变压器智能化技术-介绍

变压器智能化技术保定天威保变电气股份有限公司大型电力变压器智能化技术保定天威保变电气股份有限公司何平

2010.03.19概述

保定天威保变电气股份有限公司[沪市：天威保变600550]从事电力变压器局部放电研究已有30多年历史，在放电机理、形成原因、检测方法、局放定位、在线监测等方面都有较深入的研究和工程实践经验，并在此基础上建立了一套从基础科研到最终产品的完整技术体系。2002年在原研发中心的基础上成立了天威新域科技发展有限公司，致力于研发电力系统智能化在线监测设备和各类检测仪器；保证电力系统安全可靠运行的装备；智能建筑弱电及自动化系统;新能源控制系统及高效率转换设备;企业信息系统集成及软件。公司承担过多项国家级攻关课题，并获科技进步奖励。2004年开始研究变压器智能化技术和状态检修设备。目前局部放电检测类仪器在国内中高端市场已占有绝对优势。高压电气设备智能化在线监测装置处于国内领先水平,关键技术和产品已达到国际领先水平，拥有自己的研发基地，在研发和技术应用实践中，我们积累了大量经验数据和经典案例，在为用户提供先进、可靠、实用产品的同时，也为用户提供全方位的技术支持和问题咨询服务及整体解决方案。智能化变压器

智能电网需要智能化变电站支撑，一个终极智能化变电站其站内所有设备应全部是智能化的，在网络的支撑下实现信息高速交互，协同操作，从而保证更安全、经济、可靠运行，一次设备智能化是发展智能变电站的基础。基本含义：能够在智能系统环境下，通过网络与其它设备或系统进行交互的变压器。其内部嵌入的各类传感器和执行器在智能化单元的管理下，保证变压器在安全、可靠、经济条件下运行。出厂时将该产品的各种特性参数和结构信息植入智能化单元，运行过程中利用传感器收集到实时信息，自动分析目前的工作状态，与其他系统实时交互信息，同时接受其他系统的相关数据和指令，调整自身的运行状态。智能化变压器组成变压器主体检测设备各种状态的传感器执行器标准化通讯网络12433智能组件智能化辅助设备6351)变压器智能化单元TIED2)计量单元3)监测单元4)保护单元5)控制单元6)通讯单元7)电源管理系统智能化变压器组成主IED（用于综合分析）测控IED局放监测IED油气监测IED光纤绕组测温监测IED其他监测IED非电量保护装置传感器合并单元执行机构通讯网络智能组件柜智能化变压器网络拓扑天威保变智能化变压器天威保变智能化变压器变压器智能组件TSC20301、主要功能监测顶层油温、底层油温、环境温度和开关室油温度监测高、低压侧电压、电流监测铁心接地电流监测油压力、油位监测负荷状况评估过负载能力和紧急过载时间统计电量，电能质量分析计算绕组热点温度评估变压器寿命损失和老化率监测局部放电监测油中气体和微水监测非电量保护跳闸信号冷却器智能监控冷却效率评估有载开关智能监控评估有载开关触头寿命综合分析、评估变压器状态内置Web服务器通讯符合IEC61850标准组件柜内置恒温系统，为监测、保护、测量、智能组件提供微工作空间。内置双电源控制系统、进线滤波器和电源分配器。提供标准过程层网络和站控层网络控制器，通讯符合IEC61850标准。为非电量保护单元、MU等提供安装空间。变压器智能组件TSC20302、主要性能参数壳体：标准19英吋机柜,全密封不锈钢双层隔温设计,双电源UPS供电,内置电源分配器和空调系统,满足室外长期运行要求，能够在恶劣环境或极端环境和变电站强电磁干扰环境下安全可靠运行。环境要求：工作温度：-40-+70℃

存储温度：-50-+80℃

湿度：90%不结露震动：50/100Hz不大于0.05mm长期运行抗冲击：10G半正弦。安全标准：绝缘强度：2500VAC1分钟对地。抗冲击性能：IEEEC37.90.1

