CN103199621B - 智能变电站电力变压器在线监测组网 - Google Patents

智能变电站电力变压器在线监测组网 Download PDF

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Abstract

本发明揭示了一种智能变电站电力变压器在线监测组网，其综合考虑当前电力变压器所有在线监测项目：油中溶解气体和微水在线监测、套管在线监测、绕组光纤测温在线监测元、局部放电在线监测、铁心接地电流在线监测、红外测温在线监测、振动在线监测、变压器负载能力在线监测等，并对其中的每一监测项目基本配置、技术参数等进行全面研究与规定。本发明对智能变电站电力变压器在线监测技术进行了详细研究，全方位地研究了当前国内所有变压器在线监测单元监测原理、监测技术指标，并首次提出和应用变压器负载能力监测单元，对在线监测系统软件功能进行了详细研究，在全省给智能变电站建立起一套完整、规范的电力变压器在线监测系统技术标准。<!--1-->

Description

智能变电站电力变压器在线监测组网
技术领域
本发明涉及电力系统监控系统，更具体的说，涉及变电站电力变压器在线监测的组网。
背景技术
目前全国范围内的电网无在线监测单元技术参数、软硬件配置及系统功能等进行完整、系统的规范约束，各个变电站内的变压器由站内进行监控，无法从整体上把握辖区内每台变压器的工作状况，以工作指令下达。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是实现一种能够智能对辖区内各变电站内的变压器进行在线监测的组网系统。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：智能变电站电力变压器在线监测组网，变电站内的数据通信服务器与站内每个变压器内的监测单元建立通信，并与主站建立通信，所述的监测单元由油中溶解气体及微水监测单元、套管监测单元、绕组温度监测单元、局部放电监测单元、铁心电流监测单元、红外测温监测单元、振动监测单元、变压器增容监测单元中的一个或多个构成。
每个所述的监测单元内设有包括传感器和/或执行器、以及智能组件，所述的传感器和/或执行器是内置或外置于高压设备或其部件，所述的传感器与智能组件之间由模拟信号电缆连接，所述的执行器与智能组件之间由模拟信号电缆或光纤网络连接，所述的智能组件是通过传感器/执行器与电力变压器形成有机整体，输出相关的测量数据至数据通信服务器，同时备份于内部存储器内，并输入控制命令至执行器。
所述的变电站内的数据通信服务器设有显示单元，以及输入控制命令的设备。
利用智能变电站电力变压器在线监测组网的监控方法，监控单元将采集的信号进行监测数据汇集、数据加工处理、标准化数据通讯代理、阈值比较、监测预警；
其中，
油中溶解气体及微水监测单元将传感器周期性采集的H2、CO、CO2、CH4、C2H4、C2H6、C2H2和H2O利用色谱法分析；
套管监测单元利用穿芯式电流互感器周期性采集母线TV电压、母线TV谐波电压、母线TV系统频率、铁心电流；
绕组温度监测单元利用温度传感器周期性采集变压器内部绕组，以及其他监测单元传感器工作时采集该部位温度；
局部放电监测单元利用超声波局部放电监测、超高频局部放电监测或高频局部放电监测实时采集变压器内放电状况；
铁心电流监测单元周期性采集穿心电流互感器取样方式监测铁心接地线上的电流；
红外测温监测单元通过固定式红外监测装置，实现温度的实时在线测量；
振动监测单元通过在变压器三相绕组的高压侧箱壁位置安装振动传感器，实时采集三相绕组的变压器外壳振动；
变压器增容监测单元利用温度传感器周期性采集变压器油温及绕组温度计算变压器的绕组寿命，核算变压器过负荷运行能力；
上述各参数分别与预设安全要求阀值比对，若在安全阀值范围内则输出具体参数值至数据通信服务器，若不在其内则输出具体参数值和报警信号至数据通信服务器。
