7、ZS-BD-101变压器智慧综合在线监测系统

一、智能变电站在线监测的意义及前景

随着电网建设规模的扩大，高压一次设备数量越来越多，带来的检修量也越来越大。对高压一次设备的重要参数进行长期连续的在线监测，不仅可以准确、实时地反映设备的运行状态，而且还能分析各种重要参数的变化趋势，预测使用寿命，判断是否存在故障的先兆，为检修决策提供依据，从而延长设备的维修保养周期，提高设备的利用率，减少维修保养的费用，形成一套融故障检修、定期检修、状态检修和主动检修为一体的、优化的综合检修方式，以提高电力系统运行的可靠性并降低电力成本。

电网对于重要的一次设备的要求越来越高，对其实施在线监测及时发现故障的征兆必将是以后发展的趋势，在线监测技术也必然会得到越来越广泛的应用。本公司的智能变电站综合在线监测产品以此为背景，将变压器油色谱在线监测系统、变压器铁芯接地在线监测系统、变压器中性点直流偏磁在线监测系统、局放在线监测系统、套管绝缘在线监测系统等进行实时连续的监测，实时监测高压设备的运行状态，通过提取断路器的各个重要参数，建立标准的状态监测模型和完善的诊断系统，对采集到数据进行分析诊断，通过以太网把数据传送到数据服务器，实现本地化、远程网络化、监测与预警自动化，快速而又精准的对设备的问题进行定位，为运行调度和检修人员提供快速、准确的信息，推动智能电网升级改造。

二、智能变电站在线监测系统总体架构

三、系统介绍

 3.1变电站综合在线监控平台（UNIX平台）

 

3.1.1概述

智能变电站在线监控平台（UNIX平台）采用面向对象技术进行系统设计，软件采用C++、TCP/IP、SQL、MOTIF、QT等国际标准，可为操作人员提供友好的图形操作界面，能够在变电站电气接线图中反映出被监测设备的分布情况和监测参数的异常情况，提供各种比例尺度的曲线及表格。利用提供的曲线图谱可有效地反映出状态参数的变化趋势，并可通过表格形式查询出精确的监测结果。具有很好的开放性。该系统可广泛应用于各种电压等级的变电站和集控中心。

3.1.2系统特点

（1）遵循国际标准，满足开放性要求

采用符合POSIX和OSF标准的UNIX操作系统, 数据库访问语言采用满足ANSI标准的SQL语言和C/C++语言函数接口, 人机界面采用OSF/Motif标准和QT, 网络通信采用TCP/IP协议。

（2）网络体系结构

所有功能采用Client/Server模式分布于网络中, 网络中的任何一台机器都可在线同时访问到系统中的所有功能, 实现完全意义上的功能分布, 真正做到与地理位置无关。 虽然各个功能是分布在各个不同机器上的, 但在任何一台机器上都可以访问到所有功能, 就象访问本地功能一样。

（3）数据库采用实时数据库和商用数据库相结合的方式:

既满足实时性的要求, 又具有商用数据库的特性, 便于保存大量的历史数据和各种管理信息、设备信息方便地与地理信息等其它系统实现信息共享。

（4）采用目前国际上流行的面向对象的设计思想和编程技术:

编程语言采用C/C++, 数据库以电力系统中各种设备为对象进行设计, 便于电力系统模型的建立和高级应用软件的计算和处理。

（5）图形系统

可制作多层多平面的地理信息图和电网接线图, 具有导游功能, 并可多屏显示, AM/FM功能快速简洁, 界面友好、风格统一、便于使用和维护。具有图形制导录入数据库功能，可在图形上直观地根据图形上的设备, 如变压器监测、变电设备监测、GIS监测等把相应的遥信、遥测参数录入到数据库中。

（6）具有智能的网络管理功能

无论用于使用单网还是双网, 低速网还是高速网, 是FDDI还是ATM网, 系统都能自动适应, 并自动检测网络运行情况和网络流量的分布情况, 保证网络高速可靠运行。

（7）具有处理微机保护信息的功能:

可远程查询、修改保护定值, 远程取测量值, 处理保护告警等。

（8）先进的前置接收系统

采用终端服务器方式接收RTU信息, 终端服务器直接挂在网上, 通过网络与后台机相互交换信息, 完全实现双机双通道切换。

（9）具有远程诊断服务功能

可在远地对用户系统进行维护, 修改程序等, 对用户要求做到及时响应。

（10）配置手段灵活

用户可根据自己情况和功能要求任意增减工作站, 任意组合多种功能, 所有功能都以模块化封装, 可以独占一台机器, 也可以分布在几台机器上。

（11）扩充性好

支撑平台采用国际标准进行开发, 所有功能模块之间接口标准统一, 提供程序级的数据库接口和图形接口, 便于增加各种新功能和使用商用工具。

（12）丰富的应用管理工具

无论管理用户还是管理外设、管理网络都提供了可视化图形界面, 免除用户敲命令行的烦恼。

油中气体监测

3.2\ZS-BD-101变压器油色谱在线监测系统

 