抗电磁辐射：IEC610000-6-1

抗无线电干扰：IEC610000-6-2

安全要求：IE61010-1/GB4793.1-20变压器智能组件TSC2030通讯协议及组网方式变压器智能化单元TSD61001、功能描述监测顶层油温、底层油温、环境温度和开关室油温度监测高、低压侧电压、电流监测铁心接地电流监测油压力、油位监测负荷状况评估过负载能力和紧急过载时间统计电量，电能质量分析计算绕组热点温度评估变压器寿命损失和老化率冷却器智能监控冷却效率评估有载开关智能监控评估有载开关触头寿命综合分析、评估变压器状态内置Web服务器通讯符合IEC61850标准变压器智能化单元TSD61002、主要检测信号和技术指标序号信号数量信号类型检测范围精度1顶层油温2PT100-40～250℃±0.5℃2底层油温2PT100-40～250℃±0.5℃3开关室油温1PT100-40～250℃±0.5℃4环境温度1PT100-40～80℃±0.5℃5油位14～20mA6油位（上限、下限）2无源接点7轻瓦斯（接点）1无源接点8轻瓦斯14～20mA9重瓦斯（接点）1无源接点10压力释放器1无源接点11油压力14～20mA12高、低侧三相电压6PT13高、低侧三相电流6CT14铁心接地电流1CT1mA～50A15干式变压器智能化装置TSM50351、功能描述可实现对干式变压器温度、电压、电流、振动和局放的实时监测和分析；精密功率分析与测量，同步采样、处理、显示；三相电压、电流、功率的同步测量及电量参数计算；多种显示方式：数据、波形、柱图方式；多种测量方式，使测量更加全面：三相三表、三相二表及单相测量方式；具有强大的分析功能：电压、电流分析、功率分析、三相不平衡矢量分析、谐波分析；实时录波和波形回放功能；实时波形保存功能；手动随时保存试验数据和波形，并可重新显示、分析过去已保存的试验记录。干式变压器智能化装置TSM50352、主要技术指标电压测量技术指标量程600V/400V/250V/100VRMS测量范围1～720V基本精度本量程范围的10%---120%保证：0.2%±4个字电流测量技术指标量程5A/1ARMS测量范围0～5A基本精度本量程范围的10%---120%保证：0.2%±4个字功率测量技术指标量程对应乘积V*A共16个量程基本精度0.1<Cosφ<=10.2%±4个字谐波测量技术指标谐波次数1～63次图形；1～63次数据基本精度本量程范围的10%---120%保证：1%其它技术指标工作温度-15～50℃相对湿度不大于95%电源电压AC220V/50Hz变压器综合在线监测系统1、TSM5220主要功能监测顶层油温、底层油温、环境温度和开关室油温度监测高、低压侧电压、电流监测铁心接地电流监测油压力、油位监测负荷状况评估过负载能力和紧急过载时间统计电量，电能质量分析计算绕组热点温度评估变压器寿命损失和老化率监测局部放电监测油中气体和微水冷却器智能监控冷却效率评估有载开关智能监控评估有载开关触头寿命综合分析、评估变压器状态变压器综合在线监测系统2、TSM5110主要功能

监测顶层油温、底层油温、环境温度和开关室油温度监测高、低压侧电压、电流监测铁心接地电流监测油压力、油位监测负荷状况评估过负载能力和紧急过载时间统计电量，电能质量分析计算绕组热点温度评估变压器寿命损失和老化率监测局部放电监测油中气体和微水冷却器智能监控冷却效率评估有载开关智能监控评估有载开关触头寿命综合分析、评估变压器状态移动式局放在线监测系统OLM0403OLM0403是天威新域自主研发、生产的新一代移动式局部放电在线监测系统，是一套技术先进、应用灵活的局部放电在线监测定位系统。该系统采用电声综合监测法，能够实时确定被监测设备局部放电的瞬时变化、放电幅值变化趋势、在线确定放电位置、监测放电位置位移趋势，并跟踪记录。所谓移动式是指该系统安装和维护都非常简单，监控主机和所有传感器都采用独特的安装固定技术，在被监测设备正常运行状态下，短时间内即可安装完成，并满足长期室外运行条件。也可随时将监测系统退出，用于监测站内其它设备，达到一系统多用途的目的。该系统具有完善的联网报警功能，不但多个系统可以通过网络实现互联并共享一个后台，支持远程后台管理，也支持本地后台的远程管理。同时提供手机短信报警、声光报警等；还可通过电话网、手机网、Internet网实现异地传输数据、异地操控设备，进行远程在线监测、状态运行分析和诊断。该系统投运后，用户可以在“任何时间、任何地点”在线监测现场设备的绝缘状态，大大提高了设备的安全可靠性，为设备安全稳定运行提供了有力保障，并为高压电气设备的全寿命周期管理提供了有力支持。概述组网图移动式局放在线监测系统OLM0403技术性能参数OLM0403移动式局部放电在线监测系统测量通道2～8通道系统频带超声波传感器宽频带电流互感器天线放大器通道低频通道高频5kHz～350kHz10kHz～1.2MHz5kHz～1.2MHz20kHz、40kHz、60kHz、80kHz、1MHz(可选)100kHz、200kHz、300kHz、400kHz、1MHz(可选)动态增益范围120dB采样速率每通道5MHz

