1、智能化高压电气设备智能化高压电气设备 智能变压器智能变压器保定天威保变电气股份有限公司保定天威保变电气股份有限公司1.智能变压器 能够在智能系统环境下，通过网络与其能够在智能系统环境下，通过网络与其他设备或系统进行交互的变压器。其内部嵌他设备或系统进行交互的变压器。其内部嵌入的各类传感器和执行器在智能化单元的管入的各类传感器和执行器在智能化单元的管理下，保证变压器在安全、可靠、经济条件理下，保证变压器在安全、可靠、经济条件下运行。下运行。出厂时将该产品的各种特性参数和出厂时将该产品的各种特性参数和结构信息植入智能化单元结构信息植入智能化单元，运行过程中利用，运行过程中利用传感器收集到实时信息，
2、自动分析目前的工传感器收集到实时信息，自动分析目前的工作状态，与其他系统实时交互信息，同时接作状态，与其他系统实时交互信息，同时接收其他系统的相关数据和指令，调整自身的收其他系统的相关数据和指令，调整自身的运行状态。运行状态。2.智能变压器组成 变压器主体 智能化单元TIED 检测各种状态的传感器和装置 执行器 智能化辅助设备 通讯网络3.智能变压器网络拓扑结构4.天威保变智能变压器组成5.智能化单元（智能化单元（TIED）技术要求）技术要求5.1 功能描述：变压器智能化单元（变压器智能化单元（TIED），接收各种状态监），接收各种状态监测传感器、智能化辅助设备、合并单元的数据，完测传感器、智
3、能化辅助设备、合并单元的数据，完成数据管理、综合统计分析、推理判断、状态评估、成数据管理、综合统计分析、推理判断、状态评估、问题决策、信息交互等全部功能。变压器出厂时将问题决策、信息交互等全部功能。变压器出厂时将各种技术参数、极限参数、结构数据，推理判据等，各种技术参数、极限参数、结构数据，推理判据等，通过知识库的数据组织形式植入智能化单元。用标通过知识库的数据组织形式植入智能化单元。用标准协议与其他智能系统交换信息。各种传感器、执准协议与其他智能系统交换信息。各种传感器、执行器通过各自的数字化或智能化单元接入。一些简行器通过各自的数字化或智能化单元接入。一些简单的模拟量、开关量可直接接入单的
4、模拟量、开关量可直接接入TIED。TIED-Transformer Intelligent Electric Devicen支持标准通讯协议支持标准通讯协议:IEC61850 和和TCP/IP。n能够与智能变压器保护系统协同操作。能够与智能变压器保护系统协同操作。n具有互操作性，能够与同一厂家或不同厂家的具有互操作性，能够与同一厂家或不同厂家的IED互联。互联。n内嵌内嵌Web维护界面，支持远程维护功能。维护界面，支持远程维护功能。n带有跟踪自诊断功能，确保系统异常后实时报警。带有跟踪自诊断功能，确保系统异常后实时报警。n壳体要求：满足室外长期运行要求，必须保证能够在恶劣壳体要求：满足室外长期
5、运行要求，必须保证能够在恶劣 环境或极端环境和变电站强电磁干扰环境下，环境或极端环境和变电站强电磁干扰环境下，安全可靠运行。安全可靠运行。n环境要求：环境要求：工作温度：工作温度：-40 +60 存储温度：存储温度：-50 +80 湿度：湿度：90%不结露不结露 震动：震动：50/100Hz 不大于不大于0.05mm长期运行长期运行 抗冲击：抗冲击：10G半正弦。半正弦。n安全标准：安全标准：绝缘强度：绝缘强度：2500V AC1分钟对地。分钟对地。抗冲击性能：抗冲击性能：IEEE C37.90.1 抗电磁辐射：抗电磁辐射：IEC610000-6-1 抗无线电干扰：抗无线电干扰：IEC6100
6、00-6-2 安全要求：安全要求：IE61010-1/GB 4793.1-205.2技术要求5.3功能要求：功能要求：1.根据实时获取的电压电流参数，计算、记录、统计传输容量、负载率、根据实时获取的电压电流参数，计算、记录、统计传输容量、负载率、负荷电流、电源质量、励磁状态、实际损耗、变压器效率等。超过设负荷电流、电源质量、励磁状态、实际损耗、变压器效率等。超过设定的极限参数，主动发出消息或指令。定的极限参数，主动发出消息或指令。2.根据实时获取的油箱顶部温度、底部温度、环境温度、负荷电流评估根据实时获取的油箱顶部温度、底部温度、环境温度、负荷电流评估绕组的热点温度和寿命损耗（绕组的热点温度和
