容性设备及避雷器在线监测系统.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流容性设备及避雷器在线监测系统.精品文档.北京波龙天宇科技有限公司产品资料THB-2变电站容性设备及避雷器在线监测系统北京波龙天宇科技有限公司一、产品简介：THB-2 变电站容性设备及避雷器在线监测系统，采用分层分布式的现场总线结构，由安装在变电站内的监控系统和安装在用户端的数据管理系统两部分构成，可对CT、CVT、 耦合电容器、套管、避雷器等高压电气设备的绝缘状况实施在线监测和诊断。用户通过局域网，可把若干个变电站监控系统的监测数据汇集到数据管理及诊断中心。THB-2 变电站容性设备及避雷器在线监测系统具有如下特点：1）站内的在线监测装置通过

2、现场总线连接，数据被统一收集到站控系统中，然后向上级系统 进行数据传送；局端综合系统收集各站控层的数据，形成独立数据中心。2）所有高压设备的状态监测信息全部存储于局端，同时各站独立保存监测信息，两级在线监 测系统可以独立运行。3）在THB-2数据中心的基础上，可以方便的结合调度系统 SCADA/EMS，生产管理系统 MIS 等 其他系统，形成高级设备状态管理体系。电话/传真：010-51220184 网址:1北京波龙天宇科技有限公司产品资料4）开放性、一体化设计、层次分明的中间技术，全面跨平台及基于广义软总线的分布式运行 管理。5）真正意义上的分层分布式系统结构，LC 系列就地智能监测单元按照

3、现场高压设备的分布 就地安装、就地数字化测量，并通过现场工业总线与站端中心管理单元进行通信。接线简 单，现场施工和后续维护工作量小，系统易扩充性，兼容性强。6） 提供全面的在线监测系统解决方案，广泛适用于 110kV 及以上电压等级的变电站和发电厂， 涵盖了几乎所有的高压设备，集成了电站内的电气量、非电量、稳态、暂态等各类设备状 态参数，各监测子系统基于统一的网络结构和后台管理系统。7）具有良好的运行业绩，目前已在 70 余个 220kV及2个 500kV 变电站安装使用（约监测近8000 台电气设备），最长连续无运行时间超过 7 年，其运行可靠性及监测有效性均得到验 证，并且及时发现了 14

4、 起绝缘缺陷，实时跟踪到绝缘劣化整个过程，积累了宝贵的故障 诊断经验。目前，该产品已在福建、云南、江苏等得到广泛应用。二、功能特点：1、配置灵活：采用分层分布式设计结构，增加或减少监测设备和监测项目均不需改变系统结构， 可根据需要在中央监控器提供的现场总线上挂接不同类型及数量的本地测量单元，实现对 变压器、互感器、耦合电容器、避雷器、套管、GIS、断路器等电气设备的监测和诊断；2、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，不需根据预试数据对每个本地测量单元的 检测精度及监测数据进行现场调整；电话/传真：010-

5、51220184 网址:2北京波龙天宇科技有限公司产品资料3、测量准确：采用高精度及高稳定性的零磁通电流传感器，配合先进的检测技术及数字化通讯技术， 决了电容型设备介质损耗测量和避雷器设备阻性电流测量的精度及稳定性问题，使 得监测数据具有较强的可比性；4、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并上 传给用户。测量信号全部采用数字通讯方式传输，彻底消除因工频电磁干扰所导致的模拟 信号传输失真问题，提高了监测数据的准确度和可信度。5、功能齐全：数据管理系统采用 MS SQL2000 大型数据库，具备较强的分析和诊断功能，能够根据 监测数据自动筛选出绝缘参数

6、异常的电气设备，发出报警并自动生成包括绝缘参数变化趋 势图在内的相关监测信息及监测报告。6、维护简单：所有的本地测量单元均采用模块化结构设计，符合标准化要求，具备高度的通用性和 互换性，可在不影响设备运行的条件下，对包括传感器在内的所有部件进行维修或更换。7、安全可靠：所有模块均采用工业化标准生产，具有良好的抗电磁冲击及温度突变性能，具备在多 个大型 220kV 及 500kV 及一个 750kV 变电站长期运行经验。8、经验丰富：具备 70 多个变电站的运行经验，最长无故障运行时间达 7 年，并发现 14 起电气设 备绝缘缺陷，积累了宝贵的现场运行及诊断经验。三、技术指标：THB-2监测系统

