变电站智能化设备与状态监测系统解决技术方案

变电站智能化设备与状态监测系统解决方案1主要内容变电站智能设备状态监测系统解决方案概述变电站智能设备状态监测系统详细设计2变电站智能设备状态监测系统解决方案概述整体方案站内系统结构方案概述系统特点3整体方案智能变电站状态监测中心系统由监测中心系统软件和各变电站的状态监测系统共同组成。中心通过电力通信网络连接各变电站（应用IEC61850标准或104规约或B/S结构访问服务），获取各变电站的实时信息，和评价结果，同时可以调用各变电站内的设备历史数据、特征曲线等信息。各变电站状态监测系统还可以通过电力通信网络及路由器实现信息共享，为智能电网的互动性、共享性要求做好有力的支撑。4状态监测中心系统结构框图路由器交换机远方数据处理及通信装置交换机主变压器监测功能组主IED(由通用检测单元装置兼任)铁芯电流专业检测单元油色谱专业检测单元GPS以太网以太网B/S结构104状态监测站VDU打印机IEC61850电力数据通信网过程层交换机GIS监测功能组主IED(由通用检测单元装置兼任)避雷器专业检测单元局部放电专业检测单元IEC61850过程层交换机交换机其他变电站。。。。。。。监测中心/远方调度IEEE1588网络对时方式5站内系统结构智能设备系统框图6方案概述本方案采用思源电气的智能组件平台，接入思源电气在市场上成熟的油色谱在线监测系统；铁芯电流在线监测系统；避雷器在线监测系统；断路器机械特性在线监测系统，其中包括断路器分合闸线圈电流波形、储能电机工作状态；断路器网络化操控、数字化测量等智能化设备。思源电气作为智能变电站状态监测系统的集成供应商，能够提供较为完备的站级智能设备状态监测的系统解决方案。7变电站设备需求表1.变压器智能化项目功能组项目设备选型安装位置实现功能要求控制冷却器UDM-502-T合并单元变压器智能组件柜控制风扇4组，8个控制结点实现智能组件控制有载分接开关UDM-502-T合并单元变压器智能组件柜有载调压的控制实现智能组件控制测量集成CTUDM-502-T合并单元智能组件柜测量数字化IEC61850-9-2监测顶层油温BWY-804J(TH)，UDM-502-T合并单元智能组件柜2个测温点DC4－20mA电流底层油温BWY-804J(TH)，UDM-502-T合并单元智能组件柜2个测温点DC4－20mA电流光纤绕组测温-智能组件柜通道数变送器接口不用传感器，用公式计算得到油中溶解气体TROM-600HW-SD，UDM-502-T合并单元智能组件柜8气+微水监测485接口油中水分铁心接地电流TIC-I-SD，UDM-502-T合并单元智能组件柜1个电流通道穿心CT主油箱气体压力光纤压力传感器，UDM-502-T合并单元主变本体气体压力变送输出DC4-20mA局部放电DMS局放监测设备主变本体，智能组件柜局部放电的超高频信号外置式传感器8变电站设备需求表2.GIS智能化项目功能组项目设备选型安装位置实现功能要求控制网络化操动控制UDM-502-G合并单元GIS智能组件柜GOOSE跳合闸包括同一间隔隔离开关、接地开关等，支持顺序操作测量GIS互感器UDM-502-G合并单元GIS智能组件柜测量数字化智能组件集成合并单元监测位置信息UDM-502-G合并单元GIS智能组件柜开关、刀闸的位置空结点气体密度埃肯GIS智能组件柜共50点485信号SF6气体水分分合闸线圈电流波形UDM-502-G合并单元GIS智能组件柜机械特性4-20mA分合闸时间UDM-502-G合并单元GIS智能组件柜机械特性4-20mA储能电机工作状态UDM-502-G合并单元GIS智能组件柜机械特性4-20mA局部放电PSDGIS智能组件柜共48点数IEC61850避雷器状态JC1-10/800GIS智能组件柜泄漏电流、动作次数4-20mA9变电站设备需求功能组项目设备选型安装位置实现功能要求测量10kV开关柜在线测温QS-Safe1000光纤光栅在线测温系统智能组件柜在线测温输出485接口表3.10kV开关柜10变电站设备需求功能组项目设备选型安装位置状态监测平台状态可视化SHR-5000SD主控室基本告警功能可编程专家诊断系统表4.