2023变压器在线监测系统技术方案

变压器在线监测系统技术方案2023.08目录TOC\o"1-2"\h\u175891.概述 4100942.主要功能 6132863.智能汇控柜组成 6275261、智能组件柜配置 7319292、额定数据 7295313、系统功耗 7229004、环境条件 7120565、抗震性能 793636、安全性能 7303027、防尘防水性能 7271298、电磁屏蔽性能 754129、保温性能 83247410、防凝露性能 8185644.PDM嵌入式处理主IED 8158331）技术特征： 8293942）变压器综合故障诊断与状态评估 9125875.变压器油中溶解气体在线监测装置 918883(1)根据气体含量的变化判断； 10705(2)根据气体含量比值的变化判断； 105735(3)根据总烃与产气速率的变化判断； 102753(4)根据T(过热)D(放电)图列故障发展趋势的判断； 107741(5)根据气体变化对故障热点温度的判断； 1022237(6)根据气体变化的总烃安伏法对故障回路的判断等等。 10316546.变压器局部放电在线监测装置 15327457.变压器铁心夹件接地电流在线监测装置 17185848.变压器红外成像测温系统 19206891）双光监测方式 19175852）系统组网结构 20234163）系统功能与特点 211.概述智能变压器、智能GIS作为智能变电站的核心组成部分，其建设获得了越来越多的关注。根据现行的标准，智能变电站是指采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，并可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能，实现与相邻变电站互动的变电站。智能变压器在线监测系统是保证变压器正常工作并预估设备的损耗以建立合理的检修计划，智能变压器在线监测系统是实现智能变电站的基础设备之一。变压器是电力系统中重要的也是昂贵的关键设备，它承担着电压变换，电能分配和转移的重任，变压器的正常运行是电力系统安全、可靠地经济运行和供用电的重要保证，因此，必须最大限度地防止和减少变压嚣故障或事故的发生。但由于变压器在长期运行中，故障和事故是不可能完全避免的。引发变压器故障和事故的原因繁多，如外部的破坏和影响，不可抗拒的自然灾害，安装、检修、维护中存在的问题和制造过程中留下的设备缺陷等事故隐患，特别是电力变压器长期运行后造成的绝缘老化、材质劣化等等，已成为故障发生的主要因素。同时，客观上存在的部分工作人员素质不高、技术水平不够或违章作业等，也会造成变压器损坏而造成事故或导致事故的扩大，从而危及电力系统的安全运行。正因为变压器故障的不可完全避免，对故障的正确诊断和及早预测，就具有更迫切的实用性和重要性。但是，变压器的故障诊断是个非常复杂的问题，许多因素如变压器容量、电压等级、绝缘性能、工作环境、运行历史甚至不同厂家的产品等等均会对诊断结果产生影响。GIS全称气体绝缘组合电器设备（GasInsulatedSwitchgear），主要把母线、断路器、CT、PT、隔离开关、避雷器都组合在一起。也是电力系统中的关键设备。通常GIS很少出现故障，但一旦GIS设备内部出现某种缺陷，极易发生设备故障。随着GIS变电站数量的增多，GIS设备发生故障的几率也在增加。由于以往人们认为GIS设备属于免维护设备，加之GIS变电站数量较少，监测设备故障的手段和措施相对有限。因此，加强和完善GIS设备交接试验以及GIS设备的运行监测，对保障GIS设备的安全运行具有重要意义。智能变压器、智能GIS状态监测系统构架如图所示：智能变压器监测系统架构图1-2智能GIS监测系统架构2.主要功能项目监测内容智能组件变压器光声光谱在线监测STOM-PAS铁心接地电流在线监测STOM-I变压器红外成像测温系统DS-2TD6267T-25H4L/WGISSF6微水密度STOM-GBGIS局部放电STOM-TPDGIS红外成像测温系统DS-2TD6267T-25H4L/W避雷器避雷器绝缘在线监测系统STOM-TEM3.