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    SWBZ9000變壓器智能組件柜
    SWBZ9000變壓器智能組件柜

    一 概述

    SWBZ9000變壓器智能組件柜完全滿足智能變電站內油浸式電力變壓器智能化的技術要求,依據監控設備模塊化、設計標準化、安裝就地化的原則,采用先進的檢測技術、信號處理及數字化技術、嵌入式計算機技術、高速以太網通信技術以及狀態評估診斷技術,實現對變壓器智能化監測和狀態評估。SWBZ9000智能組件柜集成了對局部放電、溫度負荷、油中溶解氣體和微水、鐵芯接地電流、光纖繞組測溫、變壓器振動等信號以及冷卻裝置、有載分接開關等執行機構的監控,同時為非電量保護裝置、合并單元等預留安裝和通訊接口。
    SWBZ9000變壓器智能組件柜的智能電子裝置部分主要由變壓器智能化單元、局部放電監測單元、合并單元等設備組成,各監測單元統一采用整19吋或半19吋上架式標準機箱安裝在智能組件柜內。

    二、設計依據
    變壓器智能組件的設計和配置依據并遵循國網公司的以下標準和技術文件。
    1 《智能電力變壓器技術條件第1部分:智能組件通用技術條件》 
    2 《智能電力變壓器技術條件第3部分:有載分接開關控制IED技術條件》 
    3 《智能電力變壓器技術條件第4部分:冷卻裝置控制IED技術條件》 
    4 《智能電力變壓器技術條件第9部分:非電量保護IED技術條件》
    5 《智能高壓設備組件柜技術條件》
    6 《智能高壓設備技術導則》 
    7 《智能高壓設備通信技術規范》     
    8 《智能電力變壓器性能測試方案》

    三 使用環境

    1、 海撥高度不超過于2000米。
    2、 環境溫度-40~+55℃ 。
    3、 相對濕度不大于95%,
    4、 無強烈振動和沖擊。
    5、 周圍無嚴重塵土、爆炸危險介質、腐蝕金屬和破壞絕緣的有害氣體、導電微粒和嚴重的霉菌。
    6、 垂直傾斜度不大于5度。

    四 功能特點

    1.具備高度集成性,集成了多個子 IED 的信息(油色譜、局部放電、鐵心接地電流、光纖繞組測溫、冷卻裝置、有載開關等),智能化診斷單元對變壓器的監測數據進行統一分析處理后, 將數據上傳到站控層系統,同時還可以對具備控制功能的 IED 進行控制。
    2.能對變壓器實時運行狀態進行準確有效的評估診斷:智能化診斷單元通過實時采集的變壓器運行狀態信號,運用與變壓器評估診斷相關的六種分析模型(熱平衡模型、絕緣老化模型、過負荷模型、冷卻模型、綜合狀態評估模型、故障分類模型),評估變壓器健康狀態,并為變壓器故障提供預警機制,提前為變壓器的檢修提供指導性建議。
    3.支持多種通訊協議,完全兼容 IEC61850 標準(MMS、GOOSE、SV 等):變壓器智能化診斷單元支持與各 IED 之間采用 IEC61850 通訊協議或其它標準協議,對站控層的接口采用光纖以太網,協議完全遵循 IEC61850 標準。
    4.各 IED 均采用工業級可靠性設計,具有抗高頻振動的特性和較大工作溫度范圍;同時采用可有效防止電噪聲的堅固的 IO 隔離系統和無風扇冷卻方式以提高運行可靠性,完全滿足電站的惡劣環境。各 IED 保存參數歷史數據及事故、報警記錄,并且掉電數據不丟失,便于事故原因分析。
    5.整套智能組件具備防雷保護和抗地電位抬高的沖擊保護功能,保證變壓器智能組件在變電站內的安全可靠運行。
    6.各 IED 外形采用統一設計,完全符合國家標準,全部采用 19 吋上架或半 19 吋上架標準機箱。