状态监测平台11系统特点我们提供的变电站智能设备状态监测系统方案，充分结合了公司自身技术、生产、市场优势，提供国际先进的TROM-600HW-SD智能油色谱在线监测系统、TIC-I-SD智能铁芯电流在线监测系统、JC1-10/800避雷器在线监测系统、SD-CB-CBM断路器状态监测系统，同时可以方便地接入市场上成熟的ECOM公司的SF6微水监测系统，而且该变电站智能设备状态监测系统对于加拿大OPSENS公司的光纤压力监测系统同样可以方便接入。该变电站智能设备状态监测系统提供了其他站内在线监测子系统的接入兼容接口，使系统扩展及升级非常便利。12系统特点思源电气变电站智能设备状态监测系统，由功能传感变送器、智能组件柜、系统层网络、状态监测系统软件有机组成。通信协议完全符合IEC61850标准，模型符合IEC61850-90-3的标准框架。遵循《Q/GDWXXX-2009高压设备智能化技术导则》，融合了数学模型、模式识别、数据挖掘等先进工具的专家系统，使系统具有“测量数字化、控制网络化、分析就地化、状态可视化、功能一体化、信息互动化”的特征。13系统详细设计智能组件设计组网方案设计状态监测系统14智能组件平台可灵活扩展，具备下列功能：接入电子式PT、CT；模拟量输入（4~20mA,0~5V）及可编程的485/CAN接口，可方便接入各式传感器；可监视并控制断路器、隔离开关、接地开关、快速接地开关等；集成保护、测控、计量功能；具有PT并列、电压切换功能；智能组件与系统层间实时传输SMV、GOOSE报文，支持站域保护；网络满流量时保证GOOSE响应的实时性，可靠抵御网络风暴；支持IEEE1588-2008或秒脉冲对时；能够适应户外运行环境，工作温度范围-40℃~+85℃；15智能组件柜的环境适应能力电磁兼容能力，可适应智能组件柜内强电磁干扰环境；电磁兼容性能电压渐变抗扰度+20%～-20%电压暂降和短时中断抗扰度50%暂降0.1s，中断0.05s浪涌（冲击）抗扰度4级电快速瞬变脉冲群抗扰度4级振荡波抗扰度3级静电放电抗扰度4级工频磁场抗扰度5级脉冲磁场抗扰度5级阻尼振荡磁场抗扰度5级射频电磁场辐射抗扰度3级16IEC61850标准服务支持基于SISCO通信标准库开发的IEC61850-8-1的站层通信协议标准MMS；支持过程层实时状态量采集和命令控制的IEC61850-8-1的GOOSE协议标准；支持过程层模拟量电流、电压的采样值服务IEC61850-9-2标准格式；17IEC61850标准互操作工具支撑最新IEC61850变电站配置文件Schema语法校验功能保证了模型、服务的配置文件互操作性；灵活的映射规则管理方案保证了应用模型的标准互操作（模型标准化存在地区差异）；各种开入、开出虚端子设计使得装置之间的信号连接配置的标准化；系统配置工具一、二次一体化设计，SSD和FUN；KEMA一致性认证是满足IEC61850互操作的基本要求；18KEMA认证19智能变压器建模实例逻辑节点智能变压器模型20逻辑节点变压器：(powertransformer)类型名称默认关联逻辑节点默认terminal数PTR变压器YPTRYEFNYLTCYPSH2卷变默认下跟2个绕组，3卷默认跟3个绕组（PTW）PTW变压器绕组1(这里将YEFN及YPSH都列了出来，其中YEFN为消弧线圈，YPSH为避雷器)21智能变压器模型变压器独立建立间隔。一次设备用PTR、PTW等建模。过程层接口LN固定包括YPTR、YLTC。如下为示例：<PowerTransformername=”1#主变”type="PTR"><LNodeiedName="None"ldInst="None"lnClass="YPTR" lnType="YPTR"lnInst="1"prefix=""desc=""/><LNodeiedName="None"ldInst="None"lnClass="YLTC" lnType="YLTC"lnInst="2"prefix=""desc=""/><LNodeiedName="None"ldInst="None"lnClass="YEFN" lnType="YEFN"lnInst="3"prefix=""desc=""/><LNodeiedName="None"ldInst="None"lnClass="YPSH" lnType="YPSH"lnInst="4"prefix=""desc=""/><TransformerWindingname="SHRTw1"type="PTW">

