智能变压器状态在线监测技术方案Word文档下载推荐.docx

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（1）根据气体含量变化判断；

（2）根据气体含量比值变化判断；

（3）根据总烃及产气速率变化判断；

（4）根据T（过热）D（放电）图列故障发展趋势判断；

（5）根据气体变化对故障热点温度判断；

（6）根据气体变化总烃安伏法对故障回路判断等等。

其中，根据电力变压器油中特征气体变化来判断变压器内部故障是气相色谱分析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。

为保证所选取油样是变压器典型且比较干净油样，一般建议从变压器中部取油，底部回油。

图2-1为常用变压器取油阀和回油阀示意图。

图2-1主变油色谱安装位置示意图

图2-2、2-3为油阀两种标准接口，油阀球阀和油阀蝶阀：

图2-2注油球阀尺寸图2-3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油阀，放适量油以便挤走油管中空气和杂物，以主设备一端出柱状油样为宜，然后将此油管接到主设备进油接口处，注意对接后密封性能，防止有漏油现象。

注：

单根油管长度在10米内为宜。

图2-4为脱气装置端安装示意图：

图2-4脱气装置端安装示意图

图2-5为油中溶解气体安装示意图：

图2-5油色谱安装示意图

2、铁芯接地电流

引发变压器故障有多方面原因，并且变压器故障类型也有多种类型。

有关资料统计表明，因铁心问题造成故障比例占变压器各类故障第三位。

因此，必须最大限度地预防变压器铁心故障发生，做到及时发现、及时处理、以确保整个电力系统安全可靠运行。

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可能。

但当铁心出现两点及以上接地时，铁心间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现象。

根据故障接地点及铁心固定接地点之间阻抗大小不同，接地线上电流大小也不同。

如图2-6利用零磁通CT测量变压器铁芯接地线上电流状况，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。

图2-6铁芯电流监测原理图

变压器铁芯电流监测安装

1）传感器外形尺寸及安装方法

图2-7铁芯电流传感器尺寸

图2-8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，传感器固定底板开孔尺寸如图2-9，然后将接地排穿过传感器内径。

图2-9传感器底座固定尺寸

3）安装示意图

图2-10铁芯电流传感器安装示意图

3、变压器局放监测

随着电力系统发展和电压等级提高，局部放电已经成为电力变压器绝缘劣化重要原因，因而局部放电监测和评价也就成为绝缘状况监测重要手段。

局部放电监测都是以局放所产生各种现象为依据，通过能表述该现象物理量来表征局放状态。

（1）局部放电监测方法

目前，关于变压器局放状态监测流行方法主要有UHF法和脉冲电流法两种方法。

UHF法监测局放是指：

当电力变压器内部发生局部放电时，将会向外辐射出特高频（UltraHighFrequency，下文简写为UHF）电磁波因此，通过检测电力变压器内部是否存在UHF信号，可以判断电力变压器内部是否发生局部放电。

脉冲电流法监测局放是指：

在电力变压器局放过程中会产生电脉冲、电磁辐射、超声波、光以及生成一些新生成物，利用套管导电杆对末屏电容耦合作用获取脉冲电流信号，从高压套管和套管末屏接地线采集到脉冲电流信号以后，采用时域差分法和脉冲极性鉴别法等方法来抵抗外部干扰，提高信噪比。

由于利用脉冲电流法进行局部放电监测需要从主变套管末屏引线出来，存在一定安全隐患，考虑到主变安全问题国网现在提倡利用UHF方法进行检测。

变压器局部放电监测传感器主要有两种，一种是内置式UHF传感器，一种是油阀式UHF传感器。

内置式传感器是指镶嵌在变压器人孔或者手孔盖板内传感器，油阀式传感器是指安装在变压器抽油阀处传感器。

其安装尺寸如图2-11、图2-12所示。

图2-11内置式传感器人孔安装尺寸图2-12油阀式传感器

图2-13内置式传感器安装示意图图2-14油阀式传感器安装示意图

4、变压器套管在线监测

介质损耗因数（即介质损耗角正切值tanδ）及电容值作为变压器套管绝缘状况必要指标之一，是预防性试验及绝缘在线监测重要内容。

近年来，随着计算机技术、传感器技术以及数字信号处理技术发展，谐振法、伏安法、电桥法等传统模拟测量方法逐步被数字测量方法替代，介损精确测量及快速数字测量受到了国内外研究及工程领域广泛关注。

