大型电力企业变压器在线监测及分析系统-南京发拉利科技有限.docx

大型电力企业
变压器在线监测系统技术方案

南京发拉利科技有限公司

让我们的客户充分享受到高可靠性、高科技的电力装备

方案提出及设计依据

1、火力发电厂实施设备状态检修的指导意见
2、电厂变压器在线监测技术要求
3、变压器油中溶解气体分析和判断导则
4、FL-2000变压器在线监测及分析系统说明指南
5、FL-2000电气设备在线监测及分析系统运行开发经验
6、电力设备预防性试验规程
技术咨询
如果有未表达清楚的地方，或是需要了解其他的技术问题，欢迎来函来电垂询，同时竭诚欢迎莅临本公司参观指导！
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大型电力企业实施状态监测的建议

按照2001年国电公司下发的“火力发电厂实施设备状态检修的指导意见”，以及供电企业 变压器油中溶解气体分析和判断导则，结合目前国内状态监测产品的技术水平和客户需求，现提出以下几点建议，并依此进行技术方案的编写。

1、 考虑到成本和实用性问题，供电企业主要针对110KV以上电压等级的变电站各种高压设备，电厂主要针对在具有单机容量在300MW以上规模的火电或水电厂。
2、 同样是考虑到成本和实用性问题，供电企业以及电厂实施状态监测的主要设备对象为变压器，而其它包括开关、CT、PT、避雷器、GIS等设备可以根据情况有选择的进行。
3、 变压器状态监测手段包括油中故障气体监测、套管绝缘监测、局部放电监测、铁芯接地电流监测等，而其它包括光纤测温、绕组变形等新兴技术因为不够成熟所以不进行推荐。
一、系统技术关键说明
a) 变压器在线监测的就地化：实现对变压器状态参数的现场实时检测，这是在线监测系统实现测量高精确性和高可靠性测量的重要保证。
b) 变压器在线监测的数字化和网络化：就地智能监测单元通过独特的传感器和先进的数字信号处理技术得到变压器状态参数，采用了先进的网络技术，网络之间传递数字化信息，避免了模拟小信号的距离传输，这是本方案实现高精确性和高可靠性测量的另一保证。
c) 变压器在线诊断的智能化：建立完善的数据仓库，应用强大的数据分析技术，使在线监测系统具有一定的智能诊断和决策能力，实现变压器维护的科学化和智能化。
d) 测量的准确性和可靠性：由于实现了变压器在线监测的就地化和数字化，从而保证了在线监测系统有高度的测量准确性和可靠性，为故障诊断系统提供了坚实的基础。
e) 系统的安全性：在线监测系统与变压器没有直接的电气连接，可确保对变压器的运行不产生任何影响。
f) 系统的可维护性：由于采用了先进的总线网络和模块化的硬件结构设计，使得在线监测系统的现场安装、调试及维护非常简便。

二、系统满足的技术指标
1) 采用高精度传感器，保证测量的精确度，且不改变原来的接线方式，且保证变压器安全运行。
2) 采用现场总线控制技术，有效克服磁场干扰导致的信号失真问题。
3) 现场总线在结构上只有现场测控设备和操作管理两个层次，现场测控设备均含有微处理器， 各自进行信号采样、A/D转换及数据处理，个别设备的损坏或退出运行，不影响其它设备的 工作状态。
4) 可采用光纤自愈环网或485组网等通讯方式。
5) 具备较强的网络功能，实现对变压器工况参数的网上查询。可以通过浏览器直接对安装在控制中心的微机监测系统进行访问。
6) 系统可避免在自身出现故障时对被变压器的安全运行造成影响。
7) 便于管理。监测系统具备分析诊断功能，可根据监测数据自动筛选出参数异常的电气设备并 发出报警信号。所有监测参数均可长期保存于计算机中，且能够输出包括变化趋势图在内的 相关监测信息及监测报告
8) 配置灵活，增加或减少监测设备和监测项目均不需要改变系统结构。
9) 所有安装在现场的设备具有防雨，防尘，防锈措施，且保证在系统运行期间不会出现锈、滴、 漏等现象。
10) 所有安装在现场的设备做到整齐、美观，安装后不影响设备区的整体形象。
11) 在安装过程中严格执行《电业安全工作规程》
12) 所有埋在地面以下的网络线采取防护措施，整个系统有线路走径图。
13) 主机采用汉化的人机界面，操作简单，使用方便。
14) 系统具有上位机管理系统，具有处理监测信息并与MIS系统通讯的功能