<Terminalname="Term1"connectivityNode="null/null/null/null" substationName="null"voltageLevelName="null"bayName="null"cNodeName="null"/>

</TransformerWinding><TransformerWindingname="SHRTw2"type="PTW">

<Terminalname="Term1"connectivityNode="null/null/null/null" substationName="null"voltageLevelName="null"bayName="null"cNodeName="null"/>

</TransformerWinding>

</PowerTransformer>22组网方案智能组件柜变压器智能组件柜方案断路器智能组件柜方案测量数字化方案避雷器监测方案23变压器智能组件柜方案状态监测项目智能组件柜设计方案状态监测设备介绍变压器监测系统安装图24变压器状态监测项目监测内容：电子式互感器：电流数字化主油箱气体压力：光纤压力传感器顶层油温和底层油温：铂电阻油中气体分析及油中微水：油色谱（8气+微水）铁芯接地电流：选用穿心CT检测技术25智能组件的设计原则各功能模块完全电气隔离内部信息只在智能组件内部站域共享信息连接至网络根据功能装置独立26变压器智能组件柜设计方案一仅含一次设备的状态监测27变压器智能组件柜设计方案二含控制、保护、跳闸，提供完整的一体化智能设备解决方案28智能组件柜方案说明智能单元：完成冷却器、有载分接开关等控制功能；合并单元：负责接入套管CT(电子式互感器或传统互感器);通用检测单元：负责接入温度、压力、液位等通用接口的信号，及瓦斯等非电量信号；此通用检测单元可作为监测功能组主IED。专业检测单元：针对油中溶解气体、油中水分，铁心接地电流，UHF变压器局放检测，TMB高压套管绝缘在线监测等专业性较强，数据分析较为复杂的监测项目；各专业检测单元装置物理独立。如果专业检测单元输出信号不符合IEC61850标准，则需要经过通用检测单元来建模和转换，此通用检测单元功能可由监测功能组主IED完成。智能组件通过间隔数据单元实现与系统层的IEC61850通信；智能组件通过过程层数据单元实现智能组件之间的IEC61850通信；29监测设备介绍从原理、实物图、技术参数、接口等4个方面进行简单描述30TROM-600HW-SD智能油色谱在线监测系统

原理：系统有强制油循环功能，保证对变压器中的流动油实时取样。变压器中的油通过强制循环装置进入油气分离装置，通过高效的真空油气分离装置将变压器油中的特征气体完全分离。被分离的气体进入检测系统，通过色谱柱、传感器，将气体浓度值转换成相应的电信号。技术参数接口输入：循环油管输出：RS48531TIC-I-SD智能铁芯电流在线监测系统

原理穿心CT技术参数测量范围：1mA~10A；不确定度：2.5%密封等级：IP55接口输出：RS48532JC1-10/800避雷器在线监测系统原理对阻性电流进行在线监测：利用数字采样处理方法要从阻容共生的总泄漏电流中分离出微弱的阻性电流技术参数泄漏电流 100μA～10mA ±5%动作次数 0~999 阻性电流 100μA～10mA ±5%接口输出：RS48533顶层油温、底层油温