3.2.1概述

变压器油色谱在线监测系统（多组分原理）是基于气相色谱技术的变压器油中多组分气体在线监测产品。系统能按设定周期在线检测出变压器油中溶解H2、CO、CO2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6等全组分气体的含量，可通过专家系统判断是否存在潜伏性故障，是过热性故障还是放电性故障，并按设定的报警值进行报警。 变压器油中溶解气体监测装置能通过站控层网络将油中溶解气体在线监测信息按IEC61850标准组织上送后台软件。

装置采用分布式控制采样技术，具有自诊断、自恢复功能。各功能模件耦合弱，功能独立，采用机架式架构，便于工程维护。

3.2.2系统特点

Ø 能检测出变压器油中H₂、CO、CO_2、CH₄、C₂H₂、C₂H₄、C₂H₆等七种以上的气体及微水含   量，并能上传谱图, 谱图等原始数据对用户完全开放；

Ø 采用专用复合色谱柱，提高气体组分的分离度；

Ø 分析后的油样采用脱气和缓冲处理技术，消除回注变压器本体的油样中夹杂的气泡，多层隔离式回注油（返油）技术，绝对保证载气不会带进变压器本体中；

Ø 系统具备二级气体阀值报警及增长率报警功能，报警浓度和增长率可任意设定；                              

Ø 采用以太网方式，可实现全数字、远程数据传输、控制和参数设置；

Ø 可扩展性高，可便捷的与其它监测装置集成；

3.2.3主要技术参数

序号	技术参数名称	提供值
1	装置型号
2	工作环境温度	-40℃～＋65℃
3	工作环境湿度	相对湿度5～95%（装置内部既无凝露，也不应结冰）
4	大气压力	70kPa～110kPa
5	工作电源	AC 220 V±10% ， 50Hz
6	监测组分	H2、 CO、 CO2、 CH4、 C2H4、 C2H2、 C2H6等7种气体组分及总烃、相对增长率及绝对增长速度； 油中微水监测可选
7	分析诊断功能	通过改良三比值法、大卫三角法及立方体图示法对监测数据进行分析、诊断，并提供原始谱图
8	较小检测周期	40-60分钟，可由用户自行设定，默认24小时
9	取样方式	循环取样，真实地反映变压器油中气体真实情况
10	油气分离方式	真空脱气法
11	数据存储周期	≥ 10 年
12	配备载气量	气源发生器（免维护）或钢瓶载气（不定期更换）
13	监测气体	测量范围	较低检测
1）	H2	1 ～ 2000 ppm	1 ppm
2）	CO、 CO2	1 ～ 10000 ppm	5 ppm
3）	CH4	0.1 ～ 2000 ppm	0.1-0.5 ppm
4）	C2H4	0.1 ～ 2000 ppm	0.1-0.5 ppm
5）	C2H6	0.1 ～ 2000 ppm	0.1 -0.5 ppm
6）	C2H2	0.1 ～ 500 ppm	0.1-0.5 ppm
7）	H2O（可选）	1 ～ 800 ppm
8）	总烃	1 ～ 8000 ppm
14	稳定性（测量偏差）	同一试验条件下对同一油样的监测结果偏差不超过 10%（中等浓度）

3.2\ZS-BD-102 变压器铁芯接地在线监测系统

3.2.1概述

 变压器铁芯接地在线监测系统采用高精度电流传感器，安装在铁心接地引下线上，通过对铁心接地电流的监测，能及时发现内部绝缘受潮或受损、铁心多点接地、箱体内异物、油箱油泥沉积等故障，对事故做到早预防早处理，减少停电时间，提高供电可靠率。主要应用于高压变电站、变电所、发电厂对运行中的变压器铁心接地电流进行监测，超值报警。