采样精度12Bit检测灵敏度10pC测量范围10pC～70nC运行环境-20～50℃电源单相220V/50Hz移动式局放在线监测系统OLM0403移动式局放在线监测系统OLM0403安装实例智能化局放监测单元OLM0402OLM0402分布式局部放电在线监测系统的设计思路和实施方案与传统局放在线监测不同，传统局放在线监测系统将传感器采集到的信号以模拟信号方式传输到主控室，然后在主控室内由控制柜内的计算机完成A/D转换，再进行数据处理。而OLM0402智能局放监测装置是直接安装在变压器、电抗器或其它被测设备上，并独立完成放电信号采集、信号调理、A/D转换、干扰处理、数据处理、数据保存、放电量显示、超标报警等一系列的工作。该监测装置配有CAN总线接口，可将多台监测装置的数据通过一条通讯电缆传输到1公里范围内的计算机上，通过后台管理、分析软件，监视、管理、记录多台运行设备的局部放电状态，或通过调制解调器、Internet网实现“任何时间、任何地点”访问监测数据从而了解变压器运行状态。该系统上位机软件具有在线局放数据的记录、趋势图形显示、图形分析、统计分析，还具有放电波形的实时显示、波形分析等功能。概述组网图智能化局放监测单元OLM0402技术性能参数OLM0402分布式局部放电在线监测系统测量通道2通道采样精度12Bit检测灵敏度1通道100pC(电信号)2通道10pC(电信号)测量范围100pC～10000pC(电信号)最大允许误差25%(电信号)监测频带1通道：10kHz～5MHz2通道：高通滤波器：40kHz

低通滤波器：300kHz运行环境-20～50℃电源单相220V/50Hz，20W智能化局放监测单元OLM0402局放检测传感器1、内置式声电复合式传感器ISU-01ISU-01内部集成超声波传感器和超高频传感器，可同时采集局放脉冲里的超高频电磁波和超声波信号。采用内外分置式结构，无源部分内置，与在法兰端盖设计为一体，安装在变压器箱壁的预留法兰上。内置部分与变压器本体同寿命，也可在大修时更换。信号处理部分采用外置式结构，可带电更换。技术指标超声波信号频带：5kHz～350kHz超高频信号频带：300MHz～1.5GHz检测灵敏度：10pC测量范围：10pC～10nC工作条件

运行环境：内置部分:-40～120℃

外置部分:-20～80℃相对湿度：5～95%（无冷凝）1、内置式声电复合式传感器ISU-01安装方法传感器通过标准DN120法兰安装在变压器油箱外壁上。局放检测传感器2、内置式超高频传感器IUF-01局放检测传感器此传感器是内置式声电复合式传感器的简化版，内部仅集成超高频传感器。安装方法见右图所示。技术指标超高频信号频带：300MHz～1.5GHz检测灵敏度：10pC测量范围：10pC～10nC工作条件

运行环境：内置部分:-40～120℃

外置部分:-20～80℃相对湿度：5～95%（无冷凝）3、内置式超声传感器ISS-01

局放检测传感器此传感器是内置式声电复合式传感器的简化版，内部仅集成超声传感器。安装方法见右图所示。技术指标超声波信号频带：5kHz～350kHz检测灵敏度：10pC测量范围：10pC～10nC工作条件

运行环境：内置部分:-40～120℃

外置部分:-20～80℃相对湿度：5～95%（无冷凝）局放检测传感器4、外置式超声传感器USS-03

外置式超声传感器是通过检测变压器局放产生的超声波信号来测量局放的大小和位置。传感器采用磁吸附式结构，吸附在油箱外壁上，可在变压器运行状态下随时进行安装。技术性能参数超声波信号频带：5kHz～350kHz检测灵敏度：10pC测量范围：10pC～10nC工作条件

运行环境：-20～80℃相对湿度：5～95%（无冷凝）局放检测传感器4、外置式超声传感器USS-03

安装方法局放检测传感器5、宽频带电流互感器WCT-2由于变压器线圈与铁心之间存在电容，当内部发生局部放电时，放电信号会通过此电容及铁心接地线构成回路，宽频带电流互感器能够将铁心接地线中的局放信号取出并通过同轴电缆传输到主机。技术性能参数频带范围：10kHz～30MHz工作条件

