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1、 变电站状态监测系统解决方案 许继昌南通信设备有限公司 2011.11 目 录 1、 配置表 1 2、系统整体方案 1 3、产品介绍 2 3.1 GIS监测相关装置 2 3.2 变压器监测相关装置 5 3.3 开关柜监测装置 9 3.4 避雷器在线监测系统 13 3.5 站内状态监测主站系统 14 1、 配置表 根据110kV及以上变电站设备配置监测设备如下： 监测对象 监测设备名
2、称 型号 功能 单位 数量 备注 GIS 断路器储能机构监测 BSM-800 断路器储能机构监测 台 GIS局放监测 DTM-800 GIS局部放电监测 台 SF6微水密度监测 SF6-800 SF6密度、微水监测 台 变压器 变压器油色谱监测单元 TS3000 监测主变油中6种故障气体：H2、CO、CH4、C2H4、C2H6、C2H2； 台 铁芯接地监测单元 TIM-800 变压器铁芯接地电流监测； 台 在线油过滤 TOF 有载分接开关油过滤 台 变压器局放监测 PD-MAT40
3、0 变压器局部放电监测 台 套管监测 CIM-800 套管监测 开关柜 开关真空泡监测 VM-100 真空断路器真空泡真空度在线监测 台 无线测温监测 XJCW-900 开关柜触头附近温度监测 台 储能机构监测 BSM-800 台 避雷器在线监测系统 避雷器监测 ALM-800 避雷器在线监测 只 变电站主站系统 后台分析系统 CBS-8000 集中监视及数据上传 套 2、系统整体方案 设备状态监测和诊断的关键是在线监测技术，在线监测技术是实现智能设备状态可
4、视化的必要手段，是状态维修的实现基础，为其提供了实时连续的监测数据和分析依据。有效的在线监测系统可以随时掌握设备的技术状况和劣化程度，避免突发性事故和控制渐发故障的发生，从而提高高压电气设备的利用率，有助于从周期性、预防性维修向状态检修的转变，改善资产管理和设备寿命评估，加强故障原因分析。 在线监测、故障诊断、实施维修整个一系列过程构成了电气设备状态检修工作的内涵。因此，积极发展和应用变电站设备在线监测系统的最终目的就是为了以状态检修取代目前的定期维修，为其提供了分析诊断的依据，是状态维修策略不可或缺的组成部分。智能变电站监测总体方案如下图： 变电站状态监测典型方案架构 状
5、态监测系统系统结构 1）状态监测系统结构应为网络拓扑的结构形式，变电站内状态监测系统向上作为远方主站的网络终端，同时又相对独立，站内自成系统，层与层之间应相对独立，采用分层、分布、开放式网络系统实现各设备间连接。 2）站控层由状态监测系统综合平台组成，提供站内运行的人机界面，实现监视查看间隔层和过程层设备等功能，形成全站状态监测中心，并与远方主站状态监测系统进行通信。 3）间隔层由计算机网络连接的若干个综合数据集成单元组成（针对专业性较强，数据分析较为复杂的监测项目）。过程层由若干个监测功能组IED及状态监测传感器组成。 站控层综合数据单元均与过程层监测功能组主IED整合为状态监测I
6、ED，以减少装置数量，节约场地布置空间。过程层传感器由一次厂家成套。 4）状态监测IED采用IEC61850协议与站控层综合平台通信，各监测IED的评价结果通过站控层网络传输至综合平台，综合平台汇总并综合分析，监测数据文件仅在召唤时传送。 5）站控层综合平台设备与状态监测IED连接采用以太网，通信速率满足技术要求。 6）状态监测IED与过程层传感器的连接采用现场总线，通信速率满足技术要求。 3、产品介绍 3.1 GIS监测相关装置 GIS状态监测主要实现GIS状态监测功能，由就地监测组件和站控层综合分析系统共同完成，监视断路器机械装置和绝缘体的状态。监测子IED进行断路器机械特性
7、绝缘气体状况、局放放电量等进行分析计算，进行GIS的简单评估并将数到变电站监测中心。 就地在线监测IED接入标准的协议，通过采集各装置（传感器）信息，汇总到IED，通过软件分析处理，对GIS进行简单评估并通过IEC61850标准协议上传到后台中心。 GIS状态监测组件主要具备下述功能： 3.1.1 储能机构监测装置 BSM-800 BSM-800断路器状态监测仪可应用于10kV到500kV各种类型（少油、多油、真空、SF6）断路器的在线监测，并可以直接安装在断路器控制柜或控制室内，安装方便。它能够监测断路器导电回路、控制回路、储能机构的状态，记录主要开关触点的磨损状况。该仪器通过监
