1、MDD3000T 变压器智能在线监测系统设计方案宁波理工监测科技股份有限公司 AMDD3000T变压器智能在线监测系统设计方案宁波理工监测科技股份有限公司2010 年 09 月MDD3000T 变压器智能在线监测系统设计方案宁波理工监测科技股份有限公司 i目 录1、 MDD3000T 系统结构图 .12、 MDD3000T 系统主要功能 .12.1、 对变压器的在线监测功能 .12.2、 对变压器的分析评估功能 .23、 MDD3000T 系统组成与子系统介绍 .33.1、 MDD3000T 变压器智能汇控柜组成 33.2、 iMAS2020T 嵌入式处理器 .53.2.1、 技术特征 53.
2、2.2、 功能组成 53.2.3、 变压器过载能力评估 63.2.4、 变压器综合故障诊断与状态评估 83.3、 iMGA2020 色谱微水监测智能组件 .93.3.1、 组成及监测原理 93.3.2、 主要技术特征 93.3.3、 主要技术指标 103.3.4、 在线色谱分析与故障诊断 103.4、 iPDM2020T 局部放电监测智能组件 .113.4.1、 工作原理 113.4.2、 主要技术特征 123.4.3、 主要技术指标 133.4.4、 系统的关键技术 133.4.5、 主要功能及评估方法 173.4.6、 UHF 传感器安装 .213.5、 iIMM2020 套管绝缘监测智能
3、组件 223.5.1、 iIMM2020 组成 .223.5.2、 主要技术特征 233.5.3、 主要技术指标 233.5.4、 套管绝缘故障诊断模型 243.6、 iOLTC2020 有载开关监测智能组件 253.6.1、 iOLTC2020 组成 .263.6.2、 有载开关特性评估 273.7、 iCSM2020 冷却单元监测智能组件 283.7.1、 监测项目 293.7.2、 热模型法监测绕组热点温度 303.7.3、 绝缘老化率与剩余寿命评估 313.7.4、 冷却系统状态监测与控制 323.8、 iOFT2020 绕组温度光纤监测智能组件 .333.8.1、 iOFT2020
4、组成及监测原理 333.8.2、 主要技术特征 343.8.3、 主要技术指标 353.8.4、 技术优势 353.9、 iOCM2020 工况信息监测智能组件（控制参量测量 IED） 36MDD3000T 变压器智能在线监测系统设计方案宁波理工监测科技股份有限公司ii3.9.1、 iOCM2020 组成及监测功能 363.9.2、 主要测量参量技术指标 363.9.3、 工况信息测量说明 373.9.4、 铁芯接地电流监测 374、 宁波理工生产该产品经历 385、 宁波理工典型业绩 396、 安装现场照片 40MDD3000T 变压器智能在线监测系统设计方案宁波理工监测科技股份有限公司 1
5、1、MDD3000T 系统结构图2、MDD3000T 系统主要功能2.1、对变压器的在线监测功能项目 监测内容 智能组件油中溶解气体油中水含量 iMGA2020器身局部放电 iPDM2020T介质损耗等值电容套管泄露电流iIMM2020铁心 铁心接地电流 iOCM2020绕组 绕组热点光纤温度 iOFT2020冷却器风扇及油泵运行状态冷却单元 冷却器风扇及油泵马达驱动电流和电压 iCSM2020MDD3000T 变压器智能在线监测系统设计方案宁波理工监测科技股份有限公司2项目 监测内容 智能组件冷却器风扇及油泵累计运行时间冷却器智能化控制环境温湿度变压器负荷电流及电压顶部油温底部油温绕组热点温
6、度触头位置及触头磨损状态马达驱动电流及电压保护继电器状态在线滤油机运行状态有载开关OLTC 智能化控制iOLTC2020瓦斯含量及瓦斯继电器状态主油箱油位及油位状态OLTC 油箱油位及油位状态工况信息泄压设备状态iOCM20202.2、对变压器的分析评估功能智能组件 分析项目 分析模型油中溶解气体组分浓度iMGA2020油中溶解气体组分的产气速率GB/T 7252（IEC 60599）三比值法大卫三角法TD 图状态显示及分析伴生增长缺陷类型识别放电量放电次数放电类型iPDM2020T放电位置IEC62478GB/T 7354（IEC60270 ）-q-n 图分析趋势分析关联分析放电类型识别介质