3.2.2系统特点

Ø 采用穿芯式互感器，与二次回路完全隔离，安全性高；

Ø 采用分布式测量结构，即就地测量、数字传输；

Ø 可带电安装，即不需要主设备停电安装，方便、快捷的接入系统；

Ø 异常情况的自动报警功能,监测故障和通信中断等；

Ø 带外设接口，支持本地显示功能；

Ø 采用数字滤波方法，摈除模拟滤波器带来的“零漂问题”；

Ø 采用双量程高精度有源零磁通传感器，根据被测量电流大小智能选择测量互感器及放大倍数，解决了宽范围高精度测量难题；

Ø 支持长时间本地历史数据存储，可供本地数据分析，远方数据召唤使用，数据可备份；

Ø 具有掉电保护功能，能够保存配置信息、历史数据和告警信息；

Ø 具备SNTP时间同步对时功能；

Ø 具有现场温湿度测量功能并能上传后台软件，丰富了监测信息，运行人员在后台能看到现场温湿度的连续变化信息。

3.2.3主要技术参数

Ø 泄漏电流测量范围：0～30A；

Ø 测量精度：±0.5%或±0.1mA；

Ø 系统频率：46～60Hz；

Ø 采样周期：≤5S（可设置）；

Ø 通信接口：IEC61850、RS485；

Ø 系统设计使用寿命：10年。

3.3\ZS-BD-103变压器中性点直流偏磁在线监测系统

3.3.1概述

变压器直流偏磁在线监测装置用于监测变压器中性点接地电流直流和交流分量，可实现对变压器中性点接地电流进行连续、在线监测，通过监测变压器中性点直流偏磁可以有效实时监控变压器的损耗情况，对变压器事故做到早预防早处理。更重要的是能为此类设备的状态检修提供可靠的数据依据。其工作原理为：

系统采用高精度穿心开口式霍尔传感器将变压器中性点上的接地电流信号转换为电压信号，电压信号进入信号调理电路，信号调理电路根据电压大小自动切换量程，较后进入以DSP为处理核心的信号测量板，该信号测量板选用高性能的32位数字处理芯片DSP为核心处理器。变压器中性点接地电流中伴有现场的干扰信号，计算时首先要把这些干扰信号剔除掉。传统的方法是使用模拟滤波器将干扰信号除掉，但模拟滤波器易受环境温度、湿度影响，且随着时间的变化易产生零漂等现象，从而引入新的“干扰”。而DSP强大数字计算功能可以使用数字滤波算法代替原来的模拟滤波算法。数字滤波算法不受温度、湿度等环境影响且零漂移，可以完美的解决模拟滤波器带来的各种问题。信号测量板将变压器中性点的接地电流计算出来后通过数字总线上传到间隔层监测IED。间隔层IED采用统一的嵌入式平台实现分析判断、报警和远传数据等功能。通过监测运行中变压器中性点接地电流的大小，自动判断变压器直流偏磁现象，从而辅助监测、分析变压器噪声增加，变压器油顶层温升、铁芯温升和绕组热点温升的增加而引发的一系列变压器故障，确保电力变压器安全运行。

3.3.2技术特点

采用开口式穿心式互感器，且不改变中性点结构，与二次回路完全隔离，安全性高

采用分布式测量结构，即就地测量、数字传输，规约符合DL/T860标准

可带电安装，即不需要主设备停电安装，方便、快捷的接入系统

采用数字滤波方法，摈除模拟滤波器带来的“零漂问题”

采用高精度霍尔传感器，通过对被测电流大小智能选择调理电路及放大倍数，有效提高测量精度

系统具备报警值阀值设置，超过该值能在系统后台显示报警信息，采集到的数据能直接录入PMS2.0，并能通过PMS2.0实时查询。

3.3.3主要技术指标

适用变压器等级：110kV ～1000 kV

测量值：直流（平均值）电流、交直流有效值

电流测量范围：交直流电流，峰值0~±200A

分辨率：0.05%

数据存储类别：时间、电流

数据存储量：90天

系统容量：就地模块80个

CAN网结构，网络速率为：＜500Kbps

RS485结构，网络速率为： ≤2400bps

系统生存周期为10年以上

3.3.4系统架构图

 

3.4\ZS-BD-104 GIS局放在线监测系统

1、概述

油浸式纸变压器绝缘结构中的某些部位受到了过高的电场强度作用会发生局部放电，例如，匝绝缘的导线表面有尖角、毛刺，或者油箱及某些金属结构件出现尖角等。此外，线匝间、线匝与垫块接触处，均存在“楔形”油隙，其击穿强度较低，在工艺上对这些部位处理不当，也会产生局部放电。故障统计数据表明：变压器绝缘故障常常起源于局部放电造成的油纸绝缘老化。局部放电对变压器绝缘系统的影响通常表现为以下几个方面：