7、寿命损耗（IEC60354,IEC70076-7）、过载能力、）、过载能力、紧急过负载时间。向冷却器控制系统发出操作指令，并评估冷却效率，紧急过负载时间。向冷却器控制系统发出操作指令，并评估冷却效率，超过设定参数，主动启停相应设备，超过极限参数，主动发出消息或超过设定参数，主动启停相应设备，超过极限参数，主动发出消息或指令。指令。3.实时监测过电流和短路电流，统计过电流和短路电流次数，记录过电实时监测过电流和短路电流，统计过电流和短路电流次数，记录过电流的时间和日期。流的时间和日期。4.根据设定的调压控制方式，按控制策略自动调压或接受指令调压，向根据设定的调压控制方式，按控制策略自动调压或接受
8、指令调压，向有载调压开关控制单元发出调节指令，从有载分接开关智能控制单元有载调压开关控制单元发出调节指令，从有载分接开关智能控制单元（IED）获取开关状态信息，开关档位、操作次数、寿命损失等，对）获取开关状态信息，开关档位、操作次数、寿命损失等，对开关的异常状态：重瓦斯动作、控制机构故障、操作机构故障、油劣开关的异常状态：重瓦斯动作、控制机构故障、操作机构故障、油劣化（参数比较）、切换开关触头发热等，给出分类故障报警，紧急情化（参数比较）、切换开关触头发热等，给出分类故障报警，紧急情况下主动发出指令。况下主动发出指令。5.35.3功能要求：功能要求：5.根据设定的冷却器控制方式（自动、手动），
9、控制并监根据设定的冷却器控制方式（自动、手动），控制并监视冷却器的运行，制定冷却器投切策略、优化冷却器投视冷却器的运行，制定冷却器投切策略、优化冷却器投切。监视冷却器：切。监视冷却器：1）每组冷却器的工作状态（工作、）每组冷却器的工作状态（工作、停止、故障）；停止、故障）；2）油泵状态（正常、故障）；）油泵状态（正常、故障）；3）电）电源状态（正常、断相、停电、故障）；根据冷却效率提源状态（正常、断相、停电、故障）；根据冷却效率提示是否清理。给出分类故障报警，紧急情况下主动发出示是否清理。给出分类故障报警，紧急情况下主动发出指令。指令。6.实时将气体继电器状态（轻瓦斯、重瓦斯）；压力释放实时将
10、气体继电器状态（轻瓦斯、重瓦斯）；压力释放器状态动作跳闸；压力继电器动作跳闸；有载开关重瓦器状态动作跳闸；压力继电器动作跳闸；有载开关重瓦斯动作信号等以最高优先级，发出消息和指令。斯动作信号等以最高优先级，发出消息和指令。7.将实时监测的油位、油箱内油压、油面温度、铁心接地将实时监测的油位、油箱内油压、油面温度、铁心接地电流等模拟量转换成数字量，作为状态评估和故障分析电流等模拟量转换成数字量，作为状态评估和故障分析的数据，或实时监测数据上传。的数据，或实时监测数据上传。8.监测吸湿器的干燥状态，并根据设定的判据，启停动电监测吸湿器的干燥状态，并根据设定的判据，启停动电吸湿器干燥装置。吸湿器干燥
11、装置。5.35.3功能要求：功能要求：9.接受火灾报警信号或启动灭火装置指令，向充氮灭火装接受火灾报警信号或启动灭火装置指令，向充氮灭火装置发出启动指令，并同时保存所有状态信息。置发出启动指令，并同时保存所有状态信息。10.定时从油气监测装置中获取油气分析数据和油中含水量定时从油气监测装置中获取油气分析数据和油中含水量数据，分析变压器绝缘状态，记录其各种成分的变化趋数据，分析变压器绝缘状态，记录其各种成分的变化趋势，评估绝缘水平。关注异常数据，并按势，评估绝缘水平。关注异常数据，并按IEC60599或或GB/T 7252 或积累的经验推理，给出故障类型评估结果。或积累的经验推理，给出故障类型评
12、估结果。对于超过预定变化速率的气体，给出紧急故障评估类型对于超过预定变化速率的气体，给出紧急故障评估类型报警，同时给出原始数据。报警，同时给出原始数据。11.实时获取局放监测结果数据和放电特征数据，分析放电实时获取局放监测结果数据和放电特征数据，分析放电性质、评估放电位置和变压器的绝缘状态。关注异常数性质、评估放电位置和变压器的绝缘状态。关注异常数据，在超过预定量值和变化速率的情况下，分别给出：据，在超过预定量值和变化速率的情况下，分别给出：关注、注意、报警、直接发出指令信息。关注、注意、报警、直接发出指令信息。12.在局放、油气数据异常的情况下，结合负荷数据，评估在局放、油气数据异常的情况下