    五、變壓器智能組件原理及實現方案
    1.工作原理

    2.監測功能
    2.1 局放監測
      采用內置超高頻局放傳感器、外置超聲傳感器和復合式接地電流傳感器三種傳感器,由局放監測IED實現局放信號的綜合處理分析。其中內置超高頻局放傳感器數量為1個,安裝位置為變壓器油箱側壁;外置超聲傳感器2個,安裝位置為高低壓側油箱箱壁;復合式接地電流傳感器數量為1個,安裝位置為鐵芯接地線。
    2.2油中氣體和微水監測
      油氣監測采用色譜法實現對油中H2、CO、C2H4、C2H2、CH4、C2H6 、CO2、O2、N2的含量及微水含量的檢測。采用微水傳感器實現對油中微水(H2O)的檢測。油中氣體和微水的檢測采用專門的進油/回油管路,能在變壓器不停電的條件下進行維護。采用先進的油氣分離方式不存在將外部氣體帶入變壓器油的風險。
     2.3 接地電流監測
      通過連續監測鐵芯接地電流,可及時發現由于鐵芯多點接地所引起的鐵芯局部過熱,可有效避免由鐵芯局部過熱引起的變壓器故障。
      采用鐵芯接地電流傳感器實現對鐵芯接地電流的采集(安裝方式見圖5),采集信號直接輸入變壓器智能化單元。變壓器智能化單元實時監測鐵芯接地電流信號,實時顯示監測結果,繪制電流變化曲線并保存數據。同時給出超標報警,記錄歷史數據為評估和分析變壓器的運行狀態提供依據。
    鐵芯接地電流檢測范圍:10mA~10A,不確定度<2.5%。最小監測周期應不大于1min,每10min向站控層報送測量結果一次。監測周期可調。
    2.4 油溫和繞組溫度監測
      通過變壓器本體上安裝的傳感器(Pt100信號或4~20mA信號)實現采集頂層油溫和底層油溫,信號直接入變壓器智能化單元。繞組溫度來自繞組溫度計的信號輸出口(4~20mA),直接入變壓器智能化單元。
    2.5 光纖繞組溫度監測
      光纖繞組測溫在線監測用于變壓器冷卻控制,變壓器熱老化壽命的監測與評估,以及用于變壓器實時過負載能力的監測,為電網負載能力的調控提供準確信息。 
      在變壓器初始電磁設計階段先計算熱點位置,一般來說繞組熱點位置處于繞組1~4餅之間。 
      目前在油浸電力變壓器中廣泛采用是點式光纖測溫傳感器。
      光纖測溫傳感器需要嵌入變壓器繞組內部,繞組撐條絕緣墊塊上開槽,光纖探頭安放在槽中,內部光纖引出到變壓器油箱箱壁上的光纖貫通器。外部光纖從貫通器引到光纖繞組測溫監測IED。對于220kV變壓器需要配置6個光纖測溫探頭。
      光纖測溫探頭的埋置位置:三相繞組的高、低壓繞組分別埋置1個,共6個點。
    3. 電壓、電流信號的獲取
      變壓器的實時電壓、電流信號是衡量其當前運行狀態的重要指標,其中負荷電流是變壓器發熱原因分析以及熱點溫度預測的關鍵參數,并可用于冷卻裝置投切控制;實時監測電壓信號可分析變壓器的勵磁狀態,并可用于有載分接開關的換檔控制。變壓器采用電磁式互感器。電壓來自變壓器進/出線側的電壓互感器,信號直接入合并單元。電流信號來自變壓器本體上的電流互感器,信號直接入合并單元。合并單元完成對電壓、電流的數字化,并用其參與狀態評估和設備控制,并按照IEC61850-9-2規約格式輸出SMV 報文,從而實現過程層網絡中智能設備之間的信息共享。
    4.控制功能
    4.1 冷卻裝置監控
      冷卻裝置自身帶有電控柜,柜內有本地控制器,完成對冷卻裝置的本地控制。
