一種220kv級以上變壓器一體化智能診斷系統(tǒng)及其方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種220KV級以上變壓器一體化智能診斷系統(tǒng)及其方法，該系統(tǒng)包括：一智能組柜，所述智能組柜中包括一油氣分析模塊、一鐵芯接地電流監(jiān)測模塊、一容性套管監(jiān)測模塊、一局部放電監(jiān)測模塊、一溫度監(jiān)測模塊和一風(fēng)機(jī)監(jiān)測模塊，提供變壓器相關(guān)的監(jiān)測及分析數(shù)據(jù)；一體化智能診斷平臺，包括一遠(yuǎn)方后臺、一站端平臺和一數(shù)據(jù)庫中，接收所述智能組柜的監(jiān)測和及分析數(shù)據(jù)，并進(jìn)行診斷。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了變壓器狀態(tài)監(jiān)測，所采用的分層分布式集成系統(tǒng)克服了以往的獨(dú)立系統(tǒng)上述缺陷，基于統(tǒng)一的硬件平臺、統(tǒng)一的通信協(xié)議、統(tǒng)一的后臺分析診斷軟件系統(tǒng)：真正實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一系統(tǒng)平臺分析和診斷220KV級以上變壓器的運(yùn)行狀態(tài)和故障。
【專利說明】—種220KV級以上變壓器一體化智能診斷系統(tǒng)及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種變壓器在線智能診斷系統(tǒng)及其方法，尤其是涉及220KV級以上變壓器在線診斷的智能一體化系統(tǒng)及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002]變電站變壓器，是整個變電站中重要核心的設(shè)備，尤其是220KV級以上變壓器更是整個供電樞紐核心供電設(shè)備。220KV級以上變壓器故障模式主要是機(jī)械、熱和電三種類型，變壓器的內(nèi)部故障主要分為過熱性故障、放電性故障及絕緣受潮三種。下面分別分析此三種故障:
[0003]I)變壓器過熱性故障
[0004]過熱性故障是由于熱應(yīng)力造成的絕緣加速劣化，具有中等水平的能量密度。變電站壓器過熱故障是最常見的內(nèi)部故障，它對變壓器的安全運(yùn)行和使用壽命造成了嚴(yán)重威脅，變壓器運(yùn)行時有空載損耗、負(fù)載損耗和雜散損耗等，這些損耗轉(zhuǎn)化為熱量，當(dāng)產(chǎn)生的熱量和散出的熱量平衡時，溫度達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)發(fā)熱量大于預(yù)期值，而散熱量小于預(yù)期值時，就發(fā)生了過熱現(xiàn)象。變壓器過熱故障的主要原因可歸結(jié)為:分接開關(guān)接觸不良引起的為50% ;鐵心多點(diǎn)接地和局部短路或漏磁環(huán)流占33% ;導(dǎo)線過熱和接頭不良或緊固件松動占14.4% ;因局部油道堵塞造成局部散熱不良占2.6%。尤其變電站壓器經(jīng)常承受沖擊負(fù)荷的影響，研究表明與同等級的電力變壓器相比壽命損失嚴(yán)重，相對壽命損失率可達(dá)1.245。
[0005]若熱應(yīng)力只引起熱源處絕緣油分解，所產(chǎn)生的特征氣體主要是CH4，C2H4，且隨故障點(diǎn)溫度升高C2H4占總烴的比例平均為62.5%，其次是C2H6和H2，據(jù)統(tǒng)計C2H6 —般低于總烴的20%。高、中溫H2占?xì)錈N(H2+C1+C2)總量的25%以下，只有低溫過熱時，一般為30%左右。這是由于烴類氣體隨溫度上升增長較快所致。過熱性故障一般不產(chǎn)生C2H2，只在嚴(yán)重過熱時才會產(chǎn)生微量，其最大含量也不會超過總烴的6%。當(dāng)涉及固體絕緣材料時還會產(chǎn)生大量的CO，C02。
[0006]2)變壓器放電故障
[0007]放電故障是在高電場作用下造成的絕緣劣化所引起的變壓器內(nèi)部的主要故障，按能量密度不同分為不同的放電故障類型。
[0008]第一，電弧放電:
[0009]電弧放電又稱為高能量放電。以線圈匝、層間擊穿為常見，其次是引線斷裂或?qū)Φ亻W絡(luò)和分接開關(guān)飛弧等故障模式。其特點(diǎn)是產(chǎn)氣急劇、量大，尤其是匝、層間絕緣故障，因無先兆現(xiàn)象，一般難以預(yù)測，最終以突發(fā)性故障暴露出來。故障特征氣體主要是C2H2和H2，其次是大量的CH4和C2H4。由于故障速度發(fā)展很快，往往氣體來不及溶解于油中就釋放到氣體繼電器中，故油中氣體含量往往與故障點(diǎn)的位置、油流速度和故障持續(xù)時間有很大關(guān)系。一般C2H2占總烴量的20-70%。H2占?xì)錈N量的30_90%，絕大多數(shù)情況下C2H2的含量高于CH4的含量。
[0010]第二，火花放電:[0011]火花放電一般是低能量放電。即一種間隙性放電故障。常發(fā)生在以下情況，引線或套管儲油柜對電位未固定的套管、導(dǎo)電管放電；引線局部或鐵芯接地片接觸不良，而引起的放電；分接開關(guān)撥叉電位懸浮而引起的放電。故障特征氣體以C2H2、H2為主，因故障能量小，一般總烴含量不高，油中溶解的C2H2在總烴中所占比例高達(dá)25-90%，C2H4的含量則小于20%’ H2占?xì)錈N總量的30%以上。
[0012]第三，局部放電:
[0013]當(dāng)變壓器油紙絕緣中含有氣隙時，由于氣體的介電系數(shù)小而擊穿場強(qiáng)比油和紙的都低，在運(yùn)行中常因此而發(fā)生局部放電。一般剛放電時放電量不超過幾百皮庫，但氣隙放電發(fā)展到油中也出現(xiàn)局部放電的時候，放電量可達(dá)到幾千到幾十萬皮庫，往往引起絕緣紙層損壞而逐漸發(fā)展到嚴(yán)重事故。
[0014]局部放電給變壓器絕緣帶來極大的危害。造成破壞作用的因素有:熱應(yīng)力作用、帶電微粒的轟擊、局部放電時產(chǎn)生化學(xué)活性物的作用以及沖擊波和輻射線的作用等。變壓器發(fā)生局部放電時，放電處會產(chǎn)生高溫，加速油紙絕緣材料的老化，影響其絕緣壽命；還會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生臭氧和氧化氮等氣體，這些氣體對絕緣材料起腐蝕作用，給變電站壓器絕緣帶來極大的危害。當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生局部放電故障時，油中的氣體組分含量隨放電能量密度的不同而不同，一般總烴量不高，主要成分為H2，其次是C2H4，通常H2占?xì)錈N量的90%以上，CH4占總烴量的90%以上。局部放電的能量密度增高時也會出現(xiàn)C2H2，但在總烴中所占比例一般小于2%，這是與電弧、火花放電現(xiàn)象區(qū)別的主要標(biāo)志。
[0015]無論哪種放電，只要涉及固體材料的故障或老化，就會產(chǎn)生CO，C02。
[0016]3)變壓器絕緣受潮故障
[0017]水是變壓器絕緣系統(tǒng)的大敵，電力運(yùn)行部門在歷次進(jìn)行制定的變壓器防事故措施中都規(guī)定要防止水分及空氣進(jìn)入變壓器，以盡量控制絕緣材料中的含水量。這是因?yàn)?，油一紙絕緣系統(tǒng)吸潮會使絕緣材料降解老化、介質(zhì)損耗增加、絕緣電阻降低、局部放電起始電壓也隨之降低，最終導(dǎo)致變壓器的運(yùn)行壽命的縮短。為了提高絕緣材料的電氣強(qiáng)度，變壓器制造廠商也都規(guī)定了極為嚴(yán)格的干燥工藝標(biāo)準(zhǔn)，推薦新產(chǎn)品的絕緣紙(板)含水量上限為
0.5%，一般都控制在0.1%-0.3%的范圍內(nèi)，變壓器油含水量控制在15 μ L/L以下。
[0018]第四，水分對變壓器運(yùn)行安全的影響
[0019]由于水是較強(qiáng)極性的液體(介電常數(shù)為81，比油、紙的介電常數(shù)高的多，變壓器中含有的水分，更容易被強(qiáng)電場所吸引。含水量的增加會導(dǎo)致介電強(qiáng)度的下降。使油和介質(zhì)表面的擊穿強(qiáng)度大大降低，對變壓器的安全運(yùn)行造成極大的危害。DL/T596-1996《高壓設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》中規(guī)定了油和紙含水量的臨界值，如表1中所示。
[0020]
[0021]
【權(quán)利要求】
