智能變壓器狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)方案

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上智能變壓器狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)方案一、智能變壓器狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)智能變壓器作為智能變電站的核心組成部分，其建設(shè)獲得了越來越多的關(guān)注。根據(jù)現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)，智能變電站是指采用先進(jìn)、可靠、集成、低碳、環(huán)保的智能設(shè)備，以全站信息數(shù)字化、通信平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化為基本要求，自動(dòng)完成信息采集、測(cè)量、控制、保護(hù)、計(jì)量和監(jiān)測(cè)等基本功能，并可根據(jù)需要支持電網(wǎng)實(shí)時(shí)自動(dòng)控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動(dòng)等高級(jí)功能，實(shí)現(xiàn)與相鄰變電站互動(dòng)的變電站。智能變壓器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是保證變壓器正常工作并預(yù)估設(shè)備的損耗以建立合理的檢修計(jì)劃，智能變壓器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)智能變電站的基礎(chǔ)設(shè)備之一。變壓器是電力系統(tǒng)

2、中重要的也是昂貴的關(guān)鍵設(shè)備，它承擔(dān)著電壓變換，電能分配和轉(zhuǎn)移的重任，變壓器的正常運(yùn)行是電力系統(tǒng)安全、可靠地經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和供用電的重要保證，因此，必須最大限度地防止和減少變壓囂故障或事故的發(fā)生。但由于變壓器在長(zhǎng)期運(yùn)行中，故障和事故是不可能完全避免的。引發(fā)變壓器故障和事故的原因繁多，如外部的破壞和影響，不可抗拒的自然災(zāi)害，安裝、檢修、維護(hù)中存在的問題和制造過程中留下的設(shè)備缺陷等事故隱患，特別是電力變壓器長(zhǎng)期運(yùn)行后造成的絕緣老化、材質(zhì)劣化等等，已成為故障發(fā)生的主要因素。同時(shí)，客觀上存在的部分工作人員素質(zhì)不高、技術(shù)水平不夠或違章作業(yè)等，也會(huì)造成變壓器損壞而造成事故或?qū)е率鹿实臄U(kuò)大，從而危及電力系統(tǒng)的安全運(yùn)

3、行。正因?yàn)樽儔浩鞴收系牟豢赏耆苊?，?duì)故障的正確診斷和及早預(yù)測(cè)，就具有更迫切的實(shí)用性和重要性。但是，變壓器的故障診斷是個(gè)非常復(fù)雜的問題，許多因素如變壓器容量、電壓等級(jí)、絕緣性能、工作環(huán)境、運(yùn)行歷史甚至不同廠家的產(chǎn)品等等均會(huì)對(duì)診斷結(jié)果產(chǎn)生影響。智能變壓器狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)架如圖1-1所示：圖1-1 智能變壓器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)二、智能變壓器狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)配置1、變壓器油中溶解氣體檢測(cè)技術(shù)變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)技術(shù)是實(shí)施主變壓器狀態(tài)監(jiān)測(cè)的重要手段，其技術(shù)關(guān)鍵是根據(jù)氣相色譜技術(shù)分析油中特征氣體成分的變化，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果來分析判斷電力變壓器內(nèi)部的異常和故障發(fā)展趨勢(shì)，以保證電力變壓器的安全可靠運(yùn)行。其分析判斷的方

4、法常包括：(1)根據(jù)氣體含量的變化判斷；(2)根據(jù)氣體含量比值的變化判斷；(3)根據(jù)總烴與產(chǎn)氣速率的變化判斷；(4)根據(jù)T(過熱)D(放電)圖列故障發(fā)展趨勢(shì)的判斷；(5)根據(jù)氣體變化對(duì)故障熱點(diǎn)溫度的判斷；(6)根據(jù)氣體變化的總烴安伏法對(duì)故障回路的判斷等等。其中，根據(jù)電力變壓器油中特征氣體的變化來判斷變壓器的內(nèi)部故障是氣相色譜分析的一項(xiàng)基本方法和重要內(nèi)容。變壓器油中溶解氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)利用油循環(huán)回路，從變壓器油箱中抽取油樣、脫氣后再將油樣重新送回變壓器，因而油循環(huán)的取油、回油位置對(duì)于準(zhǔn)確分析油中氣體含量至關(guān)重要。為保證所選取的油樣是變壓器的典型且比較干凈的油樣，一般建議從變壓器中部取油，底部回油。圖

