝缘分析模型、有载调压开关模型，微水油气体分析模型、套管小电流监测模型、过负载模型和冷却模型等。智能变压器的技术要求时间和成本浪费省钱并安全可靠故障诊断与状态诊断的效果差异智能变压器的技术要求传统变压器的实现方案，如图所示：系统层MM…………分控箱分控箱变压器本体（A相）本体箱电缆电缆冷却控制柜电缆三相汇控柜电缆电缆380vAC电缆在线监测部分……Part02集成在线监测的智能变压器方案该方案是在变压器本体上安装有本体控制箱，将变压器的常规监测信号统一集中在本体控制箱，本体控制箱的智能控制单元主要控制变压器的冷却器，同时将本体常规监测转化为光信号传输到三相汇总箱，在线监测综合分析系统集成在三相汇总箱中，非电量保护接收重瓦斯、轻瓦斯、压力释放等本体信号，所有非电量保护跳闸均通过控制电缆引至主变各侧断路器直接跳闸，所有非电量保护跳闸均通过光纤上传至系统层。由于CT信号对系统来说是一个相对重要的信号，电子式CT的合并器抗电磁干扰的能力较差，因此电子式CT的合并器直接组屏，放置在系统层，采用此种方案可靠性较高。同时三相汇总箱的尺寸和常规的三相汇总箱相差不大，易于布置智能变压器实现方案一集成在线监测的智能变压器方案集成在线监测的智能变压器方案系统层MM…………8个分控箱1个分控箱变压器本体三相汇控柜在线监测信号检测部分……本体控制箱变压器智能单元跳闸信号本体智能单元LCD显示三相汇控柜IEC61850智能变压器示意图A相合并器合并器IEC61850Goose采集器非电量保护单元SYSC1SC2SC3SC4SC5SC6SC7SC8SSSTSHIEC61850Goose在线监测分析系统采集器保护用跳闸信号集成在线监测的智能变压器方案三相总示意图本体箱系统层本体箱本体箱本体箱三相汇控柜以太网或RS485接口IEC61850A相B相C相备用相以太网或CAN交换机合并柜合并柜合并柜集成在线监测的智能变压器方案智能单相变压器实现方案二方案是在变压器本体上安装有本体控制箱，将变压器的常规监测信号统一集中在本体控制箱，本体控制箱的智能控制单元主要控制变压器的冷却器，同时将本体常规监测转化为光信号传输到三相汇总箱，在线监测综合分析系统集成在三相汇总箱中，非电量保护接收重瓦斯、轻瓦斯、压力释放等本体信号，所有非电量保护跳闸均通过控制电缆引至主变各侧断路器直接跳闸，所有非电量保护跳闸均通过光纤上传至系统层。CT信号接入三相汇总箱，通过合并器和交换机将信号通过1根光纤输出到系统层，该方案的集成度较高，但是，由于CT信号对系统来说是一个相对重要的信号，电子式CT的合并器抗电磁干扰的能力较差，因此，采用此种方案可靠性不如第一种方案。同时三相汇总箱的尺寸将比较大。集成在线监测的智能变压器方案系统层MM…………8个分控箱1个分控箱变压器本体三相汇控柜在线监测信号检测……本体控制箱变压器智能单元跳闸信号本体智能单元LCD显示三相汇控柜IEC61850智能变压器示意图A相合并器合并器IEC61850Goose采集器非电量保护单元SYSC1SC2SC3SC4SC5SC6SC7SC8SSSTSH采集器交换机保护用跳闸信号在线监测分析系统集成在线监测的智能变压器方案本体箱系统层本体箱本体箱本体箱三相汇控柜以太网或RS485接口IEC61850A相B相C相备用相以太网或CAN三相总示意图集成在线监测的智能变压器方案智能三相变压器实现方案三相变压器相对来说，柜子就少多了，考虑到变压器本体位置空间有限和智能控制柜工作的可靠性，控制柜需要就地放置，变压器本体信号与就地控制柜通过电缆连接，通过变压器智能单元，实现对冷却器的智能控制和对各种信号的数字转化，并通过光纤上传。非电量保护接收重瓦斯、轻瓦斯、压力释放等本体信号，所有非电量保护跳闸均通过控制电缆引至主变各侧断路器直接跳闸，所有非电量保护跳闸均通过光纤上传至系统层（为了可靠，采用冗余设计）。由于CT信号对系统来说是一个相对重要的信号，电子式CT的合并器抗电磁干扰的能力较差，因此电子式CT的合并器直接组屏，放置在系统层，采用此种方案可靠性较高。同时考虑到就地控制箱中的集成的设备较多，如果将和方案二一样，将导致控制外形尺寸很大，制造成本较大。集成在线监测的智能变压器方案系统层MM…………8个分控箱1个分控箱变压器本体三相汇控柜在线监测检测部分……变压器智能单元跳闸信号LCD显示就地控制柜IEC61850智能变压器示意图合并器合并器IEC61850Goose采集器非电量保护单元SYSC1SC2SC3SC4SC5SC6SC7SC8SSSTSHIEC61850Goose在线监测分析系统采集器保护用跳闸信号变压器本体基本信号量集成在线监测的智能变压器方案方案一方案二可靠性所有元器件间均采用电缆/光缆连接，不存在电磁干扰、交流串入直流引起装置误动可能所有元器件间均采用电缆/光缆连接，不存在电磁干扰、交流串入直流引起装置误动可能运行经验已有产品投入运行，具备部分功能集成智能组件柜内设备均为成熟产品，已有运行经验维护方面较方便具备标准的物理结构及接口，方便维护和功能组件的更换控制电缆用量较少极少施工周期短很短技术问题要求各电力功能元件具备智能接口将各功能模块除油色谱在线监测装置箱外整合至一个智能组件柜内，在统一的平台上实现逻辑关系不同的功能，对智能组件柜的兼容性要求较高。