      智能組件變壓器智能化單元通過網絡與冷卻裝置控制IED連接,提供對冷卻裝置的智能監控功能,根據制定的冷卻裝置投切策略,優化冷卻裝置投切。正常狀態下,以變壓器智能化單元的智能監控為主控方式,冷卻裝置控制器的本地自控為備用控制。一旦出現通訊異常,則冷卻裝置控制器立即切換到本地自控模式。
      冷卻裝置電控柜帶有本地自動和手動控制功能,本地自控方式是智能組件變壓器智能化單元智能控制的備用控制方式,其控制依據是繞組溫度計和油溫度計的接點信號。本地手動方式主要用于設備調試。
    智能組件變壓器智能化單元與冷卻裝置本地控制器進行通訊來實時監控冷卻裝置的運行狀態,控制指令和返回狀態量見下表,通訊采用RS485方式。
    4.2 有載分接開關監控
      通過變壓器智能化單元實現對有載開關的數字化測控。變壓器智能化單元實時采集當前電壓、電流信號,并通過網絡上傳站控層。變壓器智能化單元通過接受調度系統指令或通過自動控制策略,向有載調壓開關控制器發出檔位調節指令。同時變壓器智能化單元實時從有載調壓開關控制器獲取檔位和異常狀態(如電源故障、拒動)等信息,并發送至站控層網絡。變壓器智能化單元與有載調壓開關控制器實時通訊來實現對有載分接開關的監控。
    5.保護功能
      非電量保護信號主要包括氣體繼電器狀態(氣體聚集量、油流速),壓力釋放器狀態動作跳閘,突發壓力繼電器動作跳閘等。采用直采直跳方式,信號通過電纜直接接入非電量保護裝置,通過電纜直接接入變壓器各側斷路器控制器,并采用GOOSE服務上傳動作信息至過程層網絡和站控層網絡。
    6.變壓器智能化診斷單元
      變壓器智能化診斷單元主要用于智能變電站內變壓器運行狀態的在線連續監測和綜合評估診斷。通過與其它在線監測單元(局部放電、油中氣體、溫度負荷、鐵芯接地電流等)和傳感器的通訊,實時獲取變壓器的運行狀態參數,結合內嵌的評估診斷技術模型,完成對變壓器運行狀態的綜合評估診斷。
      變壓器智能化診斷單元的硬件定義和設計符合IEC61850-3國際標準,適用于按IEC61850標準設計的智能變電站,其通過光纖以太網接口與站控層裝置通信。
    7.變壓器智能化測控單元
      變壓器智能化測控單元實時采集油溫度、環境溫度、油位、油壓力、有載開關檔位狀態以及冷卻系統的工作狀態等信號,優化冷卻器投切策略,智能控制冷卻器的投切。變壓器智能化測控單元實時與變壓器智能化診斷單元通訊,將采集的變壓器運行狀態信息上傳至變壓器智能化診斷單元,供變壓器智能化診斷單元完成變壓器運行狀態的綜合評估診斷;同時經變壓器智能化診斷單元獲取站控層的控制指令,控制有載開關的檔位調節。
      變壓器智能化測控單元與變壓器智能化診斷單元配合實現變壓器智能化,適用于按IEC61850標準設計的智能變電站,通過光纖以太網接口與站控層設備互聯。
    8.模型算法
      變壓器進行綜合在線監測,可以及時發現主變及絕緣系統的潛在缺陷;并通過數據的變化趨勢,掌握主變的運行狀態。根據在變壓器現場獲得的相關監測數據、監測中發現的問題,結合變壓器的實際運行狀況和運行年限,綜合我公司的多年積累的在線檢測經驗數據,對變壓器當前的運行狀態進行總體評價并根據客戶需求格式形成評估報告。
    9.柜體
      采用19英吋標準機柜結構,全密封不銹鋼雙層隔溫設計,為測量、控制、監測、計量、保護和交換機等電子設備提供微工作空間,滿足室外長期運行要求,能夠在極端惡劣環境和變電站強電磁干擾環境下安全可靠運行。

    六、系統組成示意圖


     


     

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