5、2-1為常用變壓器取油閥和回油閥示意圖。圖2-1 主變油色譜安裝位置示意圖圖2-2、2-3為油閥的兩種標(biāo)準(zhǔn)接口，油閥球閥和油閥蝶閥： 圖2-2注油球閥尺寸 圖2-3注油蝶閥變壓器油中溶解氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安裝時(shí)，打開變壓器上取樣口的油閥，放適量油以便擠走油管中的空氣和雜物，以主設(shè)備一端出柱狀油樣為宜，然后將此油管接到主設(shè)備的進(jìn)油接口處，注意對(duì)接后的密封性能，防止有漏油現(xiàn)象。注：?jiǎn)胃凸荛L(zhǎng)度在10米內(nèi)為宜。圖2-4為脫氣裝置端的安裝示意圖： 圖2-4脫氣裝置端的安裝示意圖圖2-5為油中溶解氣體的安裝示意圖：圖2-5油色譜安裝示意圖2、鐵芯接地電流引發(fā)變壓器故障有多方面的原因，并且變壓器的故障類型也有多

6、種類型。有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)表明，因鐵心問題造成的故障比例占變壓器各類故障的第三位。因此，必須最大限度地預(yù)防變壓器鐵心故障的發(fā)生，做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)、及時(shí)處理、以確保整個(gè)電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。電力變壓器正常運(yùn)行時(shí)，鐵心必須有一點(diǎn)可靠接地。若沒有接地，則鐵心對(duì)地的懸浮電位會(huì)造成對(duì)地?cái)嗬m(xù)性擊穿放電，鐵心一點(diǎn)接地后就消除了形成鐵心懸浮電位的可能。但當(dāng)鐵心出現(xiàn)兩點(diǎn)及以上接地時(shí)，鐵心間的不均勻電位就會(huì)在接地點(diǎn)之間形成環(huán)流，于是反映在接地線上便出現(xiàn)了電流突然增大的現(xiàn)象。根據(jù)故障接地點(diǎn)與鐵心固定接地點(diǎn)之間阻抗大小的不同，接地線上的電流大小也不同。如圖2-6利用零磁通CT測(cè)量變壓器鐵芯接地線上的電流狀況，當(dāng)發(fā)現(xiàn)電流超標(biāo)，

7、結(jié)合油中溶解氣體進(jìn)行故障診斷，向值班人員發(fā)出設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，提出其維修方案。圖2-6鐵芯電流監(jiān)測(cè)原理圖變壓器鐵芯電流監(jiān)測(cè)的安裝1) 傳感器外形尺寸及安裝方法圖2-7 鐵芯電流傳感器尺寸 圖2-8鐵芯電流傳感器安裝方式在主變鐵芯接地銅排處焊接安裝支架，用于固定傳感器，傳感器的固定底板的開孔尺寸如圖2-9，然后將接地排穿過傳感器內(nèi)徑。圖2-9傳感器底座固定尺寸3) 安裝示意圖圖2-10 鐵芯電流傳感器安裝示意圖3、變壓器局放監(jiān)測(cè)隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展和電壓等級(jí)的提高，局部放電已經(jīng)成為電力變壓器絕緣劣化的重要原因，因而局部放電的監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)也就成為絕緣狀況監(jiān)測(cè)的重要手段。局部放電的監(jiān)測(cè)都是以局放所產(chǎn)生的各種

8、現(xiàn)象為依據(jù)，通過能表述該現(xiàn)象的物理量來表征局放的狀態(tài)。(1) 局部放電監(jiān)測(cè)方法目前，關(guān)于變壓器局放狀態(tài)監(jiān)測(cè)流行的方法主要有UHF法和脈沖電流法兩種方法。UHF法監(jiān)測(cè)局放是指：當(dāng)電力變壓器內(nèi)部發(fā)生局部放電時(shí)，將會(huì)向外輻射出特高頻（Ultra High Frequency，下文簡(jiǎn)寫為UHF）電磁波因此，通過檢測(cè)電力變壓器內(nèi)部是否存在UHF信號(hào)，可以判斷電力變壓器內(nèi)部是否發(fā)生局部放電。脈沖電流法監(jiān)測(cè)局放是指：在電力變壓器局放過程中會(huì)產(chǎn)生電脈沖、電磁輻射、超聲波、光以及生成一些新的生成物，利用套管導(dǎo)電桿對(duì)末屏電容的耦合作用獲取脈沖電流信號(hào)，從高壓套管和套管末屏接地線采集到脈沖電流信號(hào)以后，采用時(shí)域差分

