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变压器智能组件柜 SWBZ9000

SWBZ9000变压器智能组件柜完全满足智能变电站内油浸式电力变压器智能化的技术要求,依据监控设备模块化、设计标准化、安装就地化的原则,采用先进的检测技术、信号处理及数字化技术、嵌入式计算机技术、高速以太网通信技术以及状态评估诊断技术,实现对变压器智能化监测和状态评估。
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产品描述

一 概述

SWBZ9000变压器智能组件柜完全满足智能变电站内油浸式电力变压器智能化的技术要求,依据监控设备模块化、设计标准化、安装就地化的原则,采用先进的检测技术、信号处理及数字化技术、嵌入式计算机技术、高速以太网通信技术以及状态评估诊断技术,实现对变压器智能化监测和状态评估。SWBZ9000智能组件柜集成了对局部放电、温度负荷、油中溶解气体和微水、铁芯接地电流、光纤绕组测温、变压器振动等信号以及冷却装置、有载分接开关等执行机构的监控,同时为非电量保护装置、合并单元等预留安装和通讯接口。
SWBZ9000变压器智能组件柜的智能电子装置部分主要由变压器智能化单元、局部放电监测单元、合并单元等设备组成,各监测单元统一采用整19吋或半19吋上架式标准机箱安装在智能组件柜内。

二、设计依据
变压器智能组件的设计和配置依据并遵循国网公司的以下标准和技术文件。
1 《智能电力变压器技术条件第1部分:智能组件通用技术条件》 
2 《智能电力变压器技术条件第3部分:有载分接开关控制IED技术条件》 
3 《智能电力变压器技术条件第4部分:冷却装置控制IED技术条件》 
4 《智能电力变压器技术条件第9部分:非电量保护IED技术条件》
5 《智能高压设备组件柜技术条件》
6 《智能高压设备技术导则》 
7 《智能高压设备通信技术规范》     
8 《智能电力变压器性能测试方案》

三 使用环境

1、 海拨高度不超过于2000米。
2、 环境温度-40~+55℃ 。
3、 相对湿度不大于95%,
4、 无强烈振动和冲击。
5、 周围无严重尘土、爆炸危险介质、腐蚀金属和破坏绝缘的有害气体、导电微粒和严重的霉菌。
6、 垂直倾斜度不大于5度。

四 功能特点

1.具备高度集成性,集成了多个子 IED 的信息(油色谱、局部放电、铁心接地电流、光纤绕组测温、冷却装置、有载开关等),智能化诊断单元对变压器的监测数据进行统一分析处理后, 将数据上传到站控层系统,同时还可以对具备控制功能的 IED 进行控制。
2.能对变压器实时运行状态进行准确有效的评估诊断:智能化诊断单元通过实时采集的变压器运行状态信号,运用与变压器评估诊断相关的六种分析模型(热平衡模型、绝缘老化模型、过负荷模型、冷却模型、综合状态评估模型、故障分类模型),评估变压器健康状态,并为变压器故障提供预警机制,提前为变压器的检修提供指导性建议。
3.支持多种通讯协议,完全兼容 IEC61850 标准(MMS、GOOSE、SV 等):变压器智能化诊断单元支持与各 IED 之间采用 IEC61850 通讯协议或其它标准协议,对站控层的接口采用光纤以太网,协议完全遵循 IEC61850 标准。
4.各 IED 均采用工业级可靠性设计,具有抗高频振动的特性和较大工作温度范围;同时采用可有效防止电噪声的坚固的 IO 隔离系统和无风扇冷却方式以提高运行可靠性,完全满足电站的恶劣环境。各 IED 保存参数历史数据及事故、报警记录,并且掉电数据不丢失,便于事故原因分析。
5.整套智能组件具备防雷保护和抗地电位抬高的冲击保护功能,保证变压器智能组件在变电站内的安全可靠运行。
6.各 IED 外形采用统一设计,完全符合国家标准,全部采用 19 吋上架或半 19 吋上架标准机箱。