7、由后台管理及诊断系统（服务器）、站内中央监控器（主机）及若干种 功能各异的就地监测单元（智能传感器）组成，可根据监测需求，选用不同功能及数量的就 地监测单元，灵活地构成针对某种电气设备的专用监测系统。下表列出 SIM3 各种就地监测单元的功能及技术指标。监测内容监测参数测量范围监测精度监测单元类型系统电压母线电压35kV1000kV0.5%LC-PT系统频率4565Hz0.01%电容型设备（套管、CT、CVT、线耦）末屏电流100A1000mA0.5%LC-Cx介质损耗-100%100%0.0005等值电容30pF0.3F0.5%氧化锌避雷器泄漏电流10A100mA0.5%LC-AR阻性电流1

8、0A100mA1.0%容性电流10A100mA1.0%电话/传真：010-51220184 网址: 3北京波龙天宇科技有限公司产品资料四、系统构成THB-2 电气设备状态监测及故障诊断系统由安装在变电站内的监控装置和安装在用户端 的数据管理系统两部分构成。通过局域网，用户可把若干个变电站监控系统的监测数据，汇 集到数据管理及诊断中心并进行综合管理，其基本结构框图如下所示。1、本地测量单元THB-2 监测系统采用分布式现场总线结构，所有本地测量单元（LC）均安装在变电站电气 设备的运行现场，只要输入被测信号，把其通讯接口挂载到变电站中央监控器 SC 提供的 CAN2.0B 通讯总线上，连接 22

9、0Vac 交流工作电源，即可就地监测电气设备的绝缘参量，通过 现场总线把监测数据传送到站内的 THB-SC 中央监控器。THB-2系统中的本地测量单元（THB-LC）包括如下类型，可根据监测需求灵活进行配置。 其中：LC-CX：测量套管、CT、CVT、耦合电容器的介质损耗、电容量、泄漏电流（3 相）；LC-PT：测量系统电压，并为电容型设备的介质损耗测量提供相位基准（3 相）；LC-AR：测量氧化锌避雷器的阻性电流、容性电流及全电流（3 相）；LC-TR：测量变压器的铁心接地电流、油温、油位及油中溶解氢气及微水（3 路）；2、中央监控单元中央监控单元（SC）相当于监测系统主机，每个变电站通常使

10、用一台，可直接安装在电 气设备运行区域，不需占用主控室内有限的空间。中央监控器可通过 CAN 通讯总线控制各个 本地测量单元 LC 的工作状态，读取和处理测量数据及异常信息，并把最终获得的绝缘监测数 据按照下述方式存盘，随时接受远程数据管理系统（PC）的访问。现场只需提供一个可独立 使用的通讯信道（局域网），中央监控器即可实现远程通讯功能，随时接受远方数据管理系统 的访问。此外，中央监控器还具备短信报警功能，可定期发送监测系统的状态信息，并可在发现 被监测变电站存在异常电气设备时，及时发出预警短信，报告异常电气设备的监测参数。3、数据管理及预警系统用于远程汇集各个变电站内中央监控器 SC 的监

11、测数据并自动进行分析判断，可安装在 电话/传真：010-51220184 网址: 4北京波龙天宇科技有限公司产品资料管理部门的计算机中运行。通过局域网或 GPRS 无线通讯方式，THB-2数据管理系统可定时获得各个变电站的监测数 据，装载到 MS SQL 数据库（保存 10 年数据），对监测数据进行分析判断（具有监测数据分析、 查询、打印等功能），筛选出绝缘参数异常的电气设备，自动生成包括绝缘参数变化趋势图在 内的监测报告，便于管理人员做出更为精确的诊断。中央监控器本身还具备 Web 功能，通过 IE 浏览器，用户不但可直接查询当前的监测数 据，还可及时了解整套监测系统的运行状况。由于THB-

12、2监测系统采用分布式测量结构，各个测量单元同时进行测量，即在同一时刻 完成对所有被测电气设备的测量，故可方便地排除外部变化对监测结果的影响。因为结构相 同的电气设备在同一时刻所受到的影响因素基本相同，其监测数据间具有较强的可比性，通 过纵向或横向的比较，可方便地把各种干扰因素在这一时刻所造成的影响当成一个确定的误差来剔除，最终得到被测电气设备本身绝缘状况的真实变化。五、监测原理（一）电容型设备（套管）介损及电容量的监测THB-2监测系统是通过就地安装的 LC-CX 单元，实现变压器套管、CT、CVT 及线路耦合电容器等电容型设备绝缘缺陷的监测，具体安装结构如下图所示，每台 LC-CX 单元可监