9、法和脈沖極性鑒別法等方法來抵抗外部干擾，提高信噪比。由于利用脈沖電流法進(jìn)行局部放電監(jiān)測(cè)需要從主變套管末屏引線出來，存在一定的安全隱患，考慮到主變安全問題國(guó)網(wǎng)現(xiàn)在提倡利用UHF方法進(jìn)行檢測(cè)。變壓器局部放電監(jiān)測(cè)傳感器主要有兩種，一種是內(nèi)置式的UHF傳感器，一種是油閥式的UHF傳感器。內(nèi)置式傳感器是指鑲嵌在變壓器人孔或者手孔蓋板內(nèi)的傳感器，油閥式傳感器是指安裝在變壓器抽油閥處的傳感器。其安裝尺寸如圖2-11、圖2-12所示。 圖2-11內(nèi)置式傳感器人孔安裝尺寸 圖2-12油閥式傳感器 圖2-13內(nèi)置式傳感器安裝示意圖 圖2-14油閥式傳感器安裝示意圖4、變壓器套管在線監(jiān)測(cè)介質(zhì)損耗因數(shù)(即介質(zhì)損耗角的

10、正切值 tan )與電容值作為變壓器套管絕緣狀況的必要指標(biāo)之一，是預(yù)防性試驗(yàn)及絕緣在線監(jiān)測(cè)的重要內(nèi)容。近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)以及數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展，諧振法、伏安法、電橋法等傳統(tǒng)模擬測(cè)量方法逐步被數(shù)字測(cè)量方法替代，介損的精確測(cè)量與快速數(shù)字測(cè)量受到了國(guó)內(nèi)外研究與工程領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。利用離散傅里葉變換(discrete Fourier transform，DFT)對(duì)試品的電壓和電流信號(hào)進(jìn)行諧波分析，得到兩者的基波，再求出介質(zhì)損耗角。該方法硬件電路簡(jiǎn)單、測(cè)量精度高、抗干擾能力強(qiáng)，克服了高次諧波的影響。諧波分析法把對(duì)波形的處理放在后期的軟件程序中進(jìn)行，簡(jiǎn)化了硬件線路和結(jié)構(gòu)，提高了系統(tǒng)可靠

11、性。由于電網(wǎng)頻率不穩(wěn)，加之同步采樣環(huán)節(jié)的誤差，造成對(duì)采樣信號(hào)做DFT時(shí)產(chǎn)生較大的誤差，所以在對(duì)信號(hào)DFT計(jì)算時(shí)應(yīng)采取相應(yīng)的措施盡量消除頻譜泄漏和柵欄效應(yīng)帶來的誤差。變壓器套管監(jiān)測(cè)是指通過監(jiān)測(cè)套管末屏電流來監(jiān)測(cè)套管的絕緣狀況以及電容值。套管監(jiān)測(cè)單元利用采集到的末屏泄露電流進(jìn)行計(jì)算，套管監(jiān)測(cè)單元安裝在變壓器的箱壁上或者固定在變壓器附近的立柱上。圖2-15本地采集單元安裝示意圖套管監(jiān)測(cè)單元外形如圖2-16所示。圖2-16套管監(jiān)測(cè)本地電流采集單元變壓器套管監(jiān)測(cè)單元支架加工示意圖：A圖2-17套管監(jiān)測(cè)單元工字架加工尺寸注：343×328 mm尺寸為套管監(jiān)測(cè)單元安裝孔尺寸，A尺寸是根據(jù)實(shí)際確認(rèn)但

12、不小于機(jī)箱尺寸（機(jī)箱尺寸：400×300×210mm），套管監(jiān)測(cè)單元箱外形尺寸圖如圖2-18所示：圖2-18套管監(jiān)測(cè)單元尺寸5、變壓器繞組溫度監(jiān)測(cè)變壓器油溫關(guān)系到變壓器的絕緣材料的壽命，當(dāng)變壓器內(nèi)有機(jī)絕緣材料老化時(shí)，其機(jī)械強(qiáng)度降低，無法承受正常工作的外力。最終導(dǎo)致變壓器發(fā)生電氣故障，無法工作。對(duì)于按照GB1094設(shè)計(jì)的變壓器，在熱點(diǎn)溫度98下相對(duì)熱老化率為1。此熱點(diǎn)溫度與“在環(huán)境溫度為20和熱點(diǎn)溫升為78K下運(yùn)行”相對(duì)應(yīng)。相對(duì)老化率定義為：此函數(shù)表示相對(duì)老化率隨熱點(diǎn)溫度變化規(guī)律，從公式中可以看出溫度每增加6度，相對(duì)老化率增加一倍。圖2-19變壓器油溫監(jiān)測(cè)示意圖6、變壓器冷卻