1.一種220KV級以上變壓器一體化智能診斷系統(tǒng)，其特征在于，包括:一智能組柜，所述智能組柜中包括一油氣分析模塊、一鐵芯接地電流監(jiān)測模塊、一容性套管監(jiān)測模塊、一局部放電監(jiān)測模塊、一溫度監(jiān)測模塊和一風(fēng)機(jī)監(jiān)測模塊，提供變壓器相關(guān)的監(jiān)測及分析數(shù)據(jù)；一體化智能診斷平臺，包括一遠(yuǎn)方后臺、一站端平臺和一數(shù)據(jù)庫中，接收所述智能組柜的監(jiān)測和及分析數(shù)據(jù)，并進(jìn)行診斷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的220KV級以上變壓器一體化智能診斷系統(tǒng)，其特征在于，所述智能組柜進(jìn)一步包括:若干智能電子設(shè)備IED，分別對應(yīng)與所述油氣分析模塊、所述鐵芯接地電流監(jiān)測模塊、所述容性套管監(jiān)測模塊、所述局部放電監(jiān)測模塊、所述溫度監(jiān)測模塊和所述風(fēng)機(jī)監(jiān)測模塊相連，接收所述模塊的監(jiān)測及分析數(shù)據(jù)；一主IED，分別與所述若干智能電子設(shè)備IED相連，并以符合IEC61850規(guī)范通過總線接收各個IED的監(jiān)測及分析數(shù)據(jù)。
3.一種采用權(quán)利要求1所述的220KV級以上變壓器一體化智能診斷系統(tǒng)的方法，其特征在于，步驟一，以氣體H2、C2H2, Σ C含量和總烴產(chǎn)氣速率是否超標(biāo)作為診斷程序的啟動條件，若四個條件有一個以上超標(biāo)則啟動診斷；步驟二，進(jìn)行初分故障類型，確定到底是過熱還是放電故障；步驟三，進(jìn)行細(xì)分故障類型判斷，確定到底是過熱或放電故障的類型。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的所`述的220KV級以上變壓器一體化智能診斷系統(tǒng)的方法，其特征在于，所述初分故障類型包括:步驟一，提取所述氣體的當(dāng)前實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行三比值判斷，三比值返回；步驟二，利用一神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行判斷，先對已有數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，再進(jìn)行對歸一化數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，然后輸出第二層輸出量，并進(jìn)行校正；步驟三，進(jìn)行援例推理判斷，選取已有所述數(shù)據(jù)庫中與當(dāng)前數(shù)據(jù)最接近的數(shù)據(jù)進(jìn)行推理，得到援例推理的結(jié)果；步驟四，綜合三種方法結(jié)果來判斷，以兩個或兩個以上的結(jié)果為準(zhǔn)確定到底是過熱還是放電故障。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的所述的220KV級以上變壓器一體化智能診斷系統(tǒng)的方法，其特征在于，所述細(xì)分故障類型判斷包括:步驟一，根據(jù)初步的結(jié)果確定過熱故障是導(dǎo)電回路過熱還是導(dǎo)磁回路過熱；所述放電故障是涉及固體絕緣的放電還是不涉及估計絕緣的放電，二次對當(dāng)前原始數(shù)據(jù)進(jìn)行三比值判斷，得到三比值結(jié)果；步驟二，二次對當(dāng)前原始數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化，并進(jìn)行校正，然后輸出第二層輸出量并進(jìn)行校正，得到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)果；步驟三，再次進(jìn)行修正參數(shù)以后的援例推理判斷，得到援例推理的結(jié)果；步驟四，綜合三種方法結(jié)果來判斷，以兩個或兩個以上的結(jié)果為準(zhǔn)，確定到底是過熱或放電故障的類型。`
【文檔編號】G01R31/00GK103513125SQ201210224089
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月29日
【發(fā)明者】楊希斌, 郝建軍, 楊家鳴, 韓文, 黃義超, 梁亮祖, 姜騰 申請人:上海翔騁電氣設(shè)備有限公司, 內(nèi)蒙古電力(集團(tuán))有限責(zé)任公司烏海電業(yè)局