运行环境：-20～80℃相对湿度：5～95%（无冷凝）局放检测传感器安装方法5、宽频带电流互感器WCT-2

安装在变压器油箱下沿附近，由专用固定架固定或直接卡装，将铁芯接地线穿过宽屏带电流互感器即可，宽频带电流互感器为开口式设计，可在变压器运行状态下直接卡装在铁芯接地线上，实现带电状态随时安装，见下图。局放检测传感器6、工频电流宽带复合式传感器FCT-1此传感器集成宽频带电流互感器与工频铁心接地电流互感器的功能，可同时监测局放脉冲信号和铁心接地电流信号。技术性能参数频带范围（局放脉冲信号）：10kHz～30MHz铁心接地电流检测范围：1mA～50A工作条件

运行环境：-20～80℃相对湿度：5～95%（无冷凝）局放检测传感器安装方法

6、工频电流宽带复合式传感器FCT-1

安装在变压器油箱外壁的适当位置，由专用固定架固定。

智能化变压器控制箱功能描述内置智能控制器和电控元件，智能组件通过联网给智能控制器发送指令实现对冷却器的智能控制。当智能控制器检测不到智能组件的控制指令时，立即切换到本地自控模式。而传统控制箱仅为独立运行模式，不能接受其他智能装置的控制指令。智能组件与智能化变压器控制箱的通讯采用RS485方式，协议满足MOD

BUS/RTU。智能化变压器控制箱可控制3～8组冷却器。

智能化变压器控制箱智能化变压器控制箱与智能组件的通讯参数（1）接受的控制指令

冷却系统启动投入一组冷却器切除一组冷却器冷却器全部投入冷却器全部切除冷却系统退出运行（2）返回的状态和信号

冷却系统启动成功或失败一组冷却器投入成功一组冷却器切除成功油泵状态（正常、故障）各组冷却器状态（工作、故障、停止、退出）冷却器电源状态（正常、故障、断相、停电）冷却器的控制方式（自动、手动）各组冷却器的油流状态有载开关监控单元功能描述

通过有载开关监控单元实现对有载开关的数字化监控。有载开关操作机构的所有控制和状态信号接入本单元,并将操作机构动作故障检测传感器、有载开关室油温、重瓦斯信号接入。通过网络接入变压器智能化单元，接受智能化单元的控制，并将状态反馈给智能化单元。有载开关监测单元有载开关监测单元与智能组件的通讯参数（2）返回的状态和信号

有载开关当前位置最高档位最低档位操作机构拒动操作机构电源故障重瓦斯动作（1）接受的控制指令有载开关启动准备上调上档下调一档紧急停止开关退出运行状态检修和在线诊断设备

随着电力系统的发展和系统维护技术的进步，局部放电已成为衡量高压电气设备是否存在潜在性绝缘问题和质量缺陷的最重要考核指标之一。高压电气设备局部放电带电巡回检测方法，是一种对高压电气设备状态维护的新方法，利用高压电气设备局部放电产生的脉冲电流变化，判断高压电气设备运行健康状况。局部放电带电巡回检测系统，可对高压电气设备的绝缘状态进行在线巡回检测，建立异常变压器的特殊档案；使新投运的高压电气设备的质量控制得到更有力的保证，对运行高压电气设备的状态情况提供更好的依据，以及个别可能存在有隐患的高压电气设备有计划地安排停电检修，避免了无计划的停电。已建立的检测技术和缺陷特征为高压电气设备的状态监测提供了一个有用的工具。利用长期的测量结果建立的数据库，将来对老设备何时退出提供有力依据。