1）局部放电过程中产生的带电粒子（电子、离子等）冲击绝缘，破坏其分子结构，如使纤维断裂，绝缘受到损伤。

2）由于带电粒子的撞击作用，使该处绝缘出现局部温度升高，从而易引起绝缘的过热，严重时就会出现炭化。

3）局部放电产生的臭氧（O3）及氮的氧化物（NO、NO2）会侵蚀绝缘。当遇有水分时，则产生硝酸，它对绝缘的侵蚀更为剧烈。

4）在局部放电时，因电解及电极的肖特基辐射效应，变压器油发生分解，加上油中原来存在杂质，故易使纸层处凝集着因聚合作用而生成的油泥，这将使绝缘的tanδ值激增，散热能力降低，甚至有导致发生热击穿的可能性。

5）局部放电产生的紫外线、软x射线和γ射线等辐射，促使绝缘材料变质。

6）局部放电过程中断续地爆破性放电和放电产生的高压气体及冲击波等产生的机械应力，也会造成绝缘的劣化。

变压器局部放电过程中会产生电脉冲、电磁辐射、超声波、光以及产生一些新的生成物，并引起局部过热。因此，相应地出现了电脉冲检测法、超声波检测法、光测法、红外检测法等多种检测方法，其中脉冲电流法和超声波检测法应用较为广泛。脉冲电流法是目前国际上唯一有标准的局部放电检测方法，尽管测量频率低、频带窄、信息量少，但依据IEC 60270标准进行测量，所得数据具有可比性，目前是不可替代的。随着科技的发展，信号分析技术（神经网络、指纹分析、专家系统、模糊诊断、分形等）越来越多地应用到变压器局部放电检测中，对那些按IEC 60270标准测量得到的放电数据，进行模式识别和绝缘剩余寿命评估，推动了局部放电检测技术的发展。

射频检测给我们提供了一条新的途径——可以通过检测远高于传统测量频率的局部放电信号来对电力变压器进行诊断，消除干扰的影响，从而实现局部放电脉冲信号的精确提取。

近几年发展起来的超高频（Ultra-High-Frequency）检测法就是该思路的发展，利用超高频法研究变压器的局部放电，克服了传统的脉冲电流法测量频率低、频带窄的缺点，可以较全面地研究局部放电的本征特征。尽管近年来对变压器局部放电进行超高频检测还处于初步探索阶段，但由于它的一系列潜在的显著优点，因而在局部放电检测（特别是在线监测）中将有广阔的前景。超高频检测和数字化测量两者的结合，在未来的变压器局部放电检测中将会发挥重要作用。

2、系统功能

1） 通过安装在变压器放油阀或者人孔盖板上的超高频传感器对变压器内部的局部放电现象进行实时的在线监测，监测到的局部放电信号通过高频电缆线实时传输到现场信号处理系统，对监测信号进行降频、变频、抽样、比较、除干扰等处理判定，形成运行局放量风险评估报告，直接上传到现场后台监控系统或者远传到远程监控中心。当监测到的信号被判定为可能是局部放电信号时，本系统能够智能跟踪本次判定结果，对监测的信号进行多次、反复跟踪判定。当监测到的信号确定为局放信号时，本系统能够自动发出声光报警信号提示监控人员并对监测到的局放信号进行类型判定。

2) 为了提高本系统监测运行的可靠性，防止本系统在监测过程由于外界背景噪音干扰造成误报警现象，本系统设置了外界噪音检测功能。在局部放电监测过程中，往往会被外界的一些高频信号干扰监测结果，造成误报警现象，为了解决这个问题，系统设置了外界噪音监测功能，通过外界噪音监测可以监测变压器周围环境中的一切外界干扰信号，例如：手机信号、雷达信号、载波信号、发动机信号等一切对局放信号来说视为噪音信号的信号，通过综合判定监测的这些噪音信号，可以判定局放传感器监测结果是否受到了外界噪音信号的干扰，同时通过外界噪音监测功能也可以自动排除局放传感器里面的噪音干扰信号。从而大大提高了本监测系统的可靠性，解决了系统的误报问题。

3) 本系统设置了远程通信功能，把主机处理的运行状态评估结果远程到后台系统及远程监控系统，解决了变电站远程监控问题。

3、系统主要硬件组成及参数

变压器局部放电在线监测系统主要由油阀式超高频传感器或者人孔式超高频传感器、背景噪音传感器、局放分析IED、现场综合监控柜、电脑等辅材组成。具体的硬件参数及外形见下逐一介绍。

油阀式超高频传感器:

项目	参数
采集频率	300 MHz～2000MHz
灵敏度	10PC
阻抗匹配	50[Ω]
测量范围	10PC-10000PC
输出接头	N型
外壳材料	304钢
工作温度范围	10℃-230℃
防护等级	IP65

 

油阀式超高频传感器

     背景噪音传感器:

背景噪音传感器

变压器局放监测IED

项目	参数
电 源	AC 220V / 50Hz（±10%）
采集频率	500～1500MHz
灵敏度	10 PC
IED通道	4个
实时采样带宽	20MHZ
扫描时间级别	纳秒级
通信	485或者IEC61850
运行温度	-25℃-70℃
运行湿度	5%-100%
检测接口	N型
尺寸	482mm*88mm*320mm（标注2U）
防护等级	IP54

变压器局放监测IED

 

 

3.5\ZS-BD-105套管绝缘在线监测系统

3.5.1监测意义   

高压套管两端存在交流电压时，绝缘体内部的介质会产生极化，固定电荷产生重新分布，或者正负电荷中心产生偏移。由于交流电的正负极性在不断的改变，这种电荷的重新分布也在不停的进行，称为充放电过程。充放电过程是有电流流动的，我们把这种电流称为容性电流。理想状态下，容性电流流动只产生能量的转移，而没有能量的损耗，所以在这个过程中没有热量的产生。但实际的情况是，在电场的作用下绝缘体会将一部分电能不可逆转地变成热量而被损耗掉，这种损耗称为介质损耗。如果介质损耗很大，由电能转变的热能就越多，会使电介质温度升高，逐渐发热老化（发脆、分解等）。如果温度不断上升，甚至可能将电介质熔化、烧焦，丧失绝缘性能，导致热击穿。电介质损耗的大小是衡量绝缘性能的一项重要指标。变压器套管绝缘在线监测装置用于对主变三相套管的介损连续测量。监测单元是将传感器和数据处理为一体化结构，采用一匝穿芯式传感技术，对外输出的是数字量。

通过分析监测数据可及时发现变压器潜在的故障并为状态检修提供重要的数据依据，为电力系统安全、可靠、稳定、经济的运行提供了一个强力、可靠的保证，为运行检修人员提供可靠的设备绝缘信息和科学的检修依据，从而达到减少事故发生，延长检修间隔，减少停电检修次数和时间，提高设备利用率和整体经济效益的目的。      

3.5.2容性设备监测装置技术参数

 

 

 

根据变压器套管的末屏结构，提出相配合的连接方式，制作出相配合的连接件。采集单元内部加入相应的限压保护电路及雷电冲击保护电路等。具有良好的屏蔽保护作用，避免引入外界干扰信号。

● 泄露电流测量范围：0.1mA—1000mA

● 泄露电流测量准确度：±（0.5%读数+0.01mA）

● 电容测量范围：100pF—50000pF

● 电容测量准确度：±1%读数

● 介质损耗测量范围：0.1％－30％

● 介质损耗测量准确度：±（1%读数+0.0005mA）

● 装置防水等级：IP55  

3.5.3 电压采集装置技术参数                               

● 系统电压监测范围：35kV—1000kV

● 系统电压测量准确度：±0.2%读数

● 系统频率测量范围：45-65Hz

● 系统频率测量准确度：±0.002Hz

● 3、5、7、9次谐波测量准确度：±1.0%读数

● 装置防水等级：IP55  

3.5.4智能在线监测IED

智能在线监测IED安装在变电站电气设备的运行现场，每三台变压器（单相变压器）安装一套，该单元可就地监测变压器套管的绝缘特征参量，通过计算处理把测量结果就地显示并以数字方式通过通讯总线，传送到变电站的后台服务器。该单元须在已有的电流信号采集通道及PT电压信号采集通道基础上，附加1路温度采集通道，对监测数据进行实时修正，从而综合分析采集信息，精确反映套管绝缘状况。该单元具有长期工作的稳定性，且能有效抑制谐波干扰的影响。

可选择RS485/ RS232/USB/光口等接口，亦需有多种通讯规约可选，如Modbus RTU、IEC61850等。较终可在后台服务器上实现所有现场变压器套管绝缘状况的综合分析、集中监控。

3.5.5安装说明

监测单元的安装根据主变的外形来确定安装位置、设计安装支架。

装置直接安装在主变本体上，可以安装在主变的顶部，将固定支架安装在理套管较近的位置，这样可以使得末屏接地线长度较短，设备通讯线接入主变端子箱中，预留通讯端口。

也可以安装在主变的底部，这样可以方便设备的安装调试和维护，就是末屏接地线会较长。用户可以根据实际情况合理选择安装位置。