变压器智能化技术方案四方特变电工智能电气有限公司2012-3-9目录1、工程概述...............................................................................................................................12、标准和规范...........................................................................................................................43、智能变压器组件 ...................................................................................................................53.1.智能组件整体配置 .......................................................................................................53.2.变压器测量 IED ...........................................................................................................73.3.有载调压 IED ...............................................................................................................83.4.冷却器控制 IED ...........................................................................................................93.5.监测功能组主 IED .....................................................................................................123.6.局部放电监测 IED .....................................................................................................133.7.光纤绕组测温 IED .....................................................................................................143.8.油中溶解气体 IED .....................................................................................................143.9.综合诊断系统 .............................................................................................................154、智能组件柜.........................................................................................................................164.1 柜体...................................................................................................................................164.2 电源...................................................................................................................................175、智能组件试验 .....................................................................................................................185.1出厂试验 ..........................................................................................................................185.2现场试验 ..........................................................................................................................18i智能变压器技术方案1、 工程概述本文是变压器智能化工程技术方案。智能变压器是由变压器本体、内置或外置于变压器本体的传感器和控制器等组成，实现 对变压器的测量、控制和监测功能。变压器器智能组件是由测量、控制、监测等 IED 集合而成，承担变压器本体智能化的核心功能的一种变压器组件，通过电缆或光纤与变压器本体连接成一个有机整体，通常安装于变压器本体近旁。CSC1700 变压器智能组件安装于主变就地智能柜内，集成测控、非电量保护和监测功 能，实现了主变一次设备的智能化。产品满足智能变电站建设要求，依据 Q／GDW 383-2009《智能变电站技术导则》、Q／GDW Z410-2010《高压设备智能化技术导则》设计，即：一次设备采用“一次设备本体+传感器+智能组件形式”；在硬件处理能力允许的情况下，同一电压等级的同一类设备宜多间隔、多参量共用 状态监测 IED，减少硬件装置硬件数量；状态监测 IED 之间或状态监测 IED 与后台系统间宜采用 DL/T 860 标准通信，通信 网络宜采用 100M 及以上高速以太网。本方案的变压器智能化的测控与监测项包括：变压器测量油位接点油位连续监测顶层油温底层油温绕组模拟温度计环境温度铁心接地电流冷却器智能控制有载调压智能控制局部放电监测光纤绕组温度监测油中溶解气体监测（色谱法）本方案的变压器智能化的保护功能包括*：非电量保护主变中性点合并单元 *注：根据工程经验，此设备可能由二次专业招标，如果本工程需要，我方也可提供，其产品由北京四方继保自动化股份有限公司授权我司使用。 变压器智能组件依托生产管理系统（PMS）建立输变电设备状态监测和评估系统，结合变电站站控层设备和远方管理中心的监测服务器共同构建一套完整的体系，最大程度上让变压器智能组件融入现有电力系统。变压器智能组件分属于不同的安全分区内，满足《电力二次系统安全防护总体方案》和《变电站二次系统安全防护方案》的要求。 变压器智能组件的基本技术特征如图 1 所示为测量数字化、控制网络化、状态可视化、功能一体化、信息互动化。第 1 页智能变压器技术方案化 字 数 量 测状态可视化化功能络一网体制化控CSC1700系列变压器智能组件信 息 互 动 化图 1 CSC1700 系列变压器智能组件基本技术特征示意图测量数字化：传统测量全部就地数字化测量；重要参量由接点信息转化为连续测量信息（如油压、气体聚集量等），增加测点（如底层油温等）； 控制网络化：受控部件支持基于 IEC61850 的网络化控制；基于信息交互，支持多参量聚合的智能控制；状态可视化：支持运行可靠性状态、控制可靠性状态、负载能力状态的就地分析；满足监控、调度、生产之信息需求；功能一体化：传感器与高压设备的一体化；`互感器与变压器、GIS、断路器等的一体化；传统一次与二次的一体化；信息互动化：智能组件内部各 IED、MU、监测 IED、保护 IED 之间的信息互动；智能组件与站监控系统的信息互动； 智能组件与调度(远动)的信息互动； 智能组件与 PMIS 的信息互动；智能变压器综合诊断系统根据各 IED 信息对变压器故障进行诊断，或对变压器整体运 行状况进行评估，及时确定变压器的健康状态并将评估结果上送，供决策者做出正确判断。 智能变压器综合诊断系统整合了传统变压器的在线监测、控制等功能，并在变压器智能组件 上实现。变压器智能组件通过 DL/T860 方式接入数字化/智能化变电站系统，实现站内数据 共享和互操作功能，其系统结构如图 2 所示。第 2 页智能变压器技术方案EMSPMS安全一区安全三区网络网络变电站C 变电站C变电站B 变电站B变电站A 监控系统站控层网络保护/测控装置四方特变 非电量保护冷却器控制有载调压IED监测功能组主变压器测量IEDIEDIEDIED过程层网络四方特变合并单元铁芯接地IED光纤测温IED油色谱IED局放IED智能终端变压器智能组件图 2 变压器智能组件系统结构第 3 页智能变压器技术方案2、 标准和规范CSC1700 系列变压器智能组件满足表 1 给出标准的要求。表 1 智能组件及其 IED 需要满足的主要标准标准号标准名称GB 2423.1电工电子产品环境试验 第 2 部分：试验方法 试验 A：低温GB 2423.2电工电子产品环境试验 第 2 部分：试验方法 试验 B：高温GB 2423.4电工电子产品环境试验 第 2 部分：试验方法 试验 Db 交变湿热（12h＋12h 循环）GB 14285继电保护和安全自动装置技术规程GB/T 17626.2电磁兼容 试验和测量技术 静电放电抗扰度试验GB/T 17626.3电磁兼容 试验和测量技术 射频电磁场辐射抗扰度试验GB/T 17626.4电磁兼容 试验和测量技术 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验GB/T 17626.5电磁兼容 试验和测量技术 浪涌(冲击)抗扰度试验GB/T 17626.6电磁兼容 试验和测量技术 射频场感应的传导骚扰抗扰度GB/T 17626.8电磁兼容 试验和测量技术 工频磁场抗扰度试验DL 663220kV-500kV 电力系统故障动态记录装置检测要求DL/T 478静态继电保护及安全自动装置通用技术条件DL/T 769电力系统微机继电保护技术导则DL/T 860变电站通信网络和系统DL/T 1075数字式保护测控装置通用技术条件Q/GDW Z 383-2009智能变电站技术导则Q/GDW Z (66)kV～220kV 智能 变电站设计规范Q/GDW Z kV-750kV 智能变电站设计规范Q/GDW Z 410-2010高压设备智能化技术导则Q/GDW Z 430-2010智能变电站智能控制柜技术规范Q/GDW 616-2011基于 DLT860 标准的变电设备在线 页智能变压器技术方案3、 变压器智能组件3.1. 