8、测断路器每一次分合闸动作期间产生的下列参数，来实现上述功能： l 分合闸时刻 l 断路器分/合状态 l 分合闸动作次数 l 电弧持续时间 l 主触头累计电磨损（以I2T表征） l 线圈分合闸时间 l 辅助触点动作时间 l 储能时刻 l 储能次数 l 分合闸过程三相电流波形 l 分合闸线圈电流波形 l 储能电机工作电流波形 技术性能 a)分合闸线圈、储能电机电流测量：采用电流传感器采样，电流传感器以穿心方式接入分合闸控制回路和储能电机电源回路。分合闸时间的测量不确定度为小于1ms；监测电流的测量不确定度不大于±1%（幅值）。 b)断路器分合位置和断路器储能状态监测：
9、分合闸位置通过辅助接点监测。储能状态通过储能状态节点获取，对这两个开关量的采集速度不大于0.1ms。 c)分合闸线圈动作分析：分合闸时间计算；分合闸线圈动作异常判别。 d)断路器位置信息分析：进行分合闸位置变位信息采集。 e)储能电机监测分析：储能电机运行电流采集；储能电机运行启动；储能电机过时报警。储能电机过流报警。 BSM-800装置通常安装在断路器所在线路的CT端子箱中。根据现场的不同情况，可选择的安装方式如下表所示。 位置 等级 好处 缺点 CT端子箱 推荐 安装简单，易于实现 无 独立柜体内 替换方法 增强电磁兼容性能 增加安装成本 3.1.
10、2 SF6密度微水监测 SF6-800 技术参数及监测对象 序号 参 数 名 称 单位 卖方产品参数 1 密度监测范围 MPa 0.01～1.0 2 密度传感器信号监测灵敏度 %（FS） ±0.75 3 微水监测范围 μL/L 20～1000 4 微水传感器信号监测灵敏度 %（FS） ±4 5 温度 ℃ －50～99 6 温度传感器信号监测灵敏度 ℃ ±1 7 测量内容 微水 密度 温度 8 显示内容 微水—时间关系 密度—时间关系 温度—时间关系 9 系统设计使用寿命 年 超过8年
11、 SF6微水密度监测装置通过一个SF6微水密度传感器将SF6浓度及微水的含量等数据传输到变电站监测中心。 SF6微水密度在线监测技术性能 a)系统功耗: 采集器：100VA，传感器单元：3VA。 b)工作环境：温度：-40℃～＋60℃，湿度：≤99％RH。 c)安装接口：根据断路器接口结构要求定制法兰盘或单向阀。SF6密度和水分通过密度传感器和湿度传感器监测。密度传感器和湿度传感器安装在本体外壳并通过导管和气室连通。传感器满足高压开关设备对其密封性、绝缘性要求，并在出厂时同高压开关一起完成出厂各项相关试验。 d)平均无故障时间：50000h。 3.1.3 GIS局放监测 DTM
12、800 GIS局放在线监测技术指标 表3 GIS局放在线监测技术指标 序号 参 数 检测范围 1 检测方法 UHF检测 2 最小放电量 10 pC 3 设备可检测的最小放电量 1pC 4 传感器检测灵敏度 6mm 5 测量频带 >300MHz 6 放电脉冲分辨率 小于20µs 7 放电故障类型自动诊断正确率 不低于95% 8 放电源定位精度 <50cm 9 阻抗 50 Ω GIS局放在线监测技术性能 a)监测及诊断系统具有扩展能力，并预留有足够的数据通道。 b)可实现设备局部放电的连续监测。 c)可根据实际情
13、况选择内置或外置UHF传感器。 d) 多通道监测主机。 e)触摸式操作显示屏，可在现场进行主机功能设置和监测数据观察。 f)局部放电波形测量、分析、显示和趋势分析。 g)对设备状态做出趋势分析。 h)通讯：USB 12Mbps;RS-485 500Kbps 1.2KM;光纤（可选） 1KM;TCP/IP。 j)电源：AC220V +/- 10%， 50Hz，0.5A。 k)系统抗干扰特性：系统有良好的电磁兼容性、绝缘性能、抗干扰性、抗腐蚀性。系统设计有屏蔽抗干扰措施，运行中能够区分局放信号与内、外界的干扰信号，如开合动作信号、自检信号、无线电、通讯信号等干扰信号。能够将高压开关设
