智能變壓器狀態(tài)在線監(jiān)測技術(shù)方案

1、智能變壓器狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)方案一、智能變壓器狀態(tài)監(jiān)測系統(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、通信平臺網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化為基本要求，自動完成信息采集、測量、控制、保護(hù)、計量和監(jiān)測等基本功能，并可根據(jù)需要支持電網(wǎng)實時自動控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動等高級功能，實現(xiàn)與相鄰變電站互動的變電站。智能變壓器在線監(jiān)測系統(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劃，智能變壓器在線監(jiān)測系統(tǒng)是實現(xiàn)智能變電站的基礎(chǔ)設(shè)備之一。變壓器是電力系統(tǒng)中重要的也是昂貴的關(guān)鍵設(shè)備

2、，它承擔(dān)著電壓變換，電能分配和轉(zhuǎn)移的重任，變壓器的正常運行是電力系統(tǒng)安全、可靠地經(jīng)濟運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。但由于變壓器在長期運行中，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期運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，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，也會造成變壓器損壞而造成事故或?qū)е率鹿实臄U大，從而危及電力系統(tǒng)的安全運行。正因為變壓器故障的不可

3、完全避免，對故障的正確診斷和及早預(yù)測，就具有更迫切的實用性和重要性。但是，變壓器的故障診斷是個非常復(fù)雜的問題，許多因素如變壓器容量、電壓等級、絕緣性能工作環(huán)境、運行歷史甚至不同廠家的產(chǎn)品等等均會對診斷結(jié)果產(chǎn)生影響。智能變壓器狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)架如圖1-1所示：.咄中陪針圖1-1智能變壓器監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)二、智能變壓器狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)配置1、變壓器油中溶解氣體檢測技術(shù)變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測技術(shù)是實施主變壓器狀態(tài)監(jiān)測的重要手段，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，以保證電力變壓器的安全可靠運行。其分析判斷的方法常包括：根據(jù)氣體含

4、量的變化判斷；根據(jù)氣體含量比值的變化判斷；根據(jù)總烴與產(chǎn)氣速率的變化判斷；根據(jù)T(過熱)D(放電)圖列故障發(fā)展趨勢的判斷；根據(jù)氣體變化對故障熱點溫度的判斷；根據(jù)氣體變化的總烴安伏法對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基本方法和重要內(nèi)容。變壓器油中溶解氣體監(jiān)測系統(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

5、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)測系統(tǒng)安裝時，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，注意對接后的密封性能，防止有漏油現(xiàn)象。注：單根油管長度在10米內(nèi)為宜。圖2-4為脫氣裝置端的安裝示意圖:通訊線屏蔽層接地端圖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:變壓器油箱痕ERIIT屯插妙1土1用宀曲,3/卅WMIrrtiftiIDU-IW1CsT熾暑I(lǐng)t變壓器油箱痕ERIIT屯插妙1土1用宀曲,3/

6、卅WMIrrtiftiIDU-IW1CsT熾暑I(lǐng)t；g-wr-TDXnntiRfS：?;*.i*/i：n強5址血淙5-LJE.ftLB眾峰血4.LfWll.L城第出1JQ經(jīng)JRK-?hli：IWi油七如對血（ILbkI甌護(hù)等訪業(yè)r也4：弓It箱全岀（JPW懂750時znMnxi上iranFtiTi1M1S甲RFLTHS2X2X0.t外恤41I闊也遵11輩也HMK丹外出込國*I-fiA.IBHlf郵i翟滬丑譯0TA：*L;l-*it.晝匝廠牢佛預(yù)車丟1朋良劃口：H衛(wèi)計母松事鹽桿，盤認(rèn)電&屯理嗅勿民氏：】電玉電誓工”上徒可蝕口，.申舉甜吐口RTR.:訃R鼻睥闈骨電凱tW+i.的下11-圖2-5油色

7、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種類型。有關(guān)資料統(tǒng)計表明，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，做到及時發(fā)現(xiàn)、及時處理、以確保整個電力系統(tǒng)的安全可靠運行。電力變壓器正常運行時，鐵心必須有一點可靠接地。若沒有接地，則鐵心對地的懸浮電位會造成對地斷續(xù)性擊穿放電，鐵心一點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)兩點及以上接地時，鐵心間的不均勻電位就會在接地點之間形成環(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)故障接地點與鐵心固定接地點之間阻抗大小的不同，接地線上的電流大