无须停电，可随时了解运行设备的绝缘状况，局部放电变化趋势。可随时确定运行设备的局部放电位置。在线检测的数据可以为设备的维修提供依据。可对运行设备的故障点进行跟踪测试。单台巡检仪可用于多台被测设备，也可连续监测运行中的可疑设备。巡检仪既可以实现带电巡回检测也可以完成离线局部放电试验和放电点定位试验。 天威保变带电巡检设备天威保变带电巡检设备TWPD-2623高压电气设备巡检系统TWPD-2623是天威新域研发的全新结构的仪器，结构紧凑、轻巧便携，可背挎可手持操作，采用上端口出线方式，内置光、电双输入接口，可直接连接电、超声等各种局部放电检测传感器，内置高性能锂电池，续航时间可达4小时，将检测数据、试验波形统一保存，并具有强大的放电信号分析和干扰信号处理能力，使试验更加方便。测量通道：2个独立测量通道，每通道有1个光信号接口和1个电信号接口采样精度：12Bit检测方法：按标准试验回路进行局放检测、局部放电超声定位检测、高压设备局放在线巡检测量范围：0.1pC～10000nC全量程非线性误差：10%测量频带：3dB带宽:10kHz～1MHz外形尺寸：200×128×128重量：3.0kg典型案例分析福州某变电站（所有数据资料均由福州电业局提供）220kV/180kVA变压器在线监测、带电故障定位北郊变电站2#主变上安装的OLM0402局放在线监测装置报警，采用4通道局放带电巡检系统进行故障定位，诊断后确定放电位置。经返厂吊心检查确认，变压器油中残存的硫在高温时与铜发生反应，生成硫化亚铜，硫化亚铜附着在高压绕组的组合导线外层绝缘纸表面，引起绝缘性能下降，导致放电。为了避免此类产品故障再次发生，2006年6月8日福建省电力公司、超高压输变电局生技部，向为其提供变压器、电抗器的供应商：重庆ABB、常州东芝、保定天威、日本三菱、日立变压器五家公司发文《关于变压器绝缘油及导线》，“调查变压器油及铜导线，评估变压器发生同类故障的可能性”。典型案例分析北京某500kV变电站变压器带电故障定位现场用一小时快速排除套管故障500kV主变压器发现异常，利用TWPD-2带电巡检系统在铁心接地处检测，发现变压器内部有严重的放电，经超声波定位发现放电点在套管内部。典型案例分析北京某500kV变电站变压器带电故障定位变压器内部磁屏蔽缺陷引起的故障，三组在线监测数据的相关性表征了其故障特点和性质。由各趋势图分析可见，铁心接地线上的局放信号小且平稳。超声信号与铁心接地线上局部放电信号没有相关性。超声信号与变压器负荷电流曲线变化趋势明显相关。再通过超声与油气数据相关分析，大的超声信号出现后，延时一段时间，油气开始上升。油气监测数据与局部放电监测数据存在积分和延时相关性。通过以上分析确定，变压器内部存在辐射度较低的接触性电流间歇性放电，且同时伴随有震动。可确定是由油箱磁屏蔽松动引起的电流型放电。经吊罩检查证实以上分析的结论是正确的。典型案例分析晋东南长治变电站OLM0403移动式局部放电在线监测定位系统保定天威新域科技发展有限公司自主研发、生产的新一代移动式局部放电在线监测系统OLM0403，在我国特高压1000kV示范工程，晋东南长治变电站顺利投运，该系统是我国首套应用于特高压1000kV变电站的移动式局部放电在线监测定位系统。该系统正式投运后，用户可以在“任何时间、任何地点”在线监测现场设备的绝缘状态，大大提高了设备的安全可靠性，为设备安全稳定运行提供了有力保障，并为特高压电气设备的全寿命周期管理提供了有力支持。典型案例分析秦山核电公司：在线巡回检测３小时完成九台变压器局放状态巡回检测内蒙古某电厂：带电现场故障定位在铁心接地和零线处检测到了严重放电，并且油样检测超标，但在高压套管检测到局放量仅为几百pC，经局放超声波定位后查出高压线圈爬电致端部严重放电。主要业绩国网特高压1000kV晋东南-荆门交流试验示范工程国网中国电科院特高压试验基地中国电科院高压所、直流所、电子所国网电力科研院武汉南瑞测控科技有限公司华北电网有限公司广东电网公司电力试验研究院山东省电力试验研究院吉林省电力试验研究院江苏省电力试验研究院江西省电力试验研究院浙江省电力试验研究院陕西省电力试验研究院山西省电力试验研究院安徽省电力试验研究院青海省电力试验研究院大庆油田电力集团供电公司中心研究所河北省超高压输变电分公司黑龙江省送变电工程公司湖南省送变电公司上海市电力公司广东省电建公司云南省火电建设公司福州电业局……国网中国电科院状态检修在线监测所，南宁供电局杨丁变电站湖北荆州柳埦变电站华电集团贵州乌江构皮滩水电站陕西国华锦界能源有限公司华北电网北京超高压顺义500kV变电站华北电网北京超高压唐山姜家营变电站国华沧东发电有限公司黄骅发电厂福州北郊变电站国电开远发电有限公司云南小龙滩电站大庆油田电力集团供电公司华东铜柏抽水蓄能电厂湖南渫水皂市水利枢纽保定清苑500kV变电站国电大同第二