智能汇控柜组成变压器/GIS智能汇控柜是变压器的智能化装置主要由PDM嵌入式处理主IED及微水监测智能组件、DETECHTM局部放电监测智能组件以及光纤交换机组成，并可根据需要扩展其他监测智能组件。各智能组件均采用无风扇冷却方式以提高可靠性，采用上架式19英寸标准机箱安装在汇控柜内。智能汇控柜在现场就近变压器安装采用双220V交流电源或双220V直流电源供电通过电源自诊断实现电源的自动切换。汇控柜采用不锈钢和具有磁屏蔽功能涂层的保温材料组成的双层结构，内部有温湿度自动调节功能确保汇控柜内所有智能组件和电气元件工作在良好的环境条件下。1、智能组件柜配置变压器智能组件柜内的装置主要包括监测智能组件、测控智能组件、油中溶解气体传感器以及信号处理单元，智能组件柜放置于被监测电力变压器附近。2、额定数据额定直流电压：220V或110V，允许偏差±20％额定交流电压：220V，50Hz，允许偏差±20％3、系统功耗使用DC110/220V和AC220V供电，其中智能组件DC220V和AC220V可通用。正常工作时，智能组件柜所需功率不大于2600W。4、环境条件户内：-25℃～+55℃户外：-40℃～+85℃相对湿度：不大于95%5、抗震性能组合式合金型材骨架结构，摇动等级IEC61969-3，Class2；抗地震等级ETSI300019+IEC61587，保证智能组件柜中的电子元件的光电信号稳定传输。6、安全性能内嵌式门板，隐藏式门缝。高强度铸造直通铰链。机柜外壁看不到任何的紧固件。完全的户外保护配置。7、防尘防水性能最高防护等级IP65。8、电磁屏蔽性能在30-1000MHz强电磁场干扰下，至少保证30db的衰减屏蔽能力，屏蔽等级为2级。9、保温性能机柜箱壁厚度达到35mm的阻燃保温层，应对恶劣的天气气候条件下（-40℃～55℃），保证机柜的内部温度26℃～30℃，并且可以比普通机柜节省75%的温控能源。10、防凝露性能优良的保温性能和IP防护性能，保证机柜在东北地区日温差高达35℃的条件下，机柜金属板壁上无冷凝水和结霜的可能。4.PDM嵌入式处理主IEDPDM型嵌入式处理器主IED在汇控柜中相当于前置服务器+通信控制器的作用，是变压器智能汇控柜的中枢单元其主要任务是负责站控层主服务器与各智能监测组件之间控制指令与数据的转发同时根据各智能监测组件的监测数据和结果对变压器进行综合的故障诊断和状态评估。允许用户通过浏览器对主IED进行访问。1）技术特征：低功耗、无风扇、全屏蔽、高可靠性宽运行温度在–40℃+85℃内正常工作采用嵌入式LINUX实时操作系统主芯片采用IntelCore2Duo/945GME主频2GHZ双千兆网口采用标准的IEC61850通信规约全光纤连接结构方面采用了全新的散热理念铝制全密闭的箱体结构无风扇设计。2）变压器综合故障诊断与状态评估5.变压器油中溶解气体在线监测装置变压器油中溶解气体在线监测技术是实施主变压器状态监测的重要手段，其技术关键是根据气相色谱技术分析油中特征气体成分的变化，根据监测结果来分析判断电力变压器内部的异常和故障发展趋势，以保证电力变压器的安全可靠运行。其分析判断的方法常包括：(1)根据气体含量的变化判断；(2)根据气体含量比值的变化判断；(3)根据总烃与产气速率的变化判断；(4)根据T(过热)D(放电)图列故障发展趋势的判断；(5)根据气体变化对故障热点温度的判断；(6)根据气体变化的总烃安伏法对故障回路的判断等等。其中，根据电力变压器油中特征气体的变化来判断变压器的内部故障是气相色谱分析的一项基本方法和重要内容。变压器油中溶解气体监测系统利用油循环回路，从变压器油箱中抽取油样、脱气后再将油样重新送回变压器，因而油循环的取油、回油位置对于准确分析油中气体含量至关重要。为保证所选取的油样是变压器的典型且比较干净的油样，一般建议从变压器中部取油，底部回油。下图常用变压器取油阀和回油阀示意图。主变油色谱安装位置示意图油阀的两种标准接口，油阀球阀和油阀蝶阀：注油球阀尺寸注油蝶阀变压器油中溶解气体监测系统安装时，打开变压器上取样口的油阀，放适量油以便挤走油管中的空气和杂物，以主设备一端出柱状油样为宜，然后将此油管接到主设备的进油接口处，注意对接后的密封性能，防止有漏油现象。