原理：热电阻的热阻变化效应接口：输入：铂电阻（PT100，Cu50等） 接入UDM-502合并单元输出：电阻值34OPSENS的变压器光纤温度、压力在线监测设备原理：光纤温度传感器光纤压力传感器技术参数温度：-30~120°C精度：<±0.5°C压力范围： 5mbar-700bar工作温度： -40°Cupto125°C测量精度： 0.05%接口输出：4-20mA35PD-TM500A系列局部放电在线监测系统原理：系统采用的传感器分别为超声波传感器（AE），高频电流传感器（HFCT），AE传感器用于测量伴随局部放电产生的超声波信号，HFCT传感器则用于监测高频脉冲泄漏电流。技术参数-AE：频率：80KHz－300KHz -HFCT：频率：100KHz－30MHz最低局放监测量：20pC 最低局放监测量：1pC采样速度：16MHz(最大) 采样速度：20MHz(最大)使用寿命：大于10年 使用寿命：大于10年-数字化：最小可在三个电源周波内进行五通道同时数字转换接口输出：4-20mA36变压器监测系统安装图37GIS智能组件柜方案状态监测项目智能组件柜设计方案状态监测设备介绍GIS监测系统安装图38GIS状态监测项目监测内容：SF6气室：微水、压力、温度组合型电子式互感器：电流、电压信号数字化断路器：分合闸时间、速度、分合闸线圈电流，储能电机工作状态（工作时的直流电流、电压波形），操作次数（含偷跳），开断电流加权值统计等局部放电：采用超高频原理，可实现局放定位避雷器状态：泄漏电流、动作次数39GIS智能组件的设计方案一仅含一次设备的状态监测40GIS智能组件的设计方案二含控制、保护、跳闸，提供完整的一体化智能设备解决方案41智能组件柜方案说明智能单元：完成开关、刀闸等分合控制功能；合并单元：负责接入套管CT(电子式互感器或传统互感器);通用检测单元：负责接入温度、压力、液位等通用接口的信号，及瓦斯等非电量信号；此通用检测单元可作为由监测功能组主IED。专业检测单元：针对油中溶解气体、油中水分，铁心接地电流，UHF变压器局放检测，TMB高压套管绝缘在线监测等专业性较强，数据分析较为复杂的监测项目；各专业检测单元装置物理独立。如果专业检测单元输出信号不符合IEC61850标准，则需要经过通用检测单元来建模和转换，此通用检测单元功能可由监测功能组主IED完成。智能组件通过间隔数据单元实现与系统层的IEC61850通信；智能组件通过过程层数据单元实现智能组件之间的IEC61850通信；42监测设备介绍从原理、实物图、技术参数、接口等4个方面进行简单描述43SD-CB-CBM断路器状态监测系统原理：分合闸电流、电机工作电流电压：霍尔传感器断路器行程：光电码盘技术参数霍尔传感器额定测量范围：25A线性范围：0～±50A额定输出电压：4V±1%零点失调电流：±0.04V以下atIPN=0光电码盘输出方式：格雷2进；输出上升下降时间：1μS以下；最高响应频率：20kHz；环境温度范围：工作时：-10～+70℃，保存时：-25～+85℃（不结冰）；环境湿度范围：工作时、保存时：35%～85%RH(不结露)；绝缘电阻：20MΩ以上（DC500V兆欧表）充电部整体和外壳之间；耐电压：AC500V、50/60Hz、1min、充电部整体和外壳之间；振动（耐久）：10～500Hz复振幅2mm150m/s2X、Y、Z各方向3次；冲击（耐久）：1000m/s2X、Y、Z各方向3次；保护结构：IEC规格IP65。接口：4-20mA（模拟量采样接口）RS485（传输码值）44SF6气体密度、压力、微水原理微水:露点原理传感器技术参数SF6气体水分指标：-60℃～+20℃露点，精度：±2℃；SF6气体水分显示范围：10～20000ppm；SF6气体水分报警值：300ppm预设，（可根据用户实际要求需要设定）压力检测范围：0～1.000Mpa；压力报警点：任意设置；压力精度：＜1%或更优；温度：-40℃~+80℃，（OLED液晶屏温度：-30℃~+120℃）；温度精度：±1℃；密封性能：漏气率≤1*10-8mbar.l/s(氦气检漏)；传输方式：CAN/或RS485（主干线）；传输距离：≥1000米（加中继器可延长传输距离）；检测点的数量：无限量；接口RS48545GIS局部放电在线监测系统原理捕捉GIS设备发生局部放电时的，从低频到数百MHz甚至1GHz以上频谱信号通过局放信号到不同UHF传感器的时差，局放的信号通过电磁波进行传递，不同传感器接收到局放信号会有时间差，系统通过时差法来准确确定局部放电源的位置。技术参数灵敏度<5pC检测带域0.5~1.5GHz接口输入：UHF信号；输出：IEC61850标准，状态信息。

46GIS局部放电在线监测系统图-局放传感器安装位置示意图

图-局放本地数据处理单元

图-局放专用检测单元(CCUUnit通讯单元)

图-综合后台服务器47GIS监测系统安装图4810kV开关柜测温49QS-Safe1000光纤光栅在线监测系统系统由温度感应部分、数据传输部分和主控部分组成。温度感应部分由光纤光栅温度传感器及光纤尾纤组成；数据传输部分为主光缆；主控部分由QSA01光纤传感分析仪和QS-Safe1000光纤光栅在线监测智能工作站（工控机1台、显示屏1台、短信报警模块一只、声光报警器一只、智能监控软件1套）组成。由光纤光栅在线监测智能工作站接入智能组件，进行IEC61850建模，并上送监测平台。50状态监测系统状态监测系统，包含3方面功能：状态可视化基本告警功能可编程专家诊断系统51状态可视化对于各种状态监测，状态监测系统可以实时查看各种状态量的当前值、并可根据时间段选择生成各种历史数据的趋势图，且提供数据的报表导出功能，以方便使用分析。52油色谱在线监测

图-油色谱气体浓度趋势图图-三比值分析

图-大卫三角形分析