智能变压器关键问题研究

1、Part 01 智能变压器技术要求智能变压器技术要求Part 02 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Part 03 智能变压器关键问题的研究智能变压器关键问题的研究Part 01Part 01 智能变压器的技术要求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（IEC 60354，IEC 70076-7）、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

2、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，

3、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IEC 60599或GB/T 7252 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

4、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时间和成本浪费省钱并安全可靠省钱并安全可靠故障诊断与状态诊断的效果差异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：Part 02 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 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

5、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集成在线监测的智能变压器方案三相总示意图集成在线监测的

6、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，

7、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集成在线监测的智能变压器方案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C

8、T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

9、，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Part 03 智能变压器关键问题的研究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）

10、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

11、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

12、。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

13、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30200KHz，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

14、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;

15、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，准确度不高。 2.由于脱气速度慢，所以检测周期长，不能理想的做到“即时在线”监测任务。3.需要大量的系统

16、维护工作。 目前，最需要的是提高其事故报警的准确度。 气体在线监测分析气体在线监测分析 油气分离器通过连接件（法兰或螺纹形式）安装在设备油流动好的位置，使流动的油直接接触渗透膜，溶解在油中的故障特征气体经过渗透膜实现油气分离后，进入气室作用在气敏传感器，传感器将气室内气体浓度值转换成电信号，经过放大传递到主模块上得到数据信号。 该类设备一般只能检测出四种以下混合气体，如对微水检查有要求可增加元件实现连续监测，每台变压器都必须在油循环好的地方安装一台传感器； 通讯控制器可根据样本1台选一个或4台选一个，安装位置在变压器现场。气体在线监测分析色谱法变压器油中气体在线监测系统，主要由：色谱数据采集器

17、（包括气体集气和数据采集员） 、数据处理服务器、高纯合成空气载气瓶及不锈钢管路及法兰组成。 该类型在线监测装置可分别测出6种气体各含量及增长率。可增加微水测量功能，间断式测量方式。 气体在线监测装置中的气体采集器通过不锈钢管路与变压器油箱形成一个密闭循环系统，溶解有故障特征气体的油循环进入采集器后将会被分离出，在高纯合成空气载气作用下流过色谱柱，依循各气体波长即可分别 各气体性质。同时又将各特征气体信号转为电压信号，气体在线监测分析通过数据采集器将电压信号上传到控制中心里的数据处理器进行定量分析，显示及发出信息。 变压器生产厂家需在变压器安装2个阀门（规格大于25mm直通阀），一般在变压器油箱

18、中部，回油阀一般在下部，两阀之间距离大于300，最好上下布置，需要将阀门法兰尺寸及布置图提供给卖方。 色谱数据采集器（含高纯合成空气载气瓶）安放在靠近阀门的地上，所以要求卖方提供基础图，由变压器生产厂家提交给设计院。 数据处理服务器安装在控制中心，尺寸和方式要询问设计院确定，上传的信号要求及传输介质由设计院确定。气体在线监测分析五. 高压套管小电流监测 套管是电力设备（如变压器、电抗器等）内部的高、低压引线引到油箱外部的出线装置。它不但作为引线对地的绝缘，而且担负着固定引线的作用。因此必须具有规定的电气强度盒足够的机械强度。 套管又是载流组件之一，在设备投入运行后长期通过负载电流，同时应能承受

19、短路时的瞬间过热，因此又必须具有良好的热稳定性。 套管因主绝缘机构不同可分为：胶粘纸、胶浸纸、油浸纸、浇铸树脂、其他绝缘气体或液体。1、套管 因用途不同又分为：油空气套管、油油套管、油SF6套管、大电流套管。 按载流方式有：穿缆式、直接载流式。 电容式套管的主要组成（40.5kV电压以上）： 主要由上、下瓷件、电容芯、试验抽头、套管储油柜（仅限油浸纸类套管）、安装法兰、取油塞（仅限油浸纸类套管）、导电杆、油位表（仅限油浸纸类套管）、均压球（环）等组成。高压套管小电流监测大电流套管油-油套管油-SF6套管油-空气套管高压套管小电流监测2、技术方案 高压套管绝缘性能的好坏可以由套管内部绝缘体的介质损耗，末屏等效电容和末屏泄漏电流来判定，因此可以设计一种在线监测电容套管绝缘的末屏结构，其特征是：将电流传感器固定在电容套管上，采用高性能单匝穿心式微小电流传感器技术，测量高压套管的介质损耗、等效电容、泄漏电流等参数。利用高灵敏度电流传感器，不失真的采集套管末屏对地电流信号，同时从相应的PT取得电压信号，通过对数字信号的运算和处理，得出介质损耗和等效电容量等信息，可以实时反映套管的绝缘状况变化和发展趋势，最终利用专家系统分析、判断、预测套管绝缘的健康状况。高压套管