13、，结合负荷数据，评估故障性质。故障性质。5.3功能要求：功能要求：13.实时接收套管监测数据，分析套管过电压幅值，套管电容、实时接收套管监测数据，分析套管过电压幅值，套管电容、介损、泄露电流、局放、套管油压等参数。关注异常数据，介损、泄露电流、局放、套管油压等参数。关注异常数据，在超过预定量值和变化速率的情况下，分别给出：关注、注在超过预定量值和变化速率的情况下，分别给出：关注、注意、报警、直接发出指令信息。如果套管监测有局放监测功意、报警、直接发出指令信息。如果套管监测有局放监测功能，应与变压器本体局放监测数据结合综合分析。能，应与变压器本体局放监测数据结合综合分析。14.接受变压器绕组热点
14、温度监测装置数据，评估变压器负荷状接受变压器绕组热点温度监测装置数据，评估变压器负荷状态、寿命损耗、过负荷能力、并动态优化冷却方式。可选内态、寿命损耗、过负荷能力、并动态优化冷却方式。可选内容。容。15.定时接受变压器绕组变形监测数据，根据历史指纹图数据和定时接受变压器绕组变形监测数据，根据历史指纹图数据和短路、过载记录，分析变压器绕组变形量，超标时给出警示短路、过载记录，分析变压器绕组变形量，超标时给出警示信息。可选内容。信息。可选内容。16.接受变压器震动监测数据，根据历史指纹图及负荷状态的相接受变压器震动监测数据，根据历史指纹图及负荷状态的相关分析结果，评估变压器内部工作状态。如：紧固件
15、松动、关分析结果，评估变压器内部工作状态。如：紧固件松动、绕组变形等。可选内容。绕组变形等。可选内容。5.3功能要求17.用户根据需要可随时调出变压器本体的各种性能参数和结构特性数据和必要的图形。18.可定义开关量输入16个；模拟量输入6个。19.可定义开关量输出12个；模拟量输出3个。20.可定义温度监测输入量 3个。21.RJ45接口2个，RS232接口1个，USB接口2个，RS485接口1个。6.信号检测技术要求信号检测技术要求1.高低压侧电压：高低压侧电压：6路路 直接由直接由TIED采集或从独立采集或从独立MU单元获取。单元获取。电压数字化要求：分辨率电压数字化要求：分辨率16bit
16、 采样率：不低于采样率：不低于128点点/周波周波 精度：测量精度：测量0.2%，保护，保护5P 获取方式：独立电压测量单元或集成在变压器本体上获取方式：独立电压测量单元或集成在变压器本体上的测量单元。电磁、电容、电子、光电式不限制。的测量单元。电磁、电容、电子、光电式不限制。2.高低压侧电流：高低压侧电流：6路路 直接由直接由TIED采集或从独立采集或从独立MU单元获取。单元获取。电流数字化要求：分辨率电流数字化要求：分辨率16bit 采样率：不低于采样率：不低于128点点/周波周波 精度：测量精度：测量0.2%，保护，保护5P 获取方式：独立电压测量单元或集成在变压器本体上获取方式：独立电
17、压测量单元或集成在变压器本体上的测量单元。电磁、电子、光电式不限制。保持与电压同步采样的测量单元。电磁、电子、光电式不限制。保持与电压同步采样。6.信号检测技术要求信号检测技术要求3.油温：油温：5路路 直接由直接由TIED采集或从独立采集或从独立MU单元获取。单元获取。油面温度：油面温度：2路路 PT100 -40 120 底部温度：底部温度：2路路 PT100 环境温度：环境温度：1路路 PT100 精度：精度：0.5%4.油压：油压：气体继电器接点信号：气体继电器接点信号：重瓦斯重瓦斯 开关量开关量 轻瓦斯轻瓦斯 开关量开关量 模拟压力传感器：模拟压力传感器：模拟信号，模拟信号，100P