13、测 1组3 相电容型设备，当监测多组电容型设备时，仅需通过现场总线把多台 LC-Cx 单元连接起来即可。该监测单元采用高精度有源零磁通传感器从被测设备末屏接地线上获取被测信号，就地对被测的 3 相信号进行全数字化处理，精确获得被测信号的工频基波相位信息，然后上传至中央控制器（SC），由 SC 计算出该电容型设备的介质损耗和电容量。电话/传真：010-51220184 网址: 5北京波龙天宇科技有限公司产品资料介质损耗 tg及电容量参数，可较为灵敏地发现电容型高压套管的绝缘缺陷，现行的预防性试验也把该参数作为主要测量对象。如果利用在线监测手段，在设备的运行过程中实时 监测这两个参数，不但可及时发

14、现运行设备的绝缘缺陷，还可达到延长甚至替代常规预防性 试验的目的。信号取样及测量是电容型设备绝缘在线监测系统的关键技术，它将直接影响到使用的安 全性和监测的有效性。THB-2 监测系统采用了先进的自动补偿式电流传感器，除了选用起始导 磁率较高、损耗较小的坡莫合金作铁芯外，还采用了独特的深度负反馈补偿技术，能够对铁 芯的激磁磁势进行全自动补偿，保持铁芯工作在接近理想的零磁通状态。长期使用经验表明， 这种穿芯结构（穿芯孔径为25mm）的电流传感器在检测 100A1000mA 的工频电流信号时， 相位变换误差均不大于0.01（tg误差相当于 0.02%），并且不受环境温度及电磁干扰的 影响，从根本上

15、解决了对电容型设备末屏电流信号的精确取样问题。要实现电容型设备介质损耗参数的在线监测，最关键技术是如何准确获得并求取两个工频基波电流信号的相位差。早期所采用的均是建立在模拟信号处理基础上的“过零比较”技术，通过计数器方式获得两个信号的时间差，然后再根据信号周期转换成相位差。该方法对 硬件电路的稳定性要求较高，电路自身的漂移、谐波干扰的影响均是难以克服的问题。THB-2 监测系统则采用了全数字化的快速傅里叶变换方法（DFT）来求取信号相差，该方法的最大优点是不需使用复杂的模拟处理电路，长期工作的稳定性可得到保证，且能有效抑制谐波干扰 的影响。电容型设备的介损测量通常需要选用母线电压作为相位测量的

16、基准。传统的处理方式 是把母线 PT 的二次侧电压信号直接提供给检测系统，其主要缺点是现场布线复杂，基准电压 信号在长距离的传送过程中易受电磁场干扰的影响，有可能导致介损测量结果失真，且取样 的安全性也难以保证。借助于先进的现场总线控制技术和高精度的相位测量技术，THB-2 监测 系统率先提出并采用了一种新颖的相位比较测量方式（见下图），较好地解决了基准电压信号的取样问题，可准确求取两个被测电流信号基波分量的相位差。电话/传真：010-51220184 网址: 6北京波龙天宇科技有限公司产品资料U220VacPT RsIsRsIsCxLC1LC2UnInCTCTCTCTIxUnUsUsUxA/

17、DFFTA/DFFTPh(n-s)RS485Ph(x-s)Ph=Ph(x-s) - Ph(n-s)SCTan=Tan(/2-Ph)具体测量原理如上图所示：母线 PT 的二次电压信号 Un 经过电阻 R 变换为电流信号In，由安装在 PT 下方的本地测量单元 LC-PT 单元（LC1）进行检测，电容型设备 Cx 的末屏电流信 号 Ix 则由本地测量单元 LC-CX 单元（LC2）检测。在中央监控器 SC 的控制下，两个本地测量 单元 LC1 及 LC2 的信号采集系统同时启动，对传感器输出的模拟电压信号同步进行采样及 FFT 变换处理，得到输入信号 Un 及 Ux 相对于 220Vac 工作电源