利用离散傅里叶变换（discreteFouriertransform，DFT）对试品电压和电流信号进行谐波分析，得到两者基波，再求出介质损耗角。

该方法硬件电路简单、测量精度高、抗干扰能力强，克服了高次谐波影响。

谐波分析法把对波形处理放在后期软件程序中进行，简化了硬件线路和结构，提高了系统可靠性。

由于电网频率不稳，加之同步采样环节误差，造成对采样信号做DFT时产生较大误差，所以在对信号DFT计算时应采取相应措施尽量消除频谱泄漏和栅栏效应带来误差。

变压器套管监测是指通过监测套管末屏电流来监测套管绝缘状况以及电容值。

套管监测单元利用采集到末屏泄露电流进行计算，套管监测单元安装在变压器箱壁上或者固定在变压器附近立柱上。

图2-15本地采集单元安装示意图

套管监测单元外形如图2-16所示。

图2-16套管监测本地电流采集单元

变压器套管监测单元支架加工示意图：

图2-17套管监测单元工字架加工尺寸

343×

328mm尺寸为套管监测单元安装孔尺寸，A尺寸是根据实际确认但不小于机箱尺寸（机箱尺寸：

400×

300×

210mm），套管监测单元箱外形尺寸图如图2-18所示：

图2-18套管监测单元尺寸

5、变压器绕组温度监测

变压器油温关系到变压器绝缘材料寿命，当变压器内有机绝缘材料老化时，其机械强度降低，无法承受正常工作外力。

最终导致变压器发生电气故障，无法工作。

对于按照GB1094设计变压器，在热点温度98℃下相对热老化率为1。

此热点温度及“在环境温度为20℃和热点温升为78K下运行”相对应。

相对老化率定义为：

此函数表示相对老化率随热点温度变化规律，从公式中可以看出温度每增加6度，相对老化率增加一倍。

图2-19变压器油温监测示意图

6、变压器冷却系统监测

变压器风冷却器通常是用潜油泵强迫油循环使油及冷却介质空气进行热交换冷却器，它由冷却器本体、潜油泵、风扇电动机、导风筒、流速继电器、冷却器支架（或拉杆）、联管、活门及塞子、分控箱等组成。

风冷却器本体为一组带有螺旋肋片金属管，两端各有一个集油室，金属管端部在集油室多孔板上。

由于冷却器是多回路，在集油室内焊有隔板，用以形成多回路油循环路径。

潜油泵装在本体下方，导风筒在本体外侧，风扇电动机装在风筒内，流速继电器装在潜油泵出油端联管上，如果油流速低于规定速度，流速继电器可自动发出报警信号。

每台变压器有一个总控制箱，每组冷却器装一个分控制箱，可以控制油泵和风扇自动投入或切除。

智能冷却控制系统以变压器顶层温度和负荷大小为判据，按一定控制逻辑对风扇和油泵回路进行控制，实现对冷却器组自动投切，以保证变压器安全运行，并对冷却器风机、油泵、油流继电器、供电电源、变频器、自动化检测元件等进行实时监测并故障报警。

在测控系统平台上，通过串行通讯接口及智能组件通信，利用智能组件程序实现变压器冷却器组远程自动投切。

手动操作仅在必要时使用，一般用来方便检修人员在投运前检查每组冷却器组运行状况及变压器运行时检修，手动控制方式完全独立于自动控制部分，不受智能组件冷却控制器影响。

7、变压器有载调压

变压器存在阻抗，在功率传输中，将产生电压降，并随着用户侧负荷变化而变化。

系统电压波动加上用户侧负荷变化将引起电压较大变动。

在实现无功功率就地平衡前提下，当电压变动超过定值时，有载调压变压器在一定延时后会动作，对电压进行调整，并保持电压稳定。

变压器运行过程中需要根据运行情况调整电压，其基本原理是从变压器某一侧线圈中引出若干分接头，通过有载分接开关，在不切断负荷电流情况下，由一分接头切换到另一分接头，以变换有效匝数，达到调节电压目。