13、系統(tǒng)監(jiān)測(cè)變壓器風(fēng)冷卻器通常是用潛油泵強(qiáng)迫油循環(huán)使油與冷卻介質(zhì)空氣進(jìn)行熱交換的冷卻器，它由冷卻器本體、潛油泵、風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)、導(dǎo)風(fēng)筒、流速繼電器、冷卻器支架(或拉桿)、聯(lián)管、活門及塞子、分控箱等組成。風(fēng)冷卻器本體為一組帶有螺旋肋片的金屬管，兩端各有一個(gè)集油室，金屬管的端部在集油室的多孔板上。由于冷卻器是多回路的，在集油室內(nèi)焊有隔板，用以形成多回路的油循環(huán)路徑。潛油泵裝在本體的下方，導(dǎo)風(fēng)筒在本體的外側(cè)，風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)裝在風(fēng)筒內(nèi)，流速繼電器裝在潛油泵出油端的聯(lián)管上，如果油的流速低于規(guī)定速度，流速繼電器可自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。每臺(tái)變壓器有一個(gè)總控制箱，每組冷卻器裝一個(gè)分控制箱，可以控制油泵和風(fēng)扇的自動(dòng)投入或切除。

14、智能冷卻控制系統(tǒng)以變壓器頂層溫度和負(fù)荷大小為判據(jù)，按一定的控制邏輯對(duì)風(fēng)扇和油泵回路進(jìn)行控制， 實(shí)現(xiàn)對(duì)冷卻器組自動(dòng)投切，以保證變壓器安全運(yùn)行， 并對(duì)冷卻器風(fēng)機(jī)、油泵、油流繼電器、供電電源、變頻器、自動(dòng)化檢測(cè)元件等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并故障報(bào)警。在測(cè)控系統(tǒng)平臺(tái)上，通過串行通訊接口與智能組件通信，利用智能組件程序?qū)崿F(xiàn)變壓器冷卻器組遠(yuǎn)程自動(dòng)投切。手動(dòng)操作僅在必要時(shí)使用，一般用來方便檢修人員在投運(yùn)前檢查每組冷卻器組的運(yùn)行狀況及變壓器運(yùn)行時(shí)的檢修，手動(dòng)控制方式完全獨(dú)立于自動(dòng)控制部分，不受智能組件冷卻控制器影響。7、變壓器有載調(diào)壓變壓器存在阻抗，在功率傳輸中，將產(chǎn)生電壓降，并隨著用戶側(cè)負(fù)荷的變化而變化。系統(tǒng)電壓的波

15、動(dòng)加上用戶側(cè)負(fù)荷的變化將引起電壓較大的變動(dòng)。在實(shí)現(xiàn)無功功率就地平衡的前提下，當(dāng)電壓變動(dòng)超過定值時(shí)，有載調(diào)壓變壓器在一定的延時(shí)后會(huì)動(dòng)作，對(duì)電壓進(jìn)行調(diào)整，并保持電壓的穩(wěn)定。 變壓器運(yùn)行過程中需要根據(jù)運(yùn)行情況調(diào)整電壓，其基本原理是從變壓器某一側(cè)的線圈中引出若干分接頭，通過有載分接開關(guān)，在不切斷負(fù)荷電流的情況下，由一分接頭切換到另一分接頭，以變換有效匝數(shù)，達(dá)到調(diào)節(jié)電壓的目的。我國(guó)目前普遍采用的機(jī)械式調(diào)壓分接開關(guān)。變壓器的有載分接開關(guān)和消弧線圈有載分接開關(guān)控制原理基本一致，其控制分為“升”、“降”、“停”、“公共端”，控制模式分為遠(yuǎn)方和就地。圖2-20有載分接開關(guān)控制示意圖8、變壓器非電量保護(hù)