18、 Us 的基波相位 Ph(n-s)和 Ph(x-s)。 中央监控器 SC 只需通过现场通讯总线读取 LC1、LC2 对应的相位测量结果，即可计算出电容 型设备末屏电流信号 Ix 相对于母线电压 Un 的相位差 Ph，从而获得其介质损耗 Tan和电容 量 Cx 等绝缘参数。通过近几年的发展，THB-2产品日臻成熟，目前已在 60 多个大型变电站安装运行，共发 现 14 起绝缘缺陷。特别是 2007 年 5 月在南方电网某水电站，及时发现 500kV 并联电抗器高 压套管部分电容屏击穿缺陷，充分证明了监测的有效性和必要性。THB-2 产品在监测电容型设备介损及电容量方面，具备如下技术优势：1）首家

19、采用“就地测量、数字传输”的分布式结构。该技术的提出和推广，对国内在线监 测技术的发展和应用起到积极作用，目前已得到用户及同行的广泛认可。2）7 年以上的连续运行监测经验，共有效检出 14 起设备缺陷，并跟踪到绝缘裂化的全过程， 其有效性得到有效证明，积累了宝贵的故障诊断经验；3）采用“同步测量、相对比较、趋势判断”诊断技术，避免了 PT 基准电压信号的影响，提 高监测系统运行及诊断的可靠性；4）宽量程高精度穿芯式电流传感器，既不影响一次设备的安全运行，又具有精度高、稳定 性好、互换性强等特点；（三）变压器铁心接地电流、油温及负载电流的监测THB-2系统通过就地安装的 LC-TR 单元，实现对

20、变压器铁心及夹件接地电流的监测，并可同时监测变压器的油温、油位及负载电流，有利于了解变压器的运行工况。如果需要，还 可安装 LC-SWK 来监测有载调压开关的动作次数和累计动作电流等参量。在监测变压器的铁心及夹件的接地电流时，仅需就近安装 1 台 LC-TR 单元即可。其中铁 心接地电流信号通过穿芯式电流传感器（小 CT）获取，不影响原铁心接地结构，但需在电话/传真：010-51220184 网址: 7北京波龙天宇科技有限公司产品资料变压 器停运时方可接入信号。对于油温、油位及负载电流的监测，仅需把变送器信号通过隔离措施后引入 LC-TR 单元即可。油温及负载电流信号通常可直接从主控室中相应变

21、送器输出的 4-20mA 接口中获取，如果需监测油位状态，则通常需在油枕中安装专用的油位变送器。（三）氧化锌避雷器的监测THB-2监测系统可通过就地安装的 LC-AR 单元，来实现氧化锌避雷器绝缘缺陷的监测，具 体安装结构如右图所示，被测信号通常可直接从计数器上端获取，并使用高频阻尼线圈来保 证不影响过计数器的正常工作。每台 LC-AR 单元可监测1 组 3 相避雷器，当监测多组避雷器时，仅需通过现场 总线把多台 LC-AR 单元连接起来即可。该监测单元采用 容性电流补偿技术，可就地对获得的 3 相泄漏电流信号 进行数字化处理，精确获得被测信号的工频基波相位信 息，然后上传至中央控制器（SC）

22、，由 SC 计算出该避雷 器的阻性电流和全电流。运行状态下氧化锌避雷器阻性电流分量的变化，是判定阀片劣化或受潮程度的有效方法，现行的预防性试验规程及目前的在线监测装置，也均把避雷器的全电流和阻性电流作为主要检测参数，因此，通过监测氧化锌避雷器的阻性电流、容性电流及全电流，可较为灵敏地发 现设备受潮、老化等缺陷。氧化锌避雷器阻性电流的在线监测，通常采用容性电流补偿法，它是利用从 PT 上取得的 电压信号对避雷器泄漏电流中的容性分量进行补偿，最后剩下的即为阻性电流分量。对于阻 性电流基波分量的检测，THB-2监测系统采用了与电容型设备完全类似的方法，即采用“虚拟 基准”过渡技术，利用避雷器监测单元和基准电压监测单元同时测量避雷器的泄漏电流和电 压信号，得到基波电流和电压的幅值和相角，然后将基波电流投影到基波电压上，即可得到 阻性电流的基波分量。与其它检测方法（如三次谐波法、电场感应法法）相比，阻性电流基波分量检测法可有效避免电网谐波的影响，测量精度也相对较高。电话/传真：010-51220184 网址: 8