14、备操作所产生的暂态波、及其他外界干扰信号（移动电话信号、雷达信号、电动机干扰、荧光灯等干扰信号）的影响最小化；系统设计有针对性措施以防止在GIS盆式绝缘子等位置引入的外部信号造成的干扰。 3.2 变压器监测相关装置 变压器状态监测装置有：变压器油色谱监测单元、铁芯接地电流监测单元、绕组测温、分接头在线油过滤、变压器局放监测。 3.2.1 变压器油色谱监测单元 TS3000 TS3000 变压器油色谱在线监测系统（多组分原理）是基于气相色谱技术的变压器油中溶解多组分气体在线监测产品。系统能按确定的周期在线检测出变压器油中溶解H2、CO、CH4、C2
15、H2、C2H4、C2H6 等全组分气体的含量。并通过专家系统判断是否存在潜伏性故障，是过热性故障还是放电性故障，并按设定的报警值进行声光报警。在线监测系统能通过手机短信把每次检测结果及时发送到相关人员手机上，便于及时了解到变压器运行状态。 1) TS3000 工作原理 TS3000 系统由气体采集模块、气体分离模块、气体检测及数据采集模块、谱图分析模块等几部分构成。 气体采集模块实现变压器油气的分离功能。在气体分离模块中，气体流经色谱柱后实现多种气体的分离，分离后的气体在色谱检测系统中，实现由化学信号到电信号的转变。气体信号由数据采集模块采集后通过通讯口上传给后台监控系统，该系统能进
16、行谱图的分析计算，并根据气体标定数据自动计算出每种气体的浓度值。故障诊断系统根据气体浓度值，用软件系统内的变压器故障诊断算法自动诊断出变压器运行状态,如发现异常系统能诊断出变压器内部故障类型并给出维修建议。 2) 系统构成 TS3000 变压器油色谱在线监测系统由在线色谱监测柜、后台监控主机、油色谱在线分析及故障诊断专家系统软件、变压器阀门接口组件以及不锈钢油管几部分组成。 3) 系统技术指标 项 目 内 容 检测原理 进口气敏传感器同时检测H2，CO，CH4，C2H2，C2H6，C2H4； 脱气方法 真空脱气 分离方法
17、 进口色谱柱 检测方式 进口气敏传感器 进样方式 电磁六通阀进样 温度控制 模糊PID 控制 数据采集 可调电路设计，自动捕峰和出峰分段增益 通信方式 RS485协议 网络协议 支持TCP/IP网络协议，支持远程监测与远程维护 显示方式 报表/趋势图/增量分析，数据可并入用户监控网络 故障诊断 IEC60599 、国标三比值法、两比值法、大卫三角形法、立方图示法等 显示内容 H2、CO、CH4、C2H6、C2H2、C2H4、TCG 报警方式 任意设定报警值，声/光报警，报警信号可远传 分析周期 系统默认24小时/次，最小4小时，由用户设定 数据
18、存储 根据硬盘大小 控温精度 ±0.3℃ 环境温度 -40℃～+80℃ 相对湿度 5-95%，无冷凝 最大日温差 32K 日照强度 1kW/m 2(风速0.5m/s) 海拔高度 ＜2000m 污秽等级 外绝缘爬电比距25mm/kv 覆冰厚度 20mm(风速不大于15m/s时) 通讯距离 1200M以内（无中继器） 工作电源 交流220V±10%，50Hz 载气 高纯空气99.999% 油气平衡时间 10 分钟 分析周期 最短1 小时，可任意设定 脱气模块寿命 八年以上 安装尺寸 1000 （长）×600 （宽）×1650 （高）mm
19、 抗振动 5-17Hz，0.1" 双峰位移；17-640Hz，1.5G峰-峰加速度 抗冲击 加速度：10G峰-峰 4) TS3000 检测指标 序号 气体 最小检测浓度 检测范围 监测精度 1 H2 1ppm 1-5000ppm ±10％或1ppm 取大者 2 CO 1ppm 1-5000ppm ±10％ 3 CH4 0.5ppm 0.5-4000ppm ±10％或1ppm 取大者 4 C2H6 0.5ppm 0.5-3000ppm ±10％或1ppm 取大者 5 C2H4 0.5ppm