注：单根油管长度在10米内为宜。图2-4为脱气装置端的安装示意图：图脱气装置端的安装示意图光声光谱安装示意图STOM-PAS变压器光声光谱在线监测装置工作时，先利用油样采集单元进行油路循环，处理连接管道的死油，再进行油样定量；油气分离单元快速分离油中溶解气体输送到六通阀的定量管内并自动进样；进入红外光室光声池后，经红外光源照射后，气体分子吸收光谱能量后释放温度、声音信号被温度传感器和声音传感器采集；数据采集单元完成AD数据的转换和采集，嵌入式处理单元对采集到的数据进行存储、计算和分析，并通过100M以太网接口将数据上传至数据处理服务器或通过通信协议直接上传到后台，也可由STOM-800/PAS监测与预警软件进行数据处理和故障分析。图3-6光声光谱原理示意图STOM-PAS变压器光声光谱在线监测装置可由现场监测主机独立完成，现场监测主机包含光谱数据采集处理模块、油气分离模块、气体检测模块、红外光源模块等四个高集成模块和辅助单元组成。其中数据采集处理模块包含数据采集单元、现场控制处理单元、通讯控制单元及61850规约通讯等；油气分离模块包含油样循环采集单元、油样定量单元、油样处理返回单元、脱气集气单元等；气体检测模块包含气体分离单元、恒温恒流控制单元、气体检测单元等；红外光源模块包括两个红外光室、红外光源、油路净化单元、压力控制和报警单元等；辅助单元包括置于变压器接口、油管及通信及电源电缆等。如果不通过61850通讯规约直接上传数据和报警等值也可以在主控室安装电脑和监控软件，直接在主控室内监测设备的运行状况。每套装置可监测1台主变油中溶解气体及微水，监测周期可在1-24小时之间可调同本技术规范（含现场指导安装、调试）。变压器油中溶解气体在线监测装置技术参数表序号名称项目需求值或表述技术保证值1特征气体即氢气（H2）、甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、乙烯（C2H4）、乙炔（C2H2）、一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）、微水（H2O）即氢气（H2）、甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、乙烯（C2H4）、乙炔（C2H2）、一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）、微水（H2O）2氢气（H2）最低检测限值2μL/L2μL/L最高检测限值2000μL/L2000μL/L准确度要求最低检测限值或±30%，测量误差取两者最大值最低检测限值或±30%，测量误差取两者最大值3甲烷（CH4）最低检测限值0.5μL/L0.5μL/L最高检测限值1000μL/L1000μL/L准确度要求最低检测限值或±30%，测量误差取两者最大值最低检测限值或±30%，测量误差取两者最大值4乙烷（C2H6）最低检测限值0.5μL/L0.5μL/L最高检测限值1000μL/L1000μL/L准确度要求最低检测限值或±30%，测量误差取两者最大值最低检测限值或±30%，测量误差取两者最大值5乙烯（C2H4）最低检测限值0.5μL/L0.5μL/L最高检测限值1000μL/L1000μL/L准确度要求最低检测限值或±30%，测量误差取两者最大值最低检测限值或±30%，测量误差取最大值6乙炔（C2H2）最低检测限值0.5μL/L0.5μL/L最高检测限值1000μL/L1000μL/L准确度要求最低检测限值或±30%，测量误差取两者最大值最低检测限值或±30%，测量误差取两者最大值7一氧化碳（CO）最低检测限值25μL/L25μL/L最高检测限值5000μL/L5000μL/L准确度要求最低检测限值或±30%，测量误差取两者最大值最低检测限值或±30%，测量误差取两者最大值8二氧化碳（CO2）最低检测限值25μL/L25μL/L最高检测限值15000