16、系統(tǒng)由于變壓器發(fā)生故障時(shí)造成的影響很大，為提高電力系統(tǒng)安全運(yùn)行水平，電力變壓器保護(hù)的配置必須非常完善。電量的保護(hù)固然重要，非電量保護(hù)亦不可忽視。故除應(yīng)配置相過流保護(hù)、零序過流保護(hù)、阻抗保護(hù)、間隙過流和間隙過壓保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)等電量保護(hù)外，反應(yīng)變壓器本體內(nèi)部故障的非電量保護(hù)也必須引起足夠重視，如：變壓器瓦斯保護(hù)、壓力釋放、變壓器油溫、油位等，作為變壓器故障或異常報(bào)警的非電量保護(hù)亦非常重要。非電量保護(hù)，顧名思義就是指由非電氣量反映的故障動(dòng)作或發(fā)信的保護(hù)，一般是指保護(hù)的判據(jù)不是電量（電流、電壓、頻率、阻抗等），而是非電量，如瓦斯保護(hù)（通過油速整定）、溫度保護(hù)（通過溫度高低）、防暴保護(hù)（壓力）、油位保

17、護(hù)等。主變壓器非電量保護(hù)由保護(hù)裝置、電氣回路及安裝在變壓器上的非電量保護(hù)元件組成。保護(hù)元件包括氣體繼電器、壓力釋放閥、油壓突變繼電器、油位指示器、油溫度控制器、繞組溫度控制器等。9、變壓器壽命預(yù)測(cè)目前應(yīng)用的電力變壓器主要是油浸式變壓器。其組成大體可分為外殼，絕緣油，固體絕緣材料，鐵芯，線圈和夾件等。其中，油和絕緣材料比較容易老化。但變壓器油可以定期過濾，更換。因此，變壓器的正常使用壽命主要由固體絕緣材料決定。我們計(jì)算絕緣材料的壽命就是變壓器壽命。當(dāng)變壓器內(nèi)有機(jī)絕緣材料老化時(shí)，其機(jī)械強(qiáng)度降低，無法承受正常工作的外力。最終導(dǎo)致變壓器發(fā)生電氣故障，無法工作。對(duì)于按照GB1094設(shè)計(jì)的變壓器，在熱點(diǎn)溫

18、度98下相對(duì)熱老化率為1。此熱點(diǎn)溫度與“在環(huán)境溫度為20和熱點(diǎn)溫升為78K下運(yùn)行”相對(duì)應(yīng)。相對(duì)老化率定義為：此函數(shù)表示相對(duì)老化率隨熱點(diǎn)溫度變化規(guī)律，從公式中可以看出溫度每增加6度，相對(duì)老化率增加一倍。10、變壓器負(fù)載分析變壓器的絕緣壽命通常為2030年，在此期間變壓器可承受電力系統(tǒng)中的各種過電壓、過電流和長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行電壓。變壓器絕緣的老化與負(fù)荷和冷卻介質(zhì)溫度有密切的關(guān)系，變壓器負(fù)荷高或冷卻介質(zhì)溫度高，導(dǎo)致絕緣的溫度高、絕緣老化加速、絕緣壽命縮短。變壓器在運(yùn)行中，負(fù)荷和冷卻介質(zhì)溫度隨著時(shí)間和季節(jié)的變化而波動(dòng)，特別是負(fù)荷曲線上的高峰時(shí)段，有可能出現(xiàn)過負(fù)荷運(yùn)行。過負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間一般較短。所謂正常過負(fù)荷，就是在一個(gè)時(shí)間周期(通常是24h)內(nèi)，過負(fù)荷時(shí)絕緣壽命的過度損失可由其他負(fù)荷較輕時(shí)間來補(bǔ)償，在這種情況下可認(rèn)為是與正常環(huán)境溫度下施加額定負(fù)載時(shí)是等效的，變壓器可長(zhǎng)期安全運(yùn)行。電力系統(tǒng)中發(fā)生事故時(shí)，由于系統(tǒng)中的負(fù)荷重新分配，將有可能出現(xiàn)部分變壓器的負(fù)荷嚴(yán)重超過額定值或過負(fù)荷持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間的情況。這時(shí)，為了向電力用戶輸送不間斷的電力，變壓器的絕緣壽命可能會(huì)有一個(gè)不長(zhǎng)時(shí)間的加速損耗，但只要不導(dǎo)致變壓器的故障，這種“加速損耗”是值得的。變壓器的事故過負(fù)荷會(huì)犧牲絕緣的部分“正常壽命”不能作為變壓器的正常過負(fù)荷能力。三、智能變壓器組件柜1、智能組件柜配置變壓器智能組件柜內(nèi)的裝置主要包括監(jiān)測(cè)智能組