变电站主变及典型间隔内一次设备智能试验系统开发应用

国网江苏省电力公司电力科学研究院国网江苏省电力公司检修分公司国网泰州供电公司2013年12月变电站主变及典型间隔内一次设备智能试验系统开发及应用汇报提纲项目背景及执行情况1任务完成程度2主要研究内容3研究成果及成效4成果创新点及特色5总结与展望6一、项目背景及执行情况传统试验系统便携型、单参数、人工诊断接线复杂、工作人员多、劳动强度大试验时间长、效率低、准确度差车载试验系统车载化、多参数、人工诊断接线简化、工作人员较少、劳动强度较大时间较短、效率较低、准确度较差智能试验系统多参数、仪器集成、系统集成、智能诊断一次接线、自动操作、快速完成、人员少、劳动强度小效率高、准确度高？一、项目背景及执行情况2013.4--2013.92013.10--2013.122013.1--2013.1项目调研与方案设计阶段正式成立项目组，完成项目整体规划、全面实施。系统研发、测试阶段、试点应用研究完成变压器、典型间隔设备智能试验系统，在实验室、实训场、变电站等广泛开展测试及应用。项目验收完成产品鉴定相关工作；准备项目验收材料。关键技术研究阶段研究变压器、典型间隔设备的一次性接线方法、智能切换装置、一线多用引线、脉冲电流法测回路电阻等关键技术研究。2013.2--2013.32011.11--2012.12项目预研阶段项目前期调研、项目收资，开展项目预研究、关键技术攻关及策划。二、任务完成程度任务内容完成情况变压器、典型间隔设备电气例行试验一次接线试验方法研究及装备研制完成（技术报告、第三方测试报告、作业指导书、产品鉴定、标准）研究一线多用试验引线及其各项功能智能切换方法完成（技术报告、第三方测试报告）研究智能试验系统的自检方法完成（技术报告）研发多功能综合电气试验装置及辅助判断系统完成（技术报告、第三方检测报告）经审查的主变间隔和线路间隔集中试验技术导则完成（技术导则）发表论文2篇，申请专利3项，实用新型1项超额完成（发表论文5篇，发明专利7项，实用新型专利6项）三、主要研究内容试验接线研究试验算法研究试验系统研制一次接线试验方法一线多用引线研究智能切换方法研究介损测试方法研究电阻测试方法研究自检系统研制数据智能分析研究智能试验软件研发车载智能试验系统研制测试方法集成研究三、主要研究内容试验算法研究试验系统研制试验接线研究一次接线试验方法一线多用引线研究智能切换方法研究介损测试方法研究电阻测试方法研究自检系统研制数据智能分析研究智能试验软件研发车载智能试验系统研制测试方法集成研究试验项目绝缘电阻变比直流电阻短路阻抗有载开关特性本体及套管介损一次接线试验方法试验接线研究主变型一次性接线完成6个试验项目智能切换开关一次接线试验方法动用6次斗臂车2天，7~8人传统试验流程试验接线研究主变型动用2次斗臂车7个小时，3~4人一次接线试验方法试验接线研究智能试验流程主变型试验项目SF6断路器分合闸时间等8个项目电流互感器介质损耗等3个项目隔离开关/接地开关回路电阻CVT介质损耗等2个项目避雷器直流泄漏电流等3个项目一次接线试验方法试验接线研究间隔型三相断路器、隔刀、CT单元接线方法断路器CT试验项目SF6断路器分合闸时间等8个项目电流互感器介质损耗等3个项目隔离开关/接地开关回路电阻CVT介质损耗等2个项目避雷器直流泄漏电流等3个项目一次接线试验方法试验接线研究间隔型500kV单相CVT单元接线方法1反接法测量C11和C12的并联介损值2正接法测量C12的介损值3计算出C11的介损值4用自激法测量C13和C2的介损值试验项目SF6断路器分合闸时间等8个项目电流互感器介质损耗等3个