前言
一、在线监测技术简介
在线监测及诊断的任务是了解和掌握设备的运行状态，包括采用各种检测、测量、监视、分析和判别方法，结合系统的历史和现状，考虑环境因素，对设备运行状态进行评估，判断其处于正常或非正常状态，并对状态进行显示和记录，对异常状态作出报警，以便运行人员及时处理，并为设备的故障分析、性能评估、合理使用和安全工作提供信息和准备基础数据。
采用此项技术有下列好处：
l 减少维护费用
我国目前采用的方法是定期的停电试验、检修和维护。定期试验需安排停电计划，到期必修，没有充分考虑设备实际状态，导致不少超量维修，造成了人力及物力的大量消费；而状态监测以状态为基准，在线监测，取代了定期试验，维护费用可降低40%。
l 避免故障发生
定期试验不能及时发现设备内部的故障隐患，而且停电试验施加低于运行电压的 试验电压，对某些反映也不够灵敏；在线监测采用更高灵敏度的传感器以采集运行中设备绝缘劣化的信息，信息量的处理和识别也依赖于有丰富软件支持的计算机网络，不仅可以把某些测试项目在线化，而且还可以引进一些新的更真实反映设备运行状态的特征量，从而实现对设备远行状态的综合诊断。
l 对设备性能进行评估
通过状态监测对设备运行状态进行的了解和掌握，可对设备的使用性能、运行寿命、利用程度进行评估以便调整使用，从而提高经济效益。
二、具体设备实施在线监测的意义
1、变压器在线油色谱技术的好处
电力变压器不仅属于电力系统中最重要的和最昂贵的设备之列，而且也是导致事故最多的设备之一，因此，国内外不仅要定期作以预防性试验为基础的预防性维护，而且相继都在研究以在线监测为基础的预知性维护策略，以便实时或定时在线监测与诊断潜伏性故障或缺陷。变压器在发生突发性事故之前，绝缘的劣化及潜伏性故障在运行电压下将产生光、电、声、热、化学变化等一系列效应及信息。对于大型电力变压器，目前几乎都是用油来绝缘和散热，变压器油与油中的固体有机绝缘材料（纸和纸板等）在运行电压下因电、热、氧化和局部电弧等多种因素作用会逐渐变质，裂解成低分子气体；变压器内部存在的潜伏性过热或放电故障又会加快产气的速率。随着故障的缓慢发展，裂解出来的气体形成泡在油中经过对流、扩散作用，就会不断地溶解在油中。同一类性质的故障，其产生的气体的组分和含量在一定程度上反映出变压器绝缘老化或故障的程度，可以作为反映电气设备异常的特征量。
油中故障气体是反映油浸式大型变压器故障的主要因素。高温运转会加速变压器的老化与一氧化碳及二氧化碳的产生，加速老化中所产生的一氧化碳标示出了内部绝缘材质劣化的速率、其它故障因素及变压器寿命的缩减。
三、系统结构
组成系统的三大部分
a) 后台监视系统
b) 前置监测仪
c) 现场传感器
系统采用分层分布式结构，由传感器、前置机和后台机三部分组成。传感器完成对变压器的测量，将信息量送到前置机进行集中分析、显示以及告警，并将数据上传到后台机进行全面的监视和分析。这种结构不仅使整套系统的结构非常清晰和简洁，也使得各子系统功能完整独立，任何一个监测单元异常不会影响其它设备正常工作。采用统一的数据接口规范，大大提高了系统的兼容性和可扩展性。

四、后台分析软件

●操作系统：Windows2000
●数据库管理系统：Microsoft Access
● 系统将所有的运行历史数据统一保存在标准的数据库中，对数据库的访问采用ODBC、ADO、DAO
●系统自动监视各个模块参数是否越限。在被监视的参数超过预设限值时，发送报警信息，同时启动预设的报警继电器信号
● 打印数据和图表信息，并可通过Web浏览功能进行远方数据查询