18、a 1MPa 0.2%TIED数字化：数字化：16bit 压力状态信号：压力状态信号：压力释放器：开关量压力释放器：开关量 压力继电器：压力继电器：开关量开关量5.铁心接地电流：工频电流互感器：铁心接地电流：工频电流互感器：AC 0-50A 0.2%TIED数字化：数字化：16bit6.油位：油位：具有模拟量输出的油位计：具有模拟量输出的油位计：4-20mA 1%TIED 数字化。数字化。上限、下限：开关量上限、下限：开关量7.油流状态：从冷却系统中获得。油流状态：从冷却系统中获得。8.吸湿器干燥状态：吸湿器干燥状态：模拟信号：模拟信号：4-20mA 5%TIED 数字化数字化9.电吸湿器故障
19、：电吸湿器故障：开关量开关量 7.TIED7.TIED执行器要求：执行器要求：充氮灭火启动充氮灭火启动 开关量开关量 连锁连锁 开关量开关量 备用启动备用启动 开关量开关量 备用启动备用启动 开关量开关量 报警输出报警输出 开关量开关量 8.8.冷却器控制箱技术要求冷却器控制箱技术要求 内置内置IED单元，接受单元，接受TIED的控制指令，优化投切冷却器，将目前冷却的控制指令，优化投切冷却器，将目前冷却系统的状态实时反馈给系统的状态实时反馈给TIED。IED接受的指令：接受的指令：1）冷却系统启动，）冷却系统启动，开关量。开关量。2）投入一组冷却器，开关量。）投入一组冷却器，开关量。3）切除一
20、组冷却器，开关量。）切除一组冷却器，开关量。4）冷却器全部投入，开关量。）冷却器全部投入，开关量。5）冷却器全部切除，开关量。）冷却器全部切除，开关量。6）冷却系统退出运行，开关量。）冷却系统退出运行，开关量。IED返回消息：返回消息：1）冷却系统启动成功）冷却系统启动成功 或失败。开关量或失败。开关量 2）一组冷却器投入成功，）一组冷却器投入成功，开关量。开关量。3）一组冷却器切除成功，）一组冷却器切除成功，开关量。开关量。4）油泵状态：正常、故障。）油泵状态：正常、故障。5）各组冷却器状态：工作、故障、停止。）各组冷却器状态：工作、故障、停止。6）冷却器电源状态：正常、故障、断相、停电。）
21、冷却器电源状态：正常、故障、断相、停电。7）冷却器效率。）冷却器效率。8）冷却器状态）冷却器状态:自动、手动自动、手动 9.9.有载分接开关控制技术要求有载分接开关控制技术要求 内置内置IED单元，接受单元，接受TIED的控制指令，将目前开关的工作状态实时反馈给的控制指令，将目前开关的工作状态实时反馈给TIED。在紧急情况下，主动向。在紧急情况下，主动向TIED发出指令。发出指令。将有载开关状态监测集成在有载开关控制系统中。由将有载开关状态监测集成在有载开关控制系统中。由IED统一管理。统一管理。IED接受的指令：接受的指令：1）有载分接开关启动准备，开关量。）有载分接开关启动准备，开关量。2
22、）上调一档，开关量。）上调一档，开关量。3）下调一档，开关量。）下调一档，开关量。4）紧急停止，开关量。）紧急停止，开关量。5）开关退出运行，开关量。）开关退出运行，开关量。IED返回消息：返回消息：1）有载开关当前位置。数字量）有载开关当前位置。数字量 2）最高档位，开关量。）最高档位，开关量。3）最低档位，开关量。）最低档位，开关量。4）机械系统状态：正常、故障。）机械系统状态：正常、故障。5）切换开关室与变压器本体油温差：模拟量。）切换开关室与变压器本体油温差：模拟量。6）操作电源状态：正常、故障、断相、停电。）操作电源状态：正常、故障、断相、停电。7）切换开关室油耐压值。）切换开关室油
23、耐压值。8）滤油机状态：电机保护动作、压力开关报警、滤油机工作状态）滤油机状态：电机保护动作、压力开关报警、滤油机工作状态 9）重瓦斯动作（紧急信号）。）重瓦斯动作（紧急信号）。10.10.局放监测装置技术要求局放监测装置技术要求 局放监测与油气相比，反映速度快、灵敏度高、可实现定位。关键技局放监测与油气相比，反映速度快、灵敏度高、可实现定位。关键技术是如何在变压器本体布置传感器，传感器的类型、标定方法、抗干扰技术是如何在变压器本体布置传感器，传感器的类型、标定方法、抗干扰技术等。根据我们多年研究变压器局放监测的经验，按以下原则布置传感器：术等。根据我们多年研究变压器局放监测的经验，按以下原则