项目隔离开关/接地开关回路电阻CVT介质损耗等2个项目避雷器直流泄漏电流等3个项目一次接线试验方法试验接线研究间隔型220kV单相CVT单元接线方法1反接法测量C12和C2串联后再并联C11的介损值2正接法测量C12和C2串联后的介损值3计算出C11的介损值4用自激法测量C12和C2的介损值试验项目SF6断路器分合闸时间等8个项目电流互感器介质损耗等3个项目隔离开关/接地开关回路电阻CVT介质损耗等2个项目避雷器直流泄漏电流等3个项目一次接线试验方法试验接线研究间隔型单相避雷器单元接线方法1调节直流电压，使得1节到达泄漏电压值2调节补偿电压，使得另1节同时到达泄漏电压值3测量泄漏电压，泄漏电流值4切换继电器，完成其它节的测量动用8次斗臂车1天，5~6人传统试验流程一次接线试验方法试验接线研究间隔型智能试验流程一次接线试验方法试验接线研究间隔型动用2次斗臂车7个小时，3~4人试验引线最高电压10kV最大电流20A满足吸收比要求同时测量电压和电流信号一次多用引线研究试验接线研究电流信号线（2.5mm2）电压信号线（1mm2）内层高压屏蔽外层接地屏蔽一次多用引线研究试验接线研究电压信号线电流信号线内层高压屏蔽外层高压屏蔽内屏蔽电位最高，达14.14kV；外屏蔽电位最低，为0kV。一次多用引线研究试验接线研究利用ANSYS对引线进行场强及热量计算，核算引线各层的绝缘、通流能力内屏蔽表面电场强度最高，达到4277V/mm；外屏蔽表面电场强度最低，为1659V/mm。硅橡胶的击穿场强大于30000V/mm，满足绝缘要求一次多用引线研究试验接线研究引线通过相关耐压试验，并经过第三方测试核心部件智能切换开关,实现试验通道自动切换功能智能切换方法研究试验接线研究智能切换方法研究试验接线研究高电位地电位组成部分：电机、推拉杆、低压端口触点、高压端口触点、中间端口触点、绝缘板、屏蔽盒等。功能模块：高压功能模块、低压功能模块。高压功能模块实现高压介损测量、绝缘电阻测量；低压功能模块实现短路阻抗测量、直流电阻测量、变比测量、有载开关特性等测量。实现方法：控制器接收到计算机发出的测量项目指令，控制电机快速转动，推动推拉杆把中间端口触点推到对应的端口，实现功能转换。内部最大场强位于部件1的边角处；其最大场强为2290V/mm。智能切换方法研究试验接线研究切面位置沿路径1，部件1边角附近区域电场强度最高，为2294V/mm，远离该处7mm后迅速降低至300V/mm以下；沿路径2，部件1边角处两端场强最高，为2294V/mm，中部场强较低，约为600V/mm。智能切换方法研究试验接线研究路径1路径2测试方法集成研究试验接线研究高压试验仪器的集成，控制及采样器集成为1个，传感器及信号变换根据项目要求不同独立设计。三、主要研究内容试验接线研究试验算法研究试验系统研制介损测试方法研究电阻测试方法研究自检系统研制数据智能分析研究智能试验软件研发智能试验系统研制一次接线试验方法一线多用引线研究智能切换方法研究测试方法集成研究前提：周期T是采样间隔的整数倍会产生栅栏效应、造成频谱泄漏常规谐波分析法增加锁相倍频跟踪电路双速率同步采样基波相位分离补偿算法增加增加电路复杂性实际操作复杂算法复杂介损测试方法研究试验算法研究以固定的采样率对电流、电压进行采样将采样结果进行离散傅里叶变换，得到波形的精确频率获得修正后的积分时间T再进行传统的谐波分析，计算介损试验算法研究介损测试方法研究改进谐波分析法电压频率50.5Hz电压频率49.5Hz试验算法研究介损测试方法研究若信号为非工频，常规谐波分析法会发生频频泄漏，影响介损的测试精度。从试验数据来看，改进谐波分析法的精度提高一个数量级。