本发明组网系统及其控制方法具有以下优点：
1）在线监测智能告警分析与辅助决策提示
系统具有分层分类告警，以不同颜色、等级进行告警功能，系统具有不同颜色、等级以及分层分类告警的功能，提供在线监测智能告警窗，告警时窗口自动弹出，在告警状态下窗口中提供相关的辅助决策。根据包含历史数据和各种异常案例的规则库/专家库，进行智能决策，提示异常原因，给出防范和处理意见。
2）状态评价、风险评估和健康水平智能分析
系统通过分析设备中心及监测中心提供的各种资料和信息，根据部件扣分规则和状态评价规则，可以手动对变压器进行离线和在线的评价，生成状态评价报告。系统也可以自动定期进行电力变压器状态评价，评价内容和评价周期可由用户自行设定。
系统可结合状态评价结果、变压器故障案例和相关历史资料信息，从安全、运行、成本等方面，对变压器进行风险评估。根据评估内容、历史趋势分析、状态突变及越限程度，判断变压器的健康水平。健康水平分为四个等级,分别是正常状态、注意状态、异常状态、严重状态。
3）电量、非电量信息同步显示
系统应具备强大丰富的图形展示功能，用户能够根据自己的需要对数据的图形显示结果进行平移、局部放大、缩小以及定制显示效果等多种控制；
可显示电力变压器油中溶解气体及微水，套管、绕组温度、局部放电、铁心电流、红外测温、振动、变压器增容等多项监测项目的监测数据值，并可提供趋势图、棒图、单一数据显示、多数据同时显示等多种显示方式；同一变压器或不同变压器的电量、非电量监测信息可以在同一个坐标图或表格中显示比较。
4）多功能通讯方式与信息传送手段
在线监测系统不仅满足与本地电力变压器监测设备通讯功能，还应满足与远方网省（地市）及大监控中心状态监测系统通讯。通信规约满足IEC61850通信标准，可以专线、网络等方式进行信息传输。
5）可扩展性和二次开发功能
系统具有可扩展性和二次开发功能，可接入的监测装置类型、监视画面、分析报表等不受限制；同时系统的功能亦可扩充，应用软件采用SOA架构，支持状态检测数据分析算法的添加、删除、修改操作，能适应在线监测与运行管理的不断发展。
附图说明
下面对本发明说明书中每幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1为智能变电站电力变压器在线监测组网架构图；
图2为智能变电站电力变压器在线监测组网改造架构图；
图3为智能高级应用流程图；
具体实施方式
参见图1可知，智能变电站电力变压器在线监测组网分成三层构架，顶层为主站1，其主要用于总体监控，一般设于辖区内总监控室内，第二层为数据通信服务器2，其设于各个变电站内，用于采集本变电站内变压器3监控数据，并将数据经网络输送至主站1，第三层为变电站内的各个变压器3，在每个变压器3内部设有若干监控单元，每个监控单元将其负责采集的数据输送至本站内的数据通信服务器2，其采用IEC61850通信标准与数据通信服务器2通信。
参见图2可知，对于改造的智能变电站，考虑当前变压器各类监测单元未统一采用IEC61850通信标准，所以可在变压器3配置综合监测单元12，将监控单元采集的数据统一转换为IEC61850通信标准，发送至数据通信服务器2。
每个变压器3的监控单元可以选择的设有以下一个或多个单元，包括油中溶解气体及微水监测单元4、套管监测单元5、绕组温度监测单元6、局部放电监测单元7、铁心电流监测单元8、红外测温监测单元9、振动监测单元10、变压器增容监测单元11，每个监测单元包括传感器和/或执行器、一级智能组件。传感器/执行器是内置或外置于高压设备或其部件，传感器与智能组件之间通常由模拟信号电缆连接，执行器与智能组件之间由模拟信号电缆或光纤网络连接。智能组件是通过传感器/执行器，与电力变压器形成有机整体，实现相关的测量、控制、计量、监测、保护等全部或部分功能。智能组件实现变压器状态参数的自动采集、信号调理、模数转换盒数据的预处理功能，实现监测参量的就地数字化和缓存。同时备份采集的数据于内部存储器内，且至少可以存储一周的数据。