各子系统的监测功能：
1） 变压器套管绝缘状态趋势曲线和数据报表；
2） 变压器8种油中气体趋势曲线和数据报表；
3） 2维或3维图形显示变压器局放信号趋势曲线和数据报表；
4） 铁芯泄漏电流趋势曲线和数据报表；

五、安装结构示意图（以TM8和BS为例）

安装示意图
1— BS容性绝缘监测仪的传感器，与变压器套管接地线连接，取电流量送入BS
2— BS传感器电缆，连接传感器与BS分析仪，长度不超过60米
3— 进油管，变压器油通过其进入TM8分析仪内，长度不超过6米为佳
4— 回油管，变压器油通过其回到变压器内部，长度不超过9米为佳
5— 进油阀，最好取在变压器中上部，因为此位置的变压器油杂质少且循环快
6— 回油阀，位置不限，通常在变压器下部
7— 混凝土基座，放置TM8和BS用，安装前构架好

六、各监测装置简介

1、TM8变压器油中8种气体在线监测装置
装置图片
技术特点

美国Serveron公司生产
􀁺 监测H2、CO、CH4、C2H6、C2H4、C2H2、CO2、O2等8种气体/水分/油温；
􀁺 Farber分离系数（记录实时油温和压力），大大提高测量准确性；
􀁺 测量误差±%；最低测量周期为2小时；
􀁺 平衡渗透脱气原理；双色谱柱分离原理；TCD热导池检测原理；
􀁺 循环油方式，进油和回油均有过滤装置；
􀁺 设备带有标定气瓶，可自动标定，最短周期为3天，可设定；
􀁺 系统采用99.9999%的分析用高纯度Helium作为载气；
􀁺 装置不需要风扇来冷却，不怕震动，防护等级IP66；
􀁺 通讯方式：RS-232,RS-485, 以太网,无线电，无线Modem、内置Mod

2、HYDRAN® M2变压器油中4种气体与水分在线监测装置
装置图片
技术特点

美国GE公司生产
􀁺 监测氢、一氧化碳、乙炔、乙烯气体含量；测量精度：±10％；水分 : +/- 2% 相对湿度
􀁺 装置直接安装在变压器阀门上；
􀁺 油气分离膜脱气原理；氢敏传感器检测原理；
􀁺 装置在每次测量前能自动校正传感器零漂；
􀁺 无须定期更换载气等易耗品，无须定期校正仪器；
􀁺 一体化装置设计理念，装置可脱离后台机单独运行，就地显示；
􀁺 数据通讯： RS－485口、无线短信Modem；

3、HYDRAN® 201 i变压器油中4种气体在线监测装置
装置图片
技术特点

美国GE公司生产
􀁺 监测氢、一氧化碳、乙炔、乙烯的气体含量；测量精度：±10％；
􀁺 装置直接安装在变压器阀门上；
􀁺 油气分离膜脱气原理；氢敏传感器检测原理；
􀁺 装置在每次测量前能自动校正传感器零漂；
􀁺 无须定期更换载气等易耗品，无须定期校正仪器；
􀁺 一体化装置设计理念，装置可脱离后台机单独运行，就地显示；
􀁺 数据通讯： RS－485口、无线短信Modem；

4、TS3000变压器油中8种气体在线监测装置
装置图片
技术特点

许继公司生产
􀁺 测量变压器油中溶解的H2、CO、CH4、C2H2、C2H4、C2H6等气体的含量并能在后台机实时显示谱图。；
􀁺 测量误差±%；最低测量周期为2小时；
􀁺 平衡渗透脱气原理；双色谱柱分离原理；TCD热导池检测原理；
􀁺 系统根据测量到的气体浓度值对变压器绝缘状态进行自动诊断，当监测到变压器出现故 障时在变电站主控室进行声光报警。
􀁺 设备带有标定气瓶，可自动标定，最短周期为3天，可设定；
􀁺 系统采用99.9999%的分析用高纯度Helium作为载气；
􀁺 装置不需要风扇来冷却，不怕震动，防护等级IP66；
􀁺 通讯方式：RS-232,RS-485, 以太网,无线电，无线Modem、内置Mod