直流压降法微欧仪法测量表计精度不低于0.15级直流电流不小于100A长时间有电阻负载效应直流电流不小于100A电阻测试方法研究试验算法研究脉冲电流法非振荡放电过程振荡放电过程临界情况脉冲电流法测量等效回路试验算法研究电阻测试方法研究振荡放电过程测试仪样机试验算法研究电阻测试方法研究测试接线示意图实测电流波形三、主要研究内容试验接线研究试验系统研制一次接线试验方法一线多用引线研究智能切换方法研究自检系统研制数据智能分析研究智能试验软件研发智能试验系统研制试验算法研究介损测试方法研究电阻测试方法研究影响试验的准确性和效率理由：设备长途颠簸易松动试验电源谐波分量过大影响稳定性干扰过强影响准确性自检系统研制试验系统研制通信自检检查传输特性电源自检检查电源质量功能自检检查变比、直阻等6个功能试验系统研制有载开关特性自检直流电阻自检自检系统研制影响试验的准确性和效率手动记录数据手动比较出厂、历史数据，出错率高数据智能分析研究试验系统研制自动打印试验报告试验系统研制数据智能分析研究预制试验顺序减少人工干预试验系统研制智能试验软件研发试验系统研制智能试验软件研发试验系统研制一次接线、自动诊断、顺控操作、智能分析；集成仪器40%以上；节约时间2/3以上；节约人力1/2以上。智能试验系统研制车辆外形车辆内部智能转换开关自动收放线盘试验系统研制智能试验系统研制主变型智能试验系统车辆外形车辆内部车载设备自动收放线盘试验系统研制智能试验系统研制典型间隔型智能试验系统一次接线自动诊断顺控操作智能分析试验系统研制智能试验系统研制在实验室进行主变型6个功能和典型间隔型17个功能的试验验证；测试结果误差符合Q/GDW10-J206-2010《输变电设备交接和状态检修试验规程》要求。实验室分模块验证试验系统研制智能试验系统研制在电科院220kV试验变内，主变型智能系统进行了50余次试验，典型间隔型智能系统进行了40余次试验，测试结果稳定；测试结果误差符合Q/GDW10-J206-2010《输变电设备交接和状态检修试验规程》要求。试验站整系统验证试验系统研制智能试验系统研制试验系统研制在多座变电站内进行了试验：苏州500kV吴江变南京500kV东善桥变南京500kV廻峰山变苏州220kV庆丰变南京110kV新街口变南京110kV云南路变传统试验方式变电站现场应用智能试验方式智能试验结果误差符合标准要求！传统试验方式试验系统研制变电站现场应用智能试验方式制造厂南京电瓷厂型号BRDLW-110/63-5温度℃38湿度68%相别ABC铭牌C(pF)281284290实测C(pF)278.8282.4286.9tgδ%0.3530.3090.320试验系统研制一线多用试验引线、多功能综合电气试验装置、智能试验系统等获得计量院检定报告智能试验系统研制适用范围：主变型智能试验系统：110/220/500kV变压器；典型间隔型智能试验系统：110/220/500kV断路器、隔离开关、电流互感器、CVT、避雷器。试验系统研制四、研究成果及成效成果一：分析提出了一种介质损耗测量改进谐波分析法，克服了传统谐波分析法的误差；成果二：创新提出了一种新型的回路电阻测试方法—脉冲电流法，具有体积小、便携的突出优点；成果三：首次提出了变电站主设备的一次性接线试验方法，利用自动切换装置可通过一次性接线，完成各项电气试验，减小了测量误差和试验重复接线工作量；四、研究成果及成效成果四：高度集成了高压试验仪器，开发了工控机、通讯模块、集线转换板、一线多用试验引线、短路阻抗短接器等模块，并研制了基于继电器式的机械式智能转换开关；成果五：首次提出了基于内