下面就整个组网的配置通过下表详细说明：
利用智能变电站电力变压器在线监测组网的监控方法，主要是利用各个监控单元进行数据监测，以便及时发现异常：
监测单元由油中溶解气体及微水监测单元4监测量状态量包括H2、CO、CO2、CH4、C2H4、C2H6、C2H2和H2O，检测原理要求采用色谱法。应能根据气体组分和含量、比值和增长率等进行故障诊断；油中溶解气体及微水监测单元4采样时会在同一试验条件下对同一油样连续采样两次，若监测结果间的偏差≤10%则认定数据有效，否则认定无效并发出报警信号，以确保测量数据的稳定性与准确复性，采样周期不大于2h，取油口耐受压力≥0.34MPa；
套管监测单元5的电流取样采用穿芯式电流互感器，能够监测套管的泄漏电流、电容量、介损，传感器的安装不影响套管的安全运行，其周期性采集母线TV电压、母线TV谐波电压、母线TV系统频率、铁心电流，采样周期≤5min；
绕组温度监测单元6利用温度传感器周期性采集变压器内部绕组，以及其他监测单元传感器工作时采集该部位温度；
局部放电监测单元7根据监测原理不同，可分为超声波局部放电监测、超高频局部放电监测和高频局部放电监测三种。超声波局部放电监测是通过安装在变压器表面的超声波传感器监测变压器内部局部放电产生的超声波信号，从而监测变压器内部的局部放电，要求能够测量局部放电超声信号的幅值、相位等信息。并能够对局部放电源进行定位；超高频局部放电监测是通过安装在变压器放油阀或特殊设计的手孔上的超高频传感器，接收局部放电产生的超高频信号，从而监测变压器内部的局部放电。要求能够测量局部放电超声信号的幅值、相位等信息；高频局部放电监测是通过安装在套管末屏或变压器铁心夹件上的宽频带穿心电流传感器采集局部放电产生的脉冲电流信号，接收局部放电产生的超高频信号，从而监测变压器内部的局部放电。要求能够测量局部放电超声信号的幅值、相位等信息。并要求有相应的数据算法，能够排除设备运行环境中的各种噪声信号对测量的干扰。从而实现实时采集变压器内放电状况；
铁心电流监测单元8采用穿心电流互感器取样方式监测铁心接地线上的电流，该传感器安装在铁心接地铜排上，周期性采集铁心接地线上的电流，最小监测周期不大于1min；
红外测温监测单元9通过固定式红外监测装置，实现温度的实时在线测量，具有监测区域设置，定时自动巡检等功能，实现温度的实时在线测量；
振动监测单元10通过在变压器三相绕组的高压侧箱壁位置安装振动传感器，测得三相绕组的变压器外壳振动，可以进行变压器振动波谱分析，具有数据存储、历史数据对比分析功能。振动监测常采用压电式加速度传感器或速度传感器，安装在变压器铁壳外，实时采集三相绕组的变压器外壳振动；
变压器增容监测单元11利用温度传感器周期性采集变压器油温及绕组温度，用来监测变压器油温及绕组温度，具有温度越限告警功能，同时推算变压器绕组的损耗，计算变压器的绕组寿命，核算变压器过负荷运行能力等相关功能通。
以上各个监控单元采集的参数分别与预设安全要求阀值（根据电力系统安全标准制定）比对，若在安全阀值范围内则输出具体参数值至数据通信服务器2，若不在其内则输出具体参数值和报警信号至数据通信服务器2。
监控系统发出警报后，按照如图3所述的智能高级应用流程图进行警报监控和消除，具体的说，首选各个监控单元采集将采集数据与预设安全要求阀值比对，检测有无数据越限，若无则等待下次采用与比对，若有则根据规则数据库进行数据分析，发出越限告警，并发出相应的告警级别，同时提示异常原因，并从数据库中导出规范和处理意见，此时等待工作人员处理，若工作人员进行消缺，则告警消除，若无则持续告警。
本发明组网支持人工召唤和定时自动轮询两种方式采集监测数据，连续或周期性监测、记录被监测设备状态的参数，及时有效地跟踪设备的状态变化，监测装置的信号采集方式不得影响变压器的接线和接地方式，不影响安全运行。监测装置的数据采集周期可以通过现场和远程方式自行设定，在线监测系统的采样周期也可由用户自行设定。