20、 0.5-4000ppm ±10％或1ppm 取大者 6 C2H2 0.2ppm 0.2-2000ppm ±10％或1ppm 取大者 7 总烃 0.2ppm 0.2-8000ppm ±10％或1ppm 取大者 3.2.2 变压器铁芯接地监测单元 TIM-800 TIM-800变压器铁芯接地电流在线监测单元通过对变压器铁芯接地电流的监测来发现箱体内异物、内部绝缘受潮或损伤、油箱沉积油泥、铁芯多点接地等类型故障，从而及早发现潜伏隐患，提出预警，避免事故的发生，为设备实现定期检修到状态检修过渡提供技术保证。 原理 TIM-800利用高精度零
21、磁通电流传感器对变压器铁芯接地电流信号进行采集，通过对电流信号的运算和处理，得到电流信息，最终利用专家系统分析、判断、预测铁芯绝缘的健康状况。 技术指标： 序号 监测参数 检测范围 准确度等级 1 铁芯接地电流 100 uA～700 mA 小于1％或0.05mA 3.2.3 变压器分接头在线油过滤监测单元 TOF TOF系列变压器有载分接开关在线滤油装置是主要用于有载分接开关绝缘油的循环过滤。该装置能够在变压器系统正常运行的情况下有效地去除分接开关内油中的游离碳及金属微粒并可降低微量水份，确保油的击穿电压和使用寿命,有效地提高有载分接开关工作的安全性和可靠性,大大减少停
22、电检修次数，延长维修周期。 3.2.4 变压器局放监测单元 PD-MAT400 局放监测IED通过四个声学（AE）传感器和一个脉冲电流传感器测量并析取局部放电信号，将所有的脉冲计数和平均振幅保存在内存中。通过局放信号的振幅和频率，监测发生在变压器上的局放信号。监测参数：脉冲电流和局放超声波。 3.2.5 变压器套管监测 CIM-800 技术参数 参 数 测量范围 准确度要求 泄漏电流 0.1～700mA ±1% 电容量 50～35000pf ±1% 介质损耗 -50%～50% ±0.05% 安装简便：只需在被测电气设备下方安装本地测量单元，联接被测信
23、号，并把通讯接口和电源接口挂接到中央监控器提供的现场总线上即可，现场不需要对每个本地测量单元的检测精度进行调节。 测量准确：采用高精度及高稳定性的穿芯式零磁通电流传感器，配合先进的检测技术及数字化通讯技术，彻底解决了电容型设备介质损耗测量精度及稳定性问题，保证了对不同电气设备监测的同时性，使得监测数据具备较强的可比性，有效消除外部环境因素的影响，提高诊断结果的可靠性。 数据可靠：本地测量单元具备较为完善的自检功能，可及时反映出测量单元自身的工作状况。测量信号全部采用数字通讯方式传输，彻底消除了因工频电磁干扰所导致的模拟信号传输失真问题，提高了介损监测数据的准确度和可信度。 维护简单：所有
24、的本地测量单元均采用模块化结构设计，可互换使用，具备高度的通用性和互换性（包括电流传感器），可在设备带电运行的条件下对包括传感器在内的所有部件进行维修或更换。 安全可靠：所有容性设备的末屏电流信号均采用穿芯结构的电流传感器进行取样，并在取样端安装可靠的取样保护装置，不改变设备原有的电气接线，确保取样的安全性。整套监测系统的所有模块均采用工业化标准生产，全部经过高温老化和电磁兼容试验，并且选用德国进口机箱，具有较好的密封、防腐性能，满足长期运行的要求。 3.3 开关柜监测相关装置 开关柜状态监测装置图 3.3.1 真空度监测装置 VM-100 真空度监测装置：通过非接触式传感
25、器捕捉运行状态下的真空断路器（以下简称VCB）在真空度下降时发生的放电现象，并由装置软硬件回路来实时在线监测伴随VCB真空泄漏时放电信号的大小、持续时间、频率等在内的信息，及时在VCB发生真空泄漏初期发出告警信号，提醒运行人员进一步处理。 1) 技术参数： 1 检测基准 固定(规定为判断基准) 误差范围：±10% （X1挡） 2 灵敏度切换 转换开关分四段切换。 转换开关可在外部进行切换。 3 监测范围： 10-1Pa以上 4 频率测定 通过高通滤波器和低通滤波器的组合、提取放电范围内的信号。 5 输入回路 从传感器中出来的信号含有工业频率 (50Hz
26、/60Hz)最大250Vpeak、 6 动作判断基准 周期为５０ｍ秒以下、超出检测基准的信号持续30秒钟时，即判定为真空度异常，装置发出告警信号，闭合信号输出的接点，同时装置正面的检测输出“告警”灯亮。 7 外部信号输出 信号输出：请在以下两个中任选一个使用 ①自检中禁止出口的开出 ②自检中有出口的开出 节点输出由继电器自保持，通过复归信号打开。 ①出口接点机械寿命 接点回路在无负荷状态下，重复动作10，000回 ②出口接点电气寿命 接点回路在负荷状态下，重复动作1，000回 8 检测输出 “告警”显示灯：红色 9 消除输出 按下装置正面的“复位”按钮，外