置参考元件的仪器设备自检方案，设计了变电站智能试验系统自检方法，优化了试验流程，实现了智能测试系统的仪器状态诊断和功能快速自检；成果六：开发了一套智能辅助判断系统，由知识库、推理机、解释机制和知识获取4部分组成，对变电站设备进行智能化评估，并自动生成试验报告；四、研究成果及成效成果七：基于C#软件开发语言与MySQLworkbench5.1数据库开发平台，开发了变电站智能试验系统控制分析软件，实现了一键式操作完成变电站主变及典型间隔设备电气试验项目的操作、控制、检测与数据处理的功能；成果八：创新试制了车载化变电站智能试验系统，利用多功能试验引线、自动转换开关、顺控操作软件等，实现了变电站主设备电气试验项目的一次接线、自动诊断、顺控操作、智能分析，通过完整的实验室性能测试和系统调试，并在110kV云南路变和500kV吴江变进行了现场测试与应用；主变型智能试验系统可节约2/3试验时间，缩减1/2以上试验人员，间隔型智能试验系统可节约1/3试验时间，缩减1/2试验人员，大大减轻了工作强度，提高了电气试验的效率和现场作业的安全性，为变电站集中检修、整间隔试验创造了有利条件。四、研究成果及成效申请专利实用新型发明500kVCVT多项介损测试系统●○车载开关动特性回路电阻综合测试系统●○车载一体式三相直流电阻、变比、有载综合测试装置●○一种车载用测试仪接线集中转换装置●○一种变压器车载式综合测试系统○○1000kV避雷器直流参考电压和泄漏直流电流一次接线装置和测试方法○○抑制变压器中性点直流电流的方法●发布2个标准（省经信委存档，并报省公司审批）：Q／320115JSEPC011-2013《变电站智能试验系统（主变型）技术规范》Q／320115JSEPC012-2013《变电站智能试验系统（典型间隔）技术规范》申请13项专利：四、研究成果及成效发表5篇论文：氧化锌避雷器带电测试方法应用分析；基于PSCAD仿真分析的真空断路器开断并联电抗器保护装置研究；真空开关的触发失效与主电极烧蚀特性研究；高压脉冲电场处理过程中样品特性对处理室放电击穿规律的研究；Researchonanovelsuppressingmethodologyforsecondaryarcextinctionbasedonanimpedanceparalleledtolinecircuitbreaker四、研究成果及成效鉴定结论：变电站智能试验系统具有创新性及实用性，可以显著提高试验效率，产品技术处于国内领先、国际先进水平。获得产品鉴定证书：五、成果创新点及特色创新点一：在系统阐述变电站主设备电气试验项目原理、试验接线方法的基础上，分析提出了一种CVT介质损耗测量改进谐波分析法，有效简化了数据采样及介损计算，在大幅提高计算精度（一个数量级）的同时，全面克服了传统谐波分析法的误差，为介损测试提供了新思路，并为一次性接线及智能试验系统开发奠定基础；创新点二：创新提出了一种新型的回路电阻测试方法—脉冲电流法，给出了脉冲电流法的测试原理、参数设计方法，制作了脉冲电源及相应的单片机测试系统，便于智能测试系统集成。通过与传统微欧仪进行比较分析，本测量方法性能可靠、方便快捷、重复性好；五、成果创新点及特色创新点三：首次提出了变电站主设备的一次性接线试验方法，其中，针对变电站主变，利用自动切换装置可通过一次性接线，完成绕组直流电阻、绝缘电阻、有载分接开关测试、变压器变比、介质损耗、短路阻抗的电气试验项目；针对典型间隔设备，可一次性接线完成断路器动作特性试验、CVT介损和电容量、隔离开关回路电阻、金属氧化物避雷器直流参考电压和泄漏电流等测试项目，减小了测量误差和试验重