24、布置传感器：1.在变压器内部不放置任何有源传感器和含电子元件的传感器。传感器采用在变压器内部不放置任何有源传感器和含电子元件的传感器。传感器采用内外分置结构。内外分置结构。2.铁心接地线上安装一个外置高频电流传感器，频带：铁心接地线上安装一个外置高频电流传感器，频带：20kHz-1500kHz,高压高压套管校正灵敏度，不低于套管校正灵敏度，不低于500pC。3.在变压器油箱两侧敏感位置分别安装在变压器油箱两侧敏感位置分别安装1个局放超高频信号接收器。法兰连接。个局放超高频信号接收器。法兰连接。4.在变压器油箱两侧敏感位置分别安装在变压器油箱两侧敏感位置分别安装2个局放超声波信号接收器。法兰连接
25、。个局放超声波信号接收器。法兰连接。在智能变压器中内外分置的两种传感器，超声优于超高频，因为超声可在智能变压器中内外分置的两种传感器，超声优于超高频，因为超声可同时评估放电部位。但对电抗器的局部放电监测，内置传感器应采用超高同时评估放电部位。但对电抗器的局部放电监测，内置传感器应采用超高频。频。智能变压器局放监测装置（内置智能变压器局放监测装置（内置IED）将各传感器接收到的信号，分析）将各传感器接收到的信号，分析处理后，通过标准通讯协议送处理后，通过标准通讯协议送TIED单元。单元。局放监测主要技术要求：局放监测主要技术要求：在线监测灵敏度：铁心接地线检测：在线监测灵敏度：铁心接地线检测：5
26、00pC。箱壁超声或超高频监测：箱壁超声或超高频监测：1000pC。具备位置评估和放电统计分析功能。具备位置评估和放电统计分析功能。11.11.油气和微水监测装置技术要求油气和微水监测装置技术要求 反映变压器运行状态的重要分析数据是油中气体含量，反映变压器运行状态的重要分析数据是油中气体含量，目前不但有相关标准和问题分析基本判据，也有大量的经验目前不但有相关标准和问题分析基本判据，也有大量的经验积累。在现有技术上开发的油气监测装置，从原理上主要有积累。在现有技术上开发的油气监测装置，从原理上主要有四种：四种：1）传统气象色谱法。传统气象色谱法。2）光声光谱法。光声光谱法。3）燃料电池法。燃料电
27、池法。4）气体传感器法。气体传感器法。智能变压器在第一阶段采用目前成熟的多组份气象色谱智能变压器在第一阶段采用目前成熟的多组份气象色谱法在线监测装置。但无论采用那种气体在线监测装置法在线监测装置。但无论采用那种气体在线监测装置,其内置其内置的的IED单元，通过标准协议与单元，通过标准协议与TIED通讯。数据包格式统一。通讯。数据包格式统一。需要进一步详细定义。需要进一步详细定义。12.12.套管监测技术要求套管监测技术要求 套管状态监测单元以介损和电容量为主，监测装置支持6支套管的实时监测，根据变压器主体的需要安装3或6个传感器。监测装置内置的监测装置内置的IED单元，通过标准协议单元，通过标
28、准协议与与TIED通讯。数据包格式统一。通讯。数据包格式统一。监测参数：监测参数：1）在线电容量和电容量变化。）在线电容量和电容量变化。2）容性电流变化和泄露电流）容性电流变化和泄露电流 3）套管介损。）套管介损。4）过电压幅值和次数统计。）过电压幅值和次数统计。13.功能集成 全数字化变电站乃至智能化变电站要解决的全数字化变电站乃至智能化变电站要解决的关键问题是过程信息共享和设备之间的互操作关键问题是过程信息共享和设备之间的互操作性，从而提高设备的重用性、电站运行的可靠性，从而提高设备的重用性、电站运行的可靠性、设备的可接入性、可维护性，使其更安全性、设备的可接入性、可维护性，使其更安全可靠
29、、经济的运行。可靠、经济的运行。一个智能化电站应是由各智能化设备（一个智能化电站应是由各智能化设备（IED）在统一信息模型和服务模型的网络环境下实现在统一信息模型和服务模型的网络环境下实现信息共享和互操作。采用统一建模的网络协议信息共享和互操作。采用统一建模的网络协议（如：（如：IEC61850）通过网络实现集成。这样）通过网络实现集成。这样可解决：灵活性、接入性、可靠性、经济性、可解决：灵活性、接入性、可靠性、经济性、安全性问题。安全性问题。从传统变压器到智能变压器要解决的关键技术从传统变压器到智能变压器要解决的关键技术是如何实时反应变压器的运行状态。是如何实时反应变压器的运行状态。谢谢谢谢END 天威保变电气股份有限公司天威保变电气股份有限公司 何平何平 2009.09