5、FL2000变压器油中4种气体在线监测装置
装置图片
技术特点

中国发拉利科技生产
􀁺 监测氢、一氧化碳、乙炔、乙烯的气体含量；测量精度：±10％；
􀁺 装置直接安装在变压器阀门上；
􀁺 油气分离膜脱气原理；氢敏传感器检测原理；
􀁺 装置在每次测量前能自动校正传感器零漂；
􀁺 无须定期更换载气等易耗品，无须定期校正仪器；
􀁺 一体化装置设计理念，装置可脱离后台机单独运行，就地显示；
􀁺 数据通讯： RS－485口、无线短信Modem；

6、BS套管绝缘在线监测装置
装置图片
技术特点

美国Doubletree公司生产
􀁺 在线连续监测套管的三相泄漏电流；
􀁺 监测套管的介损及趋势变化、电容及趋势变化；
􀁺 采用成熟的伽马值来反映设备的绝缘状况；
􀁺 伽马精度 0.1% 幅值, 0.1 度 角度；
􀁺 安装使用方便，装置仅需要和传感器、电源、通讯等回路连接；
􀁺 采用硬件抗干扰措施和软件滤波功能，保证了测量数据的精度；
􀁺 高精度的传感器进行信号采样，带有MOV保护；
􀁺 串行通讯，一个RS485或者选项无光电隔离的RS232

7、 PD-MAT400变压器局部放电监测装置
装置图片
技术特点

美国PSD Tech公司生产
􀁺 通过分析频率检测局放突发信号；
􀁺 分析测量的局放信号的相位分配；
􀁺 自动的噪音级别检测；4个AE传感器测量局部放电超声波；；
􀁺 每相位的脉冲和振幅管理；；
􀁺 数据更新存储的时间间隔是1小时；；
􀁺 频率范围：80KHz～300KHz；；
􀁺 数据通讯： RS-232、RS－485口、内置Modem；

8、 FP变压器铁芯接地在线监测装置
装置图片
技术特点

许继公司生产
􀁺 “软、硬结合”自动补偿激磁电流的单匝穿芯式电流传感器；
􀁺 “以软代硬”的设计思想改进测试仪的硬件电路；
􀁺 “分层分布式”结构、全数字化传输；
􀁺 铁芯泄漏电流：±1%
􀁺 测量范围：5微安---60毫安；
􀁺 A/D采样速度：＜2us；串行波特率：1200波特；
􀁺 485通讯模块；

9、 变压器分接头在线滤油
装置图片
技术特点

许继公司生产
l 额定压力：0.5Mpa
l 吸油口、出油口：DN15
l 额定流量：12l/min
l 电机功率：0.37KW
l 电源：380V/50hz
l 装机重量：100kg
l 外型尺寸：1050X260X650（μm）
l 过滤精度：≤1
l 过滤系数：β≥1000

10、变压器扰阻光纤测温系统
装置图片
技术特点

Luxtron公司生产

11、变压器固体绝缘材料水分监测系统
装置图片
技术特点

Luxtron公司生产

范 围：0-100ppm（油中含水量cw）
0-10%cp(绝缘纸（板）中水分含量)
电 源：230V/50HZ50W
外部：=长550×宽350×高210mm
重 量：22kg
数据接口：RS232