μL/L15000μL/L准确度要求最低检测限值或±30%，测量误差取两者最大值最低检测限值或±30%，测量误差取两者最大值9微水（H2O）最低检测限值1μL/L1μL/L最高检测限值100%（以ppm形式显示）100%（以ppm形式显示）准确度要求最低检测限值或±10%，测量误差取两者最大值最低检测限值或±10%，测量误差取两者最大值10采样周期最小监测周期不大于2h最小监测周期不大于2h监测周期要求可通过现场和远程方式设定监测周期可通过现场和远程方式设定11采样触发方式要求除周期采样外，应支持IEC61850控制服务触发立即试验采样除周期采样外，支持IEC61850控制服务触发立即试验采样12分析测量时间≤30min≤30min13测量方式光声光谱法光声光谱法14检测器光源要求激光光源激光光源15取油口耐受压力≥0.4MPa≥0.4MPa16数据稳定性与重复性在重复条件下，6次测试结果的相对标准偏差≤5%在重复条件下，6次测试结果的相对标准偏差≤5%17防护等级IP55IP5518性能要求实现多组分监测，至少七种气体及微水监测功能。即氢气（H2）、甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、乙烯（C2H4）、乙炔（C2H2）、一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）及微水（H2O）。实现多组分监测，至少七种气体及微水监测功能。即氢气（H2）、甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、乙烯（C2H4）、乙炔（C2H2）、一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）及微水（H2O）。19系统设计使用寿命不少于8年≥8年20检测器激光光声检测器激光光声检测器21脱气方式真空脱气真空脱气22电磁兼容应满足Q/GDW535-2010《变电设备在线监测装置通用技术规范》电磁兼容试验要求可满足Q/GDW535-2010《变电设备在线监测装置通用技术规范》电磁兼容试验要求23报警指示需提供各气体组份浓度、绝对产气速率、相对产气速率数据并具有故障报警功能（如数据超标报警、装置功能异常报警等），并给出产气速率趋势图、实时数据直方图、单一组份及多组份监测结果的原始谱图，并给出通过改良三比值法、大卫三角法、援例分析法等方法的综合辅助诊断分析结果可提供各气体组份浓度、绝对产气速率、相对产气速率数据并具有故障报警功能（如数据超标报警、装置功能异常报警等），并给出产气速率趋势图、实时数据直方图、单一组份及多组份监测结果的原始谱图，并给出通过改良三比值法、大卫三角法、援例分析法等方法的综合辅助诊断分析结果24通讯协议及接口状态监测系统的信息交互应遵循国家电网公司《变电设备在线监测I1接口网络通信规范》并接入变电站省公司统一部署的变电设备状态接入控制器。状态监测系统的信息交互遵循国家电网公司《变电设备在线监测I1接口网络通信规范》并接入变电站省公司统一部署的变电设备状态接入控制器。25本地通讯提供前置USB接口以满足就地数据读取及设备设置提供前置USB接口以满足就地数据读取及设备设置26*性能要求实现多组分监测，至少七种气体及微水监测功能。即氢气（H2）、甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、乙烯（C2H4）、乙炔（C2H2）、一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）及微水（H2O），根据被监测设备工况的不同，设备可以自动切换运行模式调整采样周期。可实现多组分监测，至少七种气体及微水监测功能。即氢气（H2）、甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、乙烯（C2H4）、乙炔（C2H2）、一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）及微水（H2O），根据被监测设备工况的不同，设备可以自动切换运行模式调整采样周期。