27、部信号输出接点打开，同时装置正面的检测输出“告警”显示灯灭。 10 自检功能 带有自检功能，按下装置正面的“自检”按钮开始自检。自检的试验信号，以电压值为500mV、频率为16kHz的矩形波形式从滤波器输入部分追加进去。 检测中 “测试”(黄色)灯亮、动作正常的话30秒后 “告警” (红色)灯亮。 检测中禁止警报用外部接点输出。 30秒钟输出后，按下 “复位”按钮，回到自检开始以前的状态。 2) 安装示例： 3.3.2 无线测温装置 XJCW-900 开关柜无线测温装置：采用无线测温方式，可以安装到每台高压开关和母线接头上，装置配备标准通讯接口，可联网运行，通过上位计算
28、机，可记录高压设备实时运行温度的数据，并提供严格的温升变化率报警机制，为高压设备的维修提供累积数据依据，实现高压设备热故障的预知维修。 3) 无线式温度传感器性能指标： Ø 温度测量范围：-55～+125 Ø 精度：±0.5℃(-20～+80℃) Ø 分辨率：0.0625℃ Ø 温度测量周期：约75s Ø 户外型传输距离：小于300米。 Ø 供电：½AA 3.6V锂电池，工作时间＞5年。 Ø 射频标准：IEEE802.15.4。 Ø 外形尺寸：56mm×27mm×18mm。 4) 传感器安装实例： XJCW-900无线温度传感器有一个侧面是感温面，传感器测到的温度
29、就是该感温面的温度，若传感器放置在空气中，则测到的就是环境温度。为了准确测量物体表面的温度，应保证传感器的感温面与被测物体的表面紧密接触。 在安装 XJCW-900无线温度传感器前，首先要找到传感器的测温面，每一个无线温度传感器的底面即是传感器的测温面，将该面贴到被测物体表面，并用高温尼龙扎带将其固定在被测物体上，根据实际情况的不同，也可采用粘结或其它方法固定。 3.3.3 储能机构监测 BSM-800 开关柜储能机构监测与GIS储能机构监测相同，具体资料详见3.1.1。 3.4 避雷器在线监测系统 ALM-800 避雷器在线监测系统对变电所内的避雷器的泄漏电流进行在线
30、测量，并记录雷击记数，带数据上传功能，是常规避雷器表计的未来替代产品。 产品特点： l 光纤取样，保证测量精度准确性； l 取代传统的机械式计数器，实现泄漏电流的实时测量和通讯，具备雷击技术上传功能； l 解决了传输中的无源取样，高电压隔离等关键问题,高灵敏测量传感器保证了高精确度和灵敏度； l 485通讯模块； l 根据待监测避雷器组的个数和地址，添加和修改监测避雷器的设置。 l 针对不同的监测状态量，设置多个等级的报警阈值。 l 利用OPC技术，可以实时监测、显示避雷器的状态量，并对外实时提供避雷器状态信息。 l 可选择绘制避雷器状态信息的历史变化曲线。 l 根据状
31、态量的报警阈值设置，发送相应的报警信息。 3.5 站内状态监测主站系统 CBS-8000 系统不但是一个全站监测信息的数据中心，也是一个设备状态信息的发布平台，也是故障诊断、运行和检修维护的咨询管理平台。该套系统的建立和运用，促使传统意义上的在线监测系统从一个孤立的、静止的实验性系统过渡到全局的、网络化的、智能化的综合状态监测、诊断和服务管理系统。具有完善的数据分析和诊断功能，在向用户提供主设备状态信息的同时对可能的故障进行预警；对已经发生、正在发生或可能发生的故障进行分析、判断和预报，明确故障的性质、类型、程度、原因和部位，指出故障发生和发展的趋势及其后果，提出控制故障发展和消除故障的有效对策，达到避免电力设备事故发生、保证设备安全、可靠、正常运行的目的。 系统提供良好的数据展示功能。系统通过表格方式和曲线方式进行数据展示和预警。 监测服务器及显示器、通讯接口等可以组屏，这样不仅节省空间，而且美观，易于走线。 后台监控屏图示： 屏面布置图如下： 16
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