智能组件整体配置如图 3 所示，在常规变电站中，变压器本体的信号通过电缆方式连接至安装在继电器室内的主变测控以及非电量保护装置等，而变压器监测类产品，如油色谱装置、局放监测装置 等均独立设置，冷却器控制系统往往由独立于变电站合自动化系统的 PLC 来完成；这样的方式带来的问题是，主变本体至各设备之间需要敷设大量的电缆，且终点是不同的，并且各功能设备之间缺乏横向的联系，控制量的发出与完成是基于各设备自身的算法与逻辑的；而完整的智能变压器的智能组件系统则涵盖了保护、测量、控制、监测、计量等一系列功能， 且该系统可以一体化设计，如果条件允许的话，各功能 IED 可以统一布置在智能组件内， 就近安装于主变附近，取消了主变至控制室的电缆敷设而代之以光缆和短电缆，见图 4 所示； 另外一个方面，智能组件系统内的 IED 可以基于 DL/T860 标准实现设备互操作，并且与变 电站综合自动化系统的站控层及过程层实现连接，各 IED 可以依托网络从变电站的海量数据中读取与变压器相关的各类熟数据，从而真正实现变压器的状态监测与智能化控制。主变保护 主变测控长电缆光纤绕组测温油色谱在线分析局部放冷却器控铁芯接地电监测电流监测制PLC图 3 常规变压器测控与监测设备布置方式变压器智能组件包括智能组件柜和站控层综合诊断软件，智能组件各 IED 通过站控层 交换机和过程层交换机连接，柜内所有 IED 均接入柜内过程层交换机，实现组件柜内的信息共享。综合诊断系统位于站控层，通过站控层交换机和组件柜连接。第 5 页智能变压器技术方案主变智能组件柜站控层网络站控层网络控制参量测量IED监控后台系统监测后台系统冷却装置控制IEDOLTC IED非电量保护装置合并单元监测功能组监测主IED短电缆、通讯电缆、油管等局部放电监测IED铁芯接地电亿博电竞 亿博官网流IED光纤绕组测温IEDDGA IED过程层网络过程层网络注：此图仅为示意，智能组件柜的尺寸应根据所安装设备的数量进行调整图 4智能变压器智能组件系统示意对于该工程，建议按照表 2 配置智能组件系统，示意图见图 5 所示。表 2 智能组件系统供货范围序号设备名称型号规格品牌定制,双层不锈钢户外1智能组件柜柜体柜，可以选择配置空调或者热交换器2测量 IEDCSC-173A3有载开关控制 IEDCSC-172C（可将该功能集成在测量 IED 中）4冷却器系统控制 IEDCSC-172D5监测功能组主 IEDCSC-1710四方特变电工6局部放电监测 IEDCSC-171M7油中溶解气体监测 IED（色谱法，7CSC-171Q组分气体+微水）8光纤绕组测温 IED(4 通道或 6 通道)CSC-171C9非电量保护 IEDCSC336_E10合并单元 MUCSN-15B(接入主变中性点零序互感器)11铁芯接地电流传感器FJL-312交换机国网 A 类第 6页智能变压器技术方案综合诊断系统站控层交换机MMS变压器测量IEDCSC-173A冷却器控制IEDCSC-172D检测功有载调压IED能组CSC-172C主IEDCSC-1710局部放电检测IED光纤绕组测温IED油中溶解气体IED合并单元A/B点对点非电量保护组网过程层交换机GOOSE户外柜图 5 智能组件设备配置图监测功能组内各 IED 不直接接入站控层网络，通过监测功能组主 IED 汇总后接入站控层网络。3.2. 变压器测量 IED变压器测量 IED 性能参数如表 3 所示：表 3 变压器测量 IED 性能参数表工作温度范围－20～＋70℃贮存温度范围－40～＋85℃防护等级IP40电气参数110V-220V(宽范围输入)，-30%Ue~+40%Ue安装方式嵌入式安装、后插拔机箱尺寸4U、19 英寸电磁兼容10 项 EMC 指标全部最高级第 7 页智能变压器技术方案通信方式支持 MMS、GOOSE 服务、支持虚端子配置传感器接口通用开入、4-20mA、Pt100、RS-485变压器测量 IED 测量参量如表 4 所示：表 4变压器测量 IED 性能参数表被测参量单位传感器接口数量精度要求主油箱顶层油温℃Pt10021℃主油箱底层油温℃Pt10021℃气体聚集量开入开关量通用开入10 差错气体聚集量mL4-20mA115%主油箱油位开入开关量通用开入10 差错主油箱油位cm4-20mA11cm变压器油压MPa（与初始值之差）4-20mA15%铁心接地电流mA4-20mA22.5%环境温度℃Pt10011℃变压器测量 IED 信息流方案如下图 6 所示：图 6变压器测量 IED 信息流方案3.3. 有载调压 IED有载调压 IED 性能参数如表 5 所示：表 5 有载调压 IED 性能参数表工作温度范围－20～＋70℃贮存温度范围－40～＋85℃防护等级IP40电气参数110V-220V(宽范围输入)，-30%Ue~+40%Ue安装方式嵌入式安装、后插拔机箱尺寸4U、19 英寸电磁兼容10 项 EMC 指标全部最高级第 8 页智能变压器技术方案通信方式支持 MMS、GOOSE 服务、支持虚端子配置传感器接口通用开入、4-20mA、Pt100、RS-485档位接口8421 码、BCD 码、模拟量有载调压开关的智能控制由有载调压 IED 实现，有载调压 IED 具备 MMS 和 GOOSE接口，可接入变电站自动化系统。变压器调压策略涉及全网无功分配，一般在变电站自动化 系统实现。有载调压 IED 可在就地和远方进行控制操作，并能返回位置、状态等信息。有 载调压 IED 控制指令和返回状态量如表 6 所示：表 6 控制指令和返回状态量信号类型描述不确定度有载分接开关启动准备，开关量零差错上调一档，开关量零差错控制指令下调一档，开关量零差错紧急停止，开关量零差错开关退出运行，开关量零差错有载开关当前位置，开关量或模拟量零差错最高档位，开关量零差错返回状态量最低档位，开关量零差错操作机构拒动，开关量零差错操作机构电源故障，开关量零差错就地/远方操作，开关量零差错有载调压 IED 从站控层网络或过程层网络获取调压控制指令，向有载调压开关控制器 发出调节指令。