8、小也不同。如圖2-6利用零磁通CT測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)，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)備運行狀態(tài)，提出其維修方案。Q-暫i情號碩處理、釆Sfer存需.顯加和整制電路變壓器控體ChCAN總紐f算機Ipc機Q-暫i情號碩處理、釆Sfer存需.顯加和整制電路變壓器控體ChCAN總紐f算機Ipc機L-解直電阻圖2-6鐵芯電流監(jiān)測原理圖變壓器鐵芯電流監(jiān)測的安裝1）傳感器外形尺寸及安裝方法(_i11刃r.!l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

9、穿過傳感器內(nèi)徑。4-06.5x8.5L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)測隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展和電壓等級的提高，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)測和評價也就成為絕緣狀況監(jiān)測的重要手段。局部放電的監(jiān)測都是以局放所產(chǎn)生的各種現(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)測方法目前，關(guān)于變壓器局放狀態(tài)監(jiān)測流行的方法主要有UHF法和脈沖電流法兩種方法。UHF法監(jiān)測局放是指：當(dāng)電力變壓器內(nèi)部發(fā)生局部放電時，將會向外輻射出特高頻（UltraHighFrequency，下文簡寫為UHF）電磁波因此，通

10、過檢測電力變壓器內(nèi)部是否存在UHF信號，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)測局放是指：在電力變壓器局放過程中會產(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)電桿對末屏電容的耦合作用獲取脈沖電流信號，從高壓套管和套管末屏接地線采集到脈沖電流信號以后，采用時域差分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網(wǎng)現(xiàn)在提倡利用UHF方法進(jìn)行檢測。變壓器局部放電監(jiān)測傳感器主要有兩種，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

11、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。L=9EI叛圖L=9EI叛圖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)測介質(zhì)損耗因數(shù)(即介質(zhì)損耗角的正切值tan5)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)防性試驗及絕緣在線監(jiān)測的重要內(nèi)容。近年來，隨著計算機技術(shù)、傳感器技術(shù)以及數(shù)字信號處理技術(shù)的發(fā)展，諧振法、伏安法、電橋法等傳統(tǒng)模擬測量方法逐步被數(shù)字測量方法替代，介損的精確測量與快速數(shù)字測量受到了國內(nèi)外研究與工程領(lǐng)域的廣

12、泛關(guān)注。利用離散傅里葉變換(discreteFouriertransform，DFT)對試品的電壓和電流信號進(jìn)行諧波分析，得到兩者的基波，再求出介質(zhì)損耗角。該方法硬件電路簡單、測量精度高、抗干擾能力強，克服了高次諧波的影響。諧波分析法把對波形的處理放在后期的軟件程序中進(jìn)行，簡化了硬件線路和結(jié)構(gòu)，提高了系統(tǒng)可靠性。由于電網(wǎng)頻率不穩(wěn)，加之同步采樣環(huán)節(jié)的誤差，造成對采樣信號做DFT時產(chǎn)生較大的誤差，所以在對信號DFT計算時應(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)測是指通過監(jiān)測套管末屏電流來監(jiān)測套管的絕緣狀況以及電容值。套管監(jiān)測單元利用采集到的末屏泄露電流進(jìn)行計算，套管監(jiān)測單

13、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。I岡他:住建覺普乩下一卞口圖2-15本地采集單元安裝示意圖套管監(jiān)測單元外形如圖2-16所示。圖2-16套管監(jiān)測本地電流采集單元變壓器套管監(jiān)測單元支架加工示意圖：A圖2-17套管監(jiān)測單元工字架加工尺寸注：343x328mm尺寸為套管監(jiān)測單元安裝孔尺寸，A尺寸是根據(jù)實際確認(rèn)但不小于機箱尺寸(機箱尺寸：400 x300 x210mm),套管監(jiān)測單元箱外形尺寸圖如圖2-18所示:圖2-18套管監(jiān)測單元尺寸5、變壓器繞組溫度監(jiān)測變壓器油溫關(guān)系到變壓器的絕緣材料的壽命，當(dāng)變壓器內(nèi)有機絕緣材料老化時，其機械強度降低，無法承受正常工作的外力。最終導(dǎo)致變壓器發(fā)