12、油浸变压器绝缘子线干燥系统
装置图片
技术特点

Luxtron公司生产

13、MMT变压器油微水在线监测系统

装置图片
技术特点

芬兰维萨拉公司生产

水活性测量范围：           0~1aw                                    
精度(包括滞后,重复和非线性因素)
特殊校准：         ±0.01aw(0～0.9aw)  ±0.02aw(0.9～1aw)   
标准校准：                ±0.02 aw (0～0.9aw) ±0.03aw(0.9～1aw) 
响应时间(20℃时)：         典型10分钟(在静止油中，带不锈钢过滤器) 
微水含量范围：            0~100 ppm
微水精度：   ±10%  (最低测量下限1ppm)
分辨率：   0.1ppm
温度测量范围：          -40～180°C(-40～356°F)
典型准确度：   ±0.1 °C，+20 °C时
探头压力范围：   0~10bar （40Bar，250Bar 可选）                
传感器保护：    不锈钢格栅，带不锈钢网的
传感器探头长度：          33mm或更长（可选170mm, 400mm）
微水终端尺寸：   380＊330＊210mm
微水终端重量：            <5kg
环境温度：     -40 ~ +60 °C       
工作相对湿度：   低于95%，无冷凝；
供电：   220VAC±10%, 1A, 50Hz
终端数目：   <150台（一台微水工作站服务器可监测的数量）
有效通讯距离：   小于1500米 （RS485总线通讯）

七、变压器监测系统配置及价格

配置方案
选用设备
性能
产地
预算（万）
备注

配置方案1
（功能强大）
TM8
监测油中8种气体及水分、油温
美国
49

高端配置，适合220KV及以上电压等级变压器
BS
监测套管介损及电容等趋势变化
美国
28
HYDRAN® M2
监测油中4种气体及水分
美国
25
HYDRAN®201i
监测油中4种气体
美国
23
配置方案2
（实用性强）
FL2000
监测油中4种气体
国产
17

国产中端配置，成本低实用性强
TS3000
监测油中6种气体
国产
35
CBS-2000
监测套管介损及电容等趋势变化
国产
5/相
可选择配置
（成本低廉）
PD-MAT400
监测局放信号
美国
26
可选
FP
监测铁芯接地电流
国产
12
可选
变压器分接头在线滤油
Waukesha
分接头在线油过滤
美国
20
可选
变压器扰阻光纤测温系统
WTS-22
变压器扰阻光纤测温
瑞士
62
可选
变压器固体绝缘材料水分监测系统
Simms
变压器固体绝缘材料水分监测
瑞士
68
可选
油浸变压器绝缘子线干燥系统
ALTMANN-VS
油浸变压器绝缘子线干燥
瑞士
48
可选
MMT变压器油微水在线监测系统
MMT
变压器油微水在线监测
芬兰
12
可选
后台监控系统
FL-2000
集中监视及数据上传
国产
12
监测屏、打印机、通讯接口

八、业绩

用户名称
投运时间
配置说明
辽宁许家500KV变电站
2005年运行
2台500KV变压器监测
湖北双河500KV变电站
2004年运行
1台500KV变压器监测
江苏三堡500KV变电站
2005年运行
1台500KV变压器监测
辽宁鞍山500KV变电站
2007年运行
3台500KV变压器监测
江苏徐州北220KV变电站
2005年运行
1台220KV 变压器监测
江苏泰兴220KV变电站
2005年运行
1台220KV变压器监测
宁夏平西220KV变电站
2003年运行
变压器、分接头、开关、CT等系全站统监测
内蒙顺达220KV变电站
2004年运行
变压器、分接头、套管、开关、CT、PT、避雷器等
全站系统监测
山东胜利油田220KV变电站
2004年运行
变压器、套管、开关、CT、PT、避雷器等全站系统监测
河南端湾110KV变电站
2003年运行
变压器、分接头、开关、CT、避雷器等全站系统监测
河南双湖110KV变电站
2002年运行
变压器、分接头、开关、CT、避雷器等全站系统监测
浙江绍兴110KV变电站
2004年运行
GIS、变压器、分接头、开关、CT、避雷器等
全站系统监测
三峡左岸电厂
2005年运行
4台500KV变压器监测
葛州坝电厂
2002年运行
1台500KV变压器监测
云南大朝山电厂
2003年运行
14台500KV开关监测
上海漕泾电厂
2004年运行
7台220KV变压器监测
青海公伯峡电厂
2005年运行
5台330KV变压器监测
北京三河电厂
2005年运行
1台220KV变压器监测
辽宁绥中电厂
2005年运行
2台500KV变压器监测
内蒙上都电厂
2006年运行
2台220KV变压器套管监测
贵州黔西电厂
2006年运行
2台220KV变压器套管监测
宁夏中宁电厂
2007年运行
2台330KV变压器监测