组网建立有统一的数据库，进行时间序列存盘，实现在线数据的集中管理。存储变压器的设备参数、试验报告、说明书、图纸等原始资料，以及历史监测数据（数据列表和一次图）、告警信息等。历史监测数据和原始图库可以保存10年。具有基本资料查询功能。通过数据库，用户可以对变压器设备有全面的了解。
组网还具有人性化的人机界面，操作简单，便于运用。可以查询查看实时最新的和历史的监测数据、表格、趋势曲线、告警信息状态评价结果和风险评估结果、设备参数、历史资料等信息。提供态监测数据及分析结果发布平台，包括图形、曲线、报表等数据发布工具，如在变电站内的数据通信服务器2还可以设置显示单元，以及输入控制命令的设备。
建立本发明组网在满足电力二次安全防护条件下，可通过远程登录实现系统异地维护、升级、故障诊断和排除等工作；具有信息共享功能，不同用户可根据其权限获得相应的信息资源。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.利用智能变电站电力变压器在线监测组网的监控方法，其特征在于：变电站内的数据通信服务器（2）与站内每个变压器（3）内的监测单元建立通信，并与主站（1）建立通信，所述的监测单元由油中溶解气体及微水监测单元（4）、套管监测单元（5）、绕组温度监测单元（6）、局部放电监测单元（7）、铁心电流监测单元（8）、红外测温监测单元（9）、振动监测单元（10）、变压器增容监测单元（11）中的一个或多个构成;
每个所述的监测单元内设有包括传感器和/或执行器、以及智能组件，所述的传感器和/或执行器是内置或外置于高压设备或其部件，所述的传感器与智能组件之间由模拟信号电缆连接，所述的执行器与智能组件之间由模拟信号电缆或光纤网络连接，所述的智能组件是通过传感器/执行器与电力变压器形成有机整体，输出相关的测量数据至数据通信服务器（2），同时备份于内部存储器内，并输入控制命令至执行器;
所述的变电站内的数据通信服务器（2）设有显示单元，以及输入控制命令的设备；
监控方法：监测单元将采集的信号进行监测数据汇集、数据加工处理、标准化数据通讯代理、阈值比较、监测预警；
其中，
油中溶解气体及微水监测单元（4）将传感器周期性采集的H2、CO、CO2、CH4、C2H4、C2H6、C2H2和H2O利用色谱法分析；
套管监测单元（5）利用穿芯式电流互感器周期性采集母线TV电压、母线TV谐波电压、母线TV系统频率、铁心电流；
绕组温度监测单元（6）利用温度传感器周期性采集变压器内部绕组，以及其他监测单元传感器工作时采集该部位温度；
局部放电监测单元（7）利用超声波局部放电监测、超高频局部放电监测或高频局部放电监测实时采集变压器内放电状况；
铁心电流监测单元（8）周期性采集穿心电流互感器取样方式监测铁心接地线上的电流；
红外测温监测单元（9）通过固定式红外监测装置，实现温度的实时在线测量；
振动监测单元（10）通过在变压器三相绕组的高压侧箱壁位置安装振动传感器，实时采集三相绕组的变压器外壳振动；
上述各参数分别与预设安全要求阀值比对，若在安全阀值范围内则输出具体参数值至数据通信服务器（2），若不在其内则输出具体参数值和报警信号至数据通信服务器（2）；
所述的监测单元还包括变压器增容监测单元（11），其利用温度传感器周期性采集变压器油温及绕组温度、环境湿度，同时利用电流传感器采集变压器三相负载电流，按照现场运行经验公式，计算变压器的绕组寿命，核算变压器过负荷运行能力及运行时间长短；
油中溶解气体及微水监测单元（4）采样时会在同一试验条件下对同一油样连续采样两次，若监测结果间的偏差≤10%则认定数据有效，否则认定无效并发出报警信号。
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