五、变压器智能组件原理及实现方案
1.工作原理

2.监测功能
2.1 局放监测
  采用内置超高频局放传感器、外置超声传感器和复合式接地电流传感器三种传感器,由局放监测IED实现局放信号的综合处理分析。其中内置超高频局放传感器数量为1个,安装位置为变压器油箱侧壁;外置超声传感器2个,安装位置为高低压侧油箱箱壁;复合式接地电流传感器数量为1个,安装位置为铁芯接地线。
2.2油中气体和微水监测
  油气监测采用色谱法实现对油中H2、CO、C2H4、C2H2、CH4、C2H6 、CO2、O2、N2的含量及微水含量的检测。采用微水传感器实现对油中微水(H2O)的检测。油中气体和微水的检测采用专门的进油/回油管路,能在变压器不停电的条件下进行维护。采用先进的油气分离方式不存在将外部气体带入变压器油的风险。
 2.3 接地电流监测
  通过连续监测铁芯接地电流,可及时发现由于铁芯多点接地所引起的铁芯局部过热,可有效避免由铁芯局部过热引起的变压器故障。
  采用铁芯接地电流传感器实现对铁芯接地电流的采集(安装方式见图5),采集信号直接输入变压器智能化单元。变压器智能化单元实时监测铁芯接地电流信号,实时显示监测结果,绘制电流变化曲线并保存数据。同时给出超标报警,记录历史数据为评估和分析变压器的运行状态提供依据。
铁芯接地电流检测范围:10mA~10A,不确定度<2.5%。最小监测周期应不大于1min,每10min向站控层报送测量结果一次。监测周期可调。
2.4 油温和绕组温度监测
  通过变压器本体上安装的传感器(Pt100信号或4~20mA信号)实现采集顶层油温和底层油温,信号直接入变压器智能化单元。绕组温度来自绕组温度计的信号输出口(4~20mA),直接入变压器智能化单元。
2.5 光纤绕组温度监测
  光纤绕组测温在线监测用于变压器冷却控制,变压器热老化寿命的监测与评估,以及用于变压器实时过负载能力的监测,为电网负载能力的调控提供准确信息。 
  在变压器初始电磁设计阶段先计算热点位置,一般来说绕组热点位置处于绕组1~4饼之间。 
  目前在油浸电力变压器中广泛采用是点式光纤测温传感器。
  光纤测温传感器需要嵌入变压器绕组内部,绕组撑条绝缘垫块上开槽,光纤探头安放在槽中,内部光纤引出到变压器油箱箱壁上的光纤贯通器。外部光纤从贯通器引到光纤绕组测温监测IED。对于220kV变压器需要配置6个光纤测温探头。
  光纤测温探头的埋置位置:三相绕组的高、低压绕组分别埋置1个,共6个点。
3. 电压、电流信号的获取
  变压器的实时电压、电流信号是衡量其当前运行状态的重要指标,其中负荷电流是变压器发热原因分析以及热点温度预测的关键参数,并可用于冷却装置投切控制;实时监测电压信号可分析变压器的励磁状态,并可用于有载分接开关的换档控制。变压器采用电磁式互感器。电压来自变压器进/出线侧的电压互感器,信号直接入合并单元。电流信号来自变压器本体上的电流互感器,信号直接入合并单元。合并单元完成对电压、电流的数字化,并用其参与状态评估和设备控制,并按照IEC61850-9-2规约格式输出SMV 报文,从而实现过程层网络中智能设备之间的信息共享。
4.控制功能
4.1 冷却装置监控
  冷却装置自身带有电控柜,柜内有本地控制器,完成对冷却装置的本地控制。
  智能组件变压器智能化单元通过网络与冷却装置控制IED连接,提供对冷却装置的智能监控功能,根据制定的冷却装置投切策略,优化冷却装置投切。正常状态下,以变压器智能化单元的智能监控为主控方式,冷却装置控制器的本地自控为备用控制。一旦出现通讯异常,则冷却装置控制器立即切换到本地自控模式。
  冷却装置电控柜带有本地自动和手动控制功能,本地自控方式是智能组件变压器智能化单元智能控制的备用控制方式,其控制依据是绕组温度计和油温度计的接点信号。本地手动方式主要用于设备调试。
智能组件变压器智能化单元与冷却装置本地控制器进行通讯来实时监控冷却装置的运行状态,控制指令和返回状态量见下表,通讯采用RS485方式。
4.2 有载分接开关监控
  通过变压器智能化单元实现对有载开关的数字化测控。变压器智能化单元实时采集当前电压、电流信号,并通过网络上传站控层。变压器智能化单元通过接受调度系统指令或通过自动控制策略,向有载调压开关控制器发出档位调节指令。同时变压器智能化单元实时从有载调压开关控制器获取档位和异常状态(如电源故障、拒动)等信息,并发送至站控层网络。变压器智能化单元与有载调压开关控制器实时通讯来实现对有载分接开关的监控。
5.保护功能
  非电量保护信号主要包括气体继电器状态(气体聚集量、油流速),压力释放器状态动作跳闸,突发压力继电器动作跳闸等。采用直采直跳方式,信号通过电缆直接接入非电量保护装置,通过电缆直接接入变压器各侧断路器控制器,并采用GOOSE服务上传动作信息至过程层网络和站控层网络。
6.变压器智能化诊断单元
  变压器智能化诊断单元主要用于智能变电站内变压器运行状态的在线连续监测和综合评估诊断。通过与其它在线监测单元(局部放电、油中气体、温度负荷、铁芯接地电流等)和传感器的通讯,实时获取变压器的运行状态参数,结合内嵌的评估诊断技术模型,完成对变压器运行状态的综合评估诊断。
  变压器智能化诊断单元的硬件定义和设计符合IEC61850-3国际标准,适用于按IEC61850标准设计的智能变电站,其通过光纤以太网接口与站控层装置通信。
7.变压器智能化测控单元
  变压器智能化测控单元实时采集油温度、环境温度、油位、油压力、有载开关档位状态以及冷却系统的工作状态等信号,优化冷却器投切策略,智能控制冷却器的投切。变压器智能化测控单元实时与变压器智能化诊断单元通讯,将采集的变压器运行状态信息上传至变压器智能化诊断单元,供变压器智能化诊断单元完成变压器运行状态的综合评估诊断;同时经变压器智能化诊断单元获取站控层的控制指令,控制有载开关的档位调节。
  变压器智能化测控单元与变压器智能化诊断单元配合实现变压器智能化,适用于按IEC61850标准设计的智能变电站,通过光纤以太网接口与站控层设备互联。
8.模型算法
  变压器进行综合在线监测,可以及时发现主变及绝缘系统的潜在缺陷;并通过数据的变化趋势,掌握主变的运行状态。根据在变压器现场获得的相关监测数据、监测中发现的问题,结合变压器的实际运行状况和运行年限,综合我公司的多年积累的在线检测经验数据,对变压器当前的运行状态进行总体评价并根据客户需求格式形成评估报告。
9.柜体
  采用19英吋标准机柜结构,全密封不锈钢双层隔温设计,为测量、控制、监测、计量、保护和交换机等电子设备提供微工作空间,满足室外长期运行要求,能够在极端恶劣环境和变电站强电磁干扰环境下安全可靠运行。

六、系统组成示意图

 

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