有载调压 IED 从有载调压开关控制器获取档位和调压开关异常状态（如电源故障、拒动）等信息，并发送至站控层网络或过程层网络。 变压器测量 IED 信息流方案如下图 7 所示：图 7 变压器有载调压 IED 信息流方案3.4. 冷却器控制 IED冷却器控制 IED 性能参数如表 7 所示：第 9 页智能变压器技术方案表 7 冷却器控制 IED 性能参数表工作温度范围－20～＋70℃贮存温度范围－40～＋85℃防护等级IP40电气参数110V-220V(宽范围输入)，-30%Ue~+40%Ue安装方式嵌入式安装、后插拔机箱尺寸4U、19 英寸电磁兼容10 项 EMC 指标全部最高级通信方式支持 MMS、GOOSE 服务、支持虚端子配置传感器接口通用开入、4-20mA、Pt100、RS-485冷却器控制 IED 输入输出如表 8 所示：表 8 控制指令和返回状态量信号类型描述不确定度冷却系统启动零差错投入一组冷却装置零差错控制指令切除一组冷却装置零差错冷却装置全部投入零差错冷却装置全部切除零差错冷却系统退出运行零差错冷却系统启动成功或失败零差错一组冷却装置投入成功零差错一组冷却装置切除成功零差错返回状态量油泵状态（正常、故障）零差错各组冷却装置状态（正常、故障）零差错冷却装置电源状态（正常、故障）零差错冷却装置控制方式（自动、手动）零差错油流状态 （正常、故障）零差错冷却器控制 IED 数据模型根据 DL/T860 原则统一建模，通过 DL/T860 接入站控层网络 和过程层网络。冷却器控制 IED 以事件驱动的方式报送冷却装置的运行状态，包括油泵 1运行状态（运行、停止）、油泵 1 设备状态（正常、缺陷）、风机组 1 运行状态（运行、停止）、风机组 1 设备状态（正常、故障）、油流继电器 1 设备状态（正常、故障）、油泵 2 运行状态（运行、停止）、油泵 2 设备状态（正常、缺陷）、风机组 亿博电竞 亿博官网2 运行状态（运行、停止）、风机2 设备状态（正常、故障）、油流继电器 2 设备状态（正常、故障）、?? 冷却器控制 IED 信息流方案如图 8 所示：第 10 页智能变压器技术方案图 8冷却器控制 IED 信息流方案冷却器控制 IED 可替代风冷控制柜内的 PLC 装置，但由于 IED 设备间通讯以及一体化 设计的需要，冷却器控制 IED 不便安装于风冷控制柜内，为方便现场施工以及维护工作， 可在工程应用中采用如下方式，即采用在风冷柜内安装扩展 I/O 模块的方式来执行冷却器控 制 IED 的逻辑，实现冷却器控制装置的智能控制，见图 9 所示。智能组件柜冷却器控制IED风冷柜IO扩展单元变压器端子箱IO扩展单元IO扩展单元ModbusRS485图 9冷却器控制 IED 功能方案图 a如果用户希望保留冷却器控制 PLC，也可以使用两套控制系统作为过渡方案，其原则 是在任一时刻只有一套系统投入使用，推荐正常使用时采用冷却器控制 IED 的智能控制方 式，当有需要时，也可选择传统的 PLC 控制方式，具体实现方式为：主变油温控制器提供 双套不同公共端冷却器控制信号，一套用于 PLC 控制冷却器的起停，另一套用于智能组件 控制器。冷却器控制箱内加装 QK 转换手把，实现三档控制：自动、手动、远方，其中自动和手动功能在冷却器控制箱内实现；远方功能由变压器智能组件完成。过负荷启动主变风冷 等功能由冷却器控制 IED 通过过程层网络获取数据从而实现智能控制，见图 10 所示。第 11 页智能变压器技术方案保留传统继电器模式继电器回路自动QK把手状态手动投入运行控制远方IED控制图 10冷却器控制 IED 功能方案图 b3.5. 监测功能组主 IED监测功能组主 IED 性能参数如表 9 所示：表 9 监测功能组主 IED 性能参数表工作温度范围－25～＋55℃贮存温度范围－40～＋75℃防护等级IP40电气参数110V-220V(宽范围输入)，不大于 30W安装方式嵌入式安装机箱尺寸2U、19 英寸通信方式支持 MMS 服务表 10 监测功能组主 IED 电磁兼容参数表电磁兼容检验项目电磁兼容检验标准满足等级振荡波抗扰度GB/T 15153.1-19983～4 级电快速瞬变脉冲群抗扰度GB/T 17626.4-20084 级静电放电抗扰度GB/T 15152.1-1998 ±8KV 接触放电4 级工频磁场抗扰度GB/T 17626.8-20065 级脉冲磁场抗扰度GB/T 17626.9-19985 级阻尼振荡磁场抗扰度GB/T 17626.10-19984 级浪涌抗扰度GB/T 15153.1-19984 级电压暂降、短时中断抗扰度GB/T 15153.1-1998500ms，100%跌落监测功能组主 IED 是智能变压器组件中在线评估、多状态数据汇总的核心部件，该设 备从组件柜内部网络获取变压器的各类监测信息，根据统一格式对各 IED 的监测数据进行 汇总与重组，将结果按照 DL/T 860 通信标准上送至站控层网络，并对变压器运行状况和故障进行综合诊断。监测功能组主 IED 同时具备客户端和服务器功能，与柜内设备通信时，监测功能组主IED 是客户端；与站控层设备通信时，监测功能组主 IED 是服务器。监测功能组主 IED 全 面支持 DL/T 860 定义的各项服务，根据接入的功能 IED 不同按照 DL/T 860 通信标准建立通信模型。变压器监测类 IED 信息流方案如图 11 所示：第 12 页智能变压器技术方案图 11变压器监测类 IED

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