设备采购繁杂，多个元件需采购简单，由变压器生产商成套供应现场调试工作量小工作量更小集成在线监测的智能变压器方案Part03智能变压器关键问题的研究主要包括以下几个方面：（1）变压器绕组光纤测温技术应用；（2）变压器智能冷却系统；（3）局放监测技术；（4）气体在线监测分析；（5）套管小电流监测；（6）监测功能组主IED的研究；（7）变压器综合故障的评估与分析。一.变压器绕组光纤测温技术应用目前，绕组光纤测温技术在工程中应用的最高电压等级为500kV变压器，我集团已经与绕组光纤测温的厂家进行了沟通，请厂家做光纤在750kV电压等级下的绝缘试验，如果能够通过试验，则可以直接使用，如果不能通过试验，则请厂家给出绝缘覆盖的方案，保证在750kV变压器中使用安全可靠。光纤测温技术变压器绕组光纤测温的安装（线圈垫块）光纤测温技术变压器绕组光纤测温的安装（线圈引出）光纤测温技术二.变压器智能冷却系统变压器在运行时产生的损耗（空载+负载）都转变为热能，并以多种方式向周围散出。但因为变压器运行时产生连续的热量，且整体外表面面积时有限的，所以就必须附加一些冷却系统（热交换器）。以达到尽快地将电力设备的温度降低，保证设备的安全性。通常所用的热交换器分为三种：片式散热器、强迫油循环风冷却器、强迫油循环水冷却器。1.片式散热器变压器智能冷却系统油水系统中的组部件2.强迫油循环水冷却器变压器智能冷却系统水冷却器变压器智能冷却系统3.强迫油循环风冷却器变压器智能冷却系统冷却系统最频繁的故障模式就是泵和风扇的故障。连续在线分析泵和风扇的状况，以决定它们是否在设定的状态或关闭状态。这可以通过测量流过泵和风扇的电流及测量与其相关的控制冷却系统的温度来实现；也可以通过测量泵和风扇的电流和上层油温来实现。运行方式依据电流水平来调整。正常运行方式可以指示风扇叶和泵叶轮的旋转正确性，非正常运行方式通常是这些设备的控制线圈异常的结果。为了实现节能的同时也能控制噪声污染，在智能冷却系统中，我们对调速系统采用变频调速技术从而控制变压器在不同环境下的风扇转速。变压器智能冷却系统三.局放监测技术当变压器（电抗器）或电抗器内部的绝缘发生局部放电会产生电流脉冲，同时一定产生与之相对应的超声脉冲。利用电流脉冲与超声脉冲在频域、时域、相位、极性、幅值的相关特性，经过一系列的软硬件的处理、分析能将运行中变压器（电抗器）内部的500pC以上的局部放电脉冲，从线路上强干扰的脉冲中分离出来，从而实现局部放电的在线监测。缺点：1.由于超声波传输的多路径问题导致定位粗糙，难以定量。2.由于超声波传感器通常频带为30~200KHz，所以容易受环境噪声，电磁干扰导致精度不够。局放监测技术采用UHF方法进行局放在线监测，该方法原理和超声波检测法原理类似，通过天线传感器接受局部放电过程辐射的UHF电磁波，实现局部放电检测。优点：检测频段较高频带宽，避开电磁干扰及环境干扰，灵敏度高。缺点：UHF在变压器内部的传播、衰减、畸变特性上不明了；UHF速度快，定位不准确。采用超声波和UHF相结合的方式进行变压器局放检测，各取所长。尽早监测出电气设备由于热及电气裂化的绝缘油所产生的各种气体是判断设备故障性质的重要依据，同时在故障出现早期能够快速地将相关信息传递到控制中心，通过系统分析以便判别其性质及类别这也是气体在线装置使用规模能逐步频繁的原因。变压器存在局部过热或局部放电时，故障部位的绝缘油或固体绝缘物将会分解出小分子烃类气体（如CH4、C2H6、C2H4、C2H2等）和其他气体（如H2、CO等）。四.气体在线监测分析气体在线监测分析故障类型主要气体成份次要气体成份油过热CH4;C2H4H2;C2H6油和纸过热CH4;C2H4;CO;CO2H2;C2H6油纸中局放H2;CH4;C2H2;COC2H6;CO2油中火花放电C2H2;H2油中电弧放电C2H2;H2CH4;C2H4;C2H6油纸中电弧放电C2H2;H2;CO;CO2CH4;C2H4;C2H6受潮或油有气泡H2上述每种气体在油中的浓度和油中可燃气体的总浓度（TCG）均可作为变压器设备内部故障诊断的指标。气体在线监测装置的装置方法主要分两类：1.可选择性气体的渗透法；2.循环油（自然、强油）色（光）谱法。气体在线监测分析渗透法变压器油中气体在线检测系统由油气分离，气体检测，数据处理，判断控制等环节组成。一般由外壳、油气分离室、传感器、渗透膜、主模块、在线连接件、加热板、通讯控制器等主要元件组成。缺点：1.气体传感器对所检测各种气体均敏感，准