我国目前普遍采用机械式调压分接开关。

变压器有载分接开关和消弧线圈有载分接开关控制原理基本一致，其控制分为“升”、“降”、“停”、“公共端”，控制模式分为远方和就地。

图2-20有载分接开关控制示意图

8、变压器非电量保护系统

由于变压器发生故障时造成影响很大，为提高电力系统安全运行水平，电力变压器保护配置必须非常完善。

电量保护固然重要，非电量保护亦不可忽视。

故除应配置相过流保护、零序过流保护、阻抗保护、间隙过流和间隙过压保护、过负荷保护等电量保护外，反应变压器本体内部故障非电量保护也必须引起足够重视，如：

变压器瓦斯保护、压力释放、变压器油温、油位等，作为变压器故障或异常报警非电量保护亦非常重要。

非电量保护，顾名思义就是指由非电气量反映故障动作或发信保护，一般是指保护判据不是电量（电流、电压、频率、阻抗等），而是非电量，如瓦斯保护（通过油速整定）、温度保护（通过温度高低）、防暴保护（压力）、油位保护等。

主变压器非电量保护由保护装置、电气回路及安装在变压器上非电量保护元件组成。

保护元件包括气体继电器、压力释放阀、油压突变继电器、油位指示器、油温度控制器、绕组温度控制器等。

9、变压器寿命预测

目前应用电力变压器主要是油浸式变压器。

其组成大体可分为外壳，绝缘油，固体绝缘材料，铁芯，线圈和夹件等。

其中，油和绝缘材料比较容易老化。

但变压器油可以定期过滤，更换。

因此，变压器正常使用寿命主要由固体绝缘材料决定。

我们计算绝缘材料寿命就是变压器寿命。

当变压器内有机绝缘材料老化时，其机械强度降低，无法承受正常工作外力。

10、变压器负载分析

变压器绝缘寿命通常为20~30年，在此期间变压器可承受电力系统中各种过电压、过电流和长时间运行电压。

变压器绝缘老化及负荷和冷却介质温度有密切关系，变压器负荷高或冷却介质温度高，导致绝缘温度高、绝缘老化加速、绝缘寿命缩短。

变压器在运行中，负荷和冷却介质温度随着时间和季节变化而波动，特别是负荷曲线上高峰时段，有可能出现过负荷运行。

过负荷运行时间一般较短。

所谓正常过负荷，就是在一个时间周期（通常是24h）内，过负荷时绝缘寿命过度损失可由其他负荷较轻时间来补偿，在这种情况下可认为是及正常环境温度下施加额定负载时是等效，变压器可长期安全运行。

电力系统中发生事故时，由于系统中负荷重新分配，将有可能出现部分变压器负荷严重超过额定值或过负荷持续较长时间情况。

这时，为了向电力用户输送不间断电力，变压器绝缘寿命可能会有一个不长时间加速损耗，但只要不导致变压器故障，这种“加速损耗”是值得。

变压器事故过负荷会牺牲绝缘部分“正常寿命”不能作为变压器正常过负荷能力。

三、智能变压器组件柜

1、智能组件柜配置

变压器智能组件柜内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±

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，保证智能组件柜中电子元件光电信号稳定传输。

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紧固件。

完全户外保护配置。

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阻燃保温层，应对恶劣天气气候条件下（-40℃～55℃），保证机柜内部温度26℃～30℃，并且可以比普通机柜节省75%温控能源。

10、防凝露性能

优良保温性能和IP防护性能，保证机柜在东北地区日温差高达35℃条件下，机柜金属板壁上无冷凝水和结霜可能。

11、智能组件柜外形尺寸

图3-1为两种智能组件柜外形尺寸：

图3-1智能组件柜外形尺寸