14、生電氣故障，無法工作。對于按照GB1094設(shè)計的變壓器，在熱點溫度98C下相對熱老化率為1。此熱點溫度與“在環(huán)境溫度為20C和熱點溫升為78K下運行”相對應(yīng)。相對老化率定義為：在在下的熱老化率98C下的熱老化率，2(h-98)/6此函數(shù)表示相對老化率隨熱點溫度變化規(guī)律，從公式中可以看出溫度每增加6度，相對老化率增加一倍。4-20riA孌圧頁電津苗酩41PTW血號4-20riA孌圧頁電津苗酩41PTW血號婕壓幷酬桂遂曲客圖2-19變壓器油溫監(jiān)測示意圖6、變壓器冷卻系統(tǒng)監(jiān)測變壓器風(fēng)冷卻器通常是用潛油泵強迫油循環(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)扇電動機、導(dǎo)風(fēng)筒、流速繼

15、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)扇電動機裝在風(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，流速繼電器可自動發(fā)出報警信號。每臺變壓器有一個總控制箱，每組冷卻器裝一個分控制箱，可以控制油泵和風(fēng)扇的自動投入或切除。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風(fēng)扇和油泵回路進(jìn)行控制，實現(xiàn)對冷卻器組自動投切，以保證變壓器安全運

16、行，并對冷卻器風(fēng)機、油泵、油流繼電器、供電電源、變頻器、自動化檢測元件等進(jìn)行實時監(jiān)測并故障報警。在測控系統(tǒng)平臺上，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)程自動投切。手動操作僅在必要時使用，一般用來方便檢修人員在投運前檢查每組冷卻器組的運行狀況及變壓器運行時的檢修，手動控制方式完全獨立于自動控制部分，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)電壓的波動加上用戶側(cè)負(fù)荷的變化將引起電壓較大的變動。在實現(xiàn)無功功率就地平衡的前提下，當(dāng)電壓變動超過定值時，有載調(diào)壓變壓器在一定的延時后會動作，對電

17、壓進(jìn)行調(diào)整，并保持電壓的穩(wěn)定。變壓器運行過程中需要根據(jù)運行情況調(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。我國目前普遍采用的機械式調(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。=右蹩耀開關(guān)=右蹩耀開關(guān)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)系統(tǒng)由于變壓器發(fā)生故障時造成的影響很大，為提高電力系統(tǒng)安全運行水平，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

18、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

19、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。我們計算絕緣材料的壽命就是變壓器壽命。當(dāng)變壓器內(nèi)有機絕緣材料老化時，其機械強度降低，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。對于按照GB1094設(shè)計的變壓器，在熱點溫度98C下相對熱老化率為1。此熱點溫度與“在環(huán)境溫度為20C和熱點溫升為78K下運行”相對應(yīng)。相對老化率定義為：在在下的熱老化

20、率98C下的熱老化率，2(h-98)/6此函數(shù)表示相對老化率隨熱點溫度變化規(guī)律，從公式中可以看出溫度每增加6度，相對老化率增加一倍。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、過電流和長時間運行電壓。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。變壓器在運行中，負(fù)荷和冷卻介質(zhì)溫度隨著時間和季節(jié)的變化而波動，特別是負(fù)荷曲線上的高峰時段，有可能出現(xiàn)過負(fù)荷運行。過負(fù)荷運行時間一般較短。所謂正常過負(fù)荷，就是在一個時間周期（通常是24h）內(nèi)，過負(fù)荷時絕緣壽命的過度損失可由其他負(fù)荷較輕時間來補償，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)載時是等效的，變壓器可長期安全運行。電力系統(tǒng)中發(fā)生事故時，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)較長時間的情況。這時，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有一個不長時間的加速損耗，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)荷會犧牲絕緣的部分“正常壽命”不能作為變壓器的正