27资料出厂合格证、出厂试验报告出厂合格证、出厂试验报告28资质要求通过中国电科院或电力工业电气设备质量检验测试中心的型式试验，测量误差符合A级要求通过中国电科院或电力工业电气设备质量检验测试中心的型式试验，测量误差符合A级要求6.变压器局部放电在线监测装置该装置通过安装在变压器四周的高频传感器实时采集变压器内部局部放电激发出的电磁波信号，达到对所监测的变压器设备绝缘状态的有效监测和潜在故障预警。技术要求同本技术规范（含现场指导安装、调试）。变压器局部放电在线监测装置技术参数表序号参数类型标准参数值参数响应值1装置型号2检测频带300~1500MHz300~1500MHz3检测灵敏度≤150pC≤150pC4传感器频响特性工作频带的平均有效高度≧11mm工作频带的平均有效高度≧11mm5动态测量范围≥40dB≥40dB6噪声干扰信号识别率>80%>80%7局部放电类型识别率>80%>80%8局部放电定位方法到达时间比较法到达时间比较法9局部放电定位结果显示装置系统软件装置系统软件10局部放电定位传感器接口数量≥1≥111监测主机的操作系统linux操作系统linux操作系统12幅值（最大放电量、平均放电量）、相位、频次等局部放电基本特征参量进行连续实时自动监测、记录的软件截图证明有有13放电幅值、放电量平均值、相位、频次等基本特征参量的记录频率每通道数据刷新率不低于1次/秒每通道数据刷新率≥1次/秒14监测通道信号采样基本指标所有监测通道同时同步采样，不允许多通道分时采样每路监测通道的信号采样率均不低于200MHz所有监测通道同时同步采样，不允许存在多通道分时采样每路监测通道的信号采样率均不低于200MHz15局部放电分析模式需实时监测并展示每监测通道局放信号的：PRPD（局部放电相位分布）图谱PRPS（局部放电脉冲序列相位分布）图谱峰值检测图谱可实时监测并展示每监测通道局放信号的：PRPD（局部放电相位分布）图谱PRPS（局部放电脉冲序列相位分布）图谱峰值检测图谱16局放故障源空间定位精度要求三维空间中定位误差≦30cm三维空间中定位误差≦30cm7.变压器铁心夹件接地电流在线监测装置STOM-I型变压器铁芯接地电流在线监测装置。该设备在国内投运超过300个站，投运数量超过1000套，具备自主知识产权专利及国网电科院的型式试验报告，具体可见附件。引发变压器故障有多方面的原因，并且变压器的故障类型也有多种类型。有关资料统计表明，因铁心问题造成的故障比例占变压器各类故障的第三位。因此，必须最大限度地预防变压器铁心故障的发生，做到及时发现、及时处理、以确保整个电力系统的安全可靠运行。电力变压器正常运行时，铁心必须有一点可靠接地。若没有接地，则铁心对地的悬浮电位会造成对地断续性击穿放电，铁心一点接地后就消除了形成铁心悬浮电位的可能。但当铁心出现两点及以上接地时，铁心间的不均匀电位就会在接地点之间形成环流，于是反映在接地线上便出现了电流突然增大的现象。根据故障接地点与铁心固定接地点之间阻抗大小的不同，接地线上的电流大小也不同。如下图利用零磁通CT测量变压器铁芯接地线上的电流状况，当发现电流超标，结合油中溶解气体进行故障诊断，向值班人员发出设备运行状态，提出其维修方案。铁芯电流监测原理图变压器铁芯电流监测的安装1)传感器外形尺寸及安装方法 铁芯电流传感器尺寸铁芯电流传感器安装方式在主变铁芯接地铜排处焊接安装支架，用于固定传感器，传感器的固定底板的开孔尺寸如图10-8，然后将接地排穿过传感器内径。传感器底座固定尺寸每套装置可监测1台主变铁心、夹件接地电流情况，技术要求同本技术规范（含现场指导安装、调试）。变压器铁心夹件接地电流在线监测装置技术参数表序号参数类型标准参数值响应值1监测装置型式或型号MD-TIC1.11.1.1数据更新频率≥1次/5分钟≥1次/5分钟1.1.2现场监测装置存放数据量≥2年的监测数据≥2年的监测数据1.21.2.1测量范围1mA-30A1mA-30A1.2.2测量误差±（标准读数×2%+1mA）±（标准读数×2%+1mA）1.2.3测量重复性要求（RSD0≤1%≤1%8.变压器红外成像测温系统在设计电站在线式热成像测温系统时，采用了前端红外热像仪+后端处理软件的系统解决方案。前端红外热像仪+后端处理软件的系统解决方案可进行视频图像的存储，并通过显示器实时显示。前端采集和后端显示分离的设计方式也让工作人员远离危险工作区的现场，在控制室就可以知道设备的运行状态，安全、高效。1）双光监测方式变电站主变监测采用红外光+可见光双光谱监测方式，通过红外光对主变的温度场进行监测，当出现异常温度时就给出告警的信号，提醒工作人员采取有效的措施；可见光监测加以辅助，实时监测视场范围内的情况，使得工作人员能够更为清楚地看到变电站主变的周边情况，做出正确的判定。双光红外热像仪下的主变2）系统组网结构根据变电站各类设备的运行温度要求，结合遥视系统的建设标准与用户现有的网络状况，拟采用以县局或市局为监控中心，搭建星型以太网，各变电站与监控中心之间具备至少2M以上传输带宽，可以实时传输4路动态图像并在监控画面中叠加当前设备温度数值。系统组网结构拓扑图如下所示：变电站远程红外测温系统组网主要包括两层结构：监控控中心层前端监控点层监控中心层主要包括：监控终端、流媒体服务器、交换机、网桥池等设备。其中的核心设备、监控终端软件等均采用模块化设计，方便日后系统升级与扩容。集控中心层是遥视系统与监控人员直接的接口。监控人员只需通过监控终端就可以完成其授权范围内的全部监控任务，如实时音视频监视、语音对讲和监听（需增加相应设备）、监控设备操纵，录像回放、历史数据检索、报警处理等。前端监控点层主要包括：网桥、交换机、硬盘录像机、摄像机、红外测温仪、承载云台等设备。硬盘录像机完成前端变电站的运行设备温度、视频等数据的集和监控设备的操纵，如云台、镜头和各种开关量的控制。硬盘录像机采用业内主流技术，与各种网络系统之间具备良好的互通性和兼容性。监控点主要包括摄像机、红外测温仪等，主要完成视频和各种报警传感器信息量的采集、并将各种信息流媒体至硬盘录像机。3）系统功能与特点前端监控点采用硬盘录像机做为录像与接入控制设备，除具有远程自动测温功能外还具备完整的遥视功能。能够实现云镜控制、报警接入、和远程传输、远程监控、远程配置管理等多重功能；设备采用嵌入式操作系统，具备硬件看门狗设计，实现了防止系统死机的功能，能够保证持续稳定工作。前端监控点硬盘录像机的功能简介如下：先进的视音频技术H.264高质量视频编码，G.729音频编码，具备1、4、6、9、16路音频和视频同步压缩和传输的功能。采用CIF分辨率(352×288)视频编码，同时支持CIF和QCIF分辨率，全帧速播放模式：25帧/秒。（另有D1分辨率设备可选）视频编码码率可在线调节，可适应低速传输的32Kbps，Cif(352×288)视频分辨率，带宽范围128Kbps～768Kbps；在图像随机信噪比大于或等于38dB的情况下、CIF分辨率的画质下，传输码率占用带宽不超过512Kbps。独特的报警自持功能；前端监控点的报警联动功能不依靠监控中心设备的控制，当视频监控系统传输网络出现问题时，前端监控点的报警联动仍能正常使用。超强的网络功能能够根据网络带宽和传输质量灵活地在线设置视频参数，包括帧率、码率、分辨率，能够在线设置网络传输协议，保证最佳的视频传输质量；支持固定内网和外网IP地址和动态IP地址，传输端口可自由设定支持网络防火墙和路由器穿透；支持图像集中传输、转发，保证在低带宽情况下多用户同时浏览一个监控目标。远程控制功能可在监控中心控制测温云台，实现手动测温、自动测温、定时测温等。接受分控监控终端或主控终端发出的指令，可以进行镜头聚焦、近景/远景、光圈调节，云台上下、左右、预置位调用和自动巡视并可以按照时间段进行巡视的灵活设定等控制。能够控制现场照明设备和报警设备。系统支持软件方式对系统进行自动布撤防控制，布撤防时间、布撤防范围可灵活设定。系统同时支持在前台监控区域，可以手动进行布防或撤防控制。其他具有WatchDog功能，错误自恢复能力远程WEB方式配置、诊断和维护，无须到现场高可靠、全功能一体化设备