7、损耗等值电容iIMM2020泄露电流DL/T 962-2005趋势分析模糊判断相间关联分析变压器老化速率变压器寿命损耗iCSM2020绕组热点温度DL/T 984-2005IEEE C57.91-1995 / IEC354IEC60076-7 及 GB/T15164iMAS2020T 变压器状态综合评估 自有评估模型MDD3000T 变压器智能在线监测系统设计方案宁波理工监测科技股份有限公司 33、MDD3000T 系统组成与子系统介绍3.1、MDD3000T 变压器智能汇控柜组成变压器智能汇控柜是变压器的智能化装置，主要由 iMAS2020T 嵌入式处理器（主 IED） 、iMGA2020
8、色谱微水监测智能组件、iPDM2020T 局部放电监测智能组件、iIMM2020 套管绝缘监测智能组件、iCSM2020 冷却单元监测智能组件、iOFT2020 绕组温度光纤监测智能组件、iOLTC2020 有载开关监测智能组件、iOCM2020 工况信息监测智能组件以及光纤交换机组成，并可根据需要扩展其他监测智能组件。各智能组件均采用无风扇冷却方式以提高可靠性，采用上架式19 英寸标准机箱安装在汇控柜内。智能汇控柜在现场就近变压器安装，采用双 220V 交流电源或双 220V 直流电源供电，通过电源自诊断实现电源的自动切换。汇控柜采用不锈钢和具有磁屏蔽功能涂层的保温材料组成的双层结构，内部有
9、温湿度自动调节功能，确保汇控柜内所有智能组件和电气元件工作在良好的环境条件下。(a) 外观图 (b) 柜内布置图 MDD3000T 变压器智能在线监测系统设计方案宁波理工监测科技股份有限公司4(c) 实物图MDD3000T 智能汇控柜站控层光纤交换机过程层光纤交换机i M A S 2 0 2 0 T 嵌入式处理器i M G A 2 0 2 0 色谱微水监测智能组件i P D M 2 0 2 0 T 局部放电监测智能组件i I M M 2 0 2 0 套管绝缘监测智能组件i O L T C 2 0 2 0 有载开关监测智能组件i O C M 2 0 2 0 工况信息监测智能组件i C S M 2
10、 0 2 0 冷却单元监测智能组件i O F T 2 0 2 0 绕组温度光纤监测智能组件MDD3000T 智能汇控柜内部组件MDD3000T 变压器智能在线监测系统设计方案宁波理工监测科技股份有限公司 53.2、iMAS2020T 嵌入式处理器iMAS2020T 嵌入式处理器（主 IED）在汇控柜中相当于前置服务器+通信控制器的作用，是变压器智能汇控柜的中枢单元，其主要任务是负责站控层主服务器与各智能监测组件之间控制指令与数据的转发；同时根据各智能监测组件的监测数据和结果对变压器进行综合的故障诊断和状态评估。允许用户通过浏览器对主 IED 进行访问。3.2.1、技术特征 低功耗、无风扇、全屏
11、蔽、高可靠性； 宽运行温度，在40+85内正常工作； 采用嵌入式 LINUX 实时操作系统； 主芯片采用 Intel Core2 Duo/945GME，主频 2GHZ； 双千兆网口，采用标准的 IEC61850 通信规约； 全光纤连接； 结构方面，采用了全新的散热理念，铝制全密闭的箱体结构，无风扇设计。3.2.2、功能组成主 IED 最具特色的地方就是采用了无风扇设计，要实现此设计，首先满足低功耗标准，配合全密封金属机箱，大功率芯片（如 CPU 等）的热量通过导热硅脂传送到金属外壳表面上，迅速散发出热量。通过多方向的散热鳍片，热量可以快速与外界对流降温，大大提高散热效能。散热结构经过基于热动力
12、学和热空气学原理进行周密计算来进行确定。在众多导热系数较高的金属物质里面，铝质金属是较为坚韧、散热质量高、而且价格相对适中的机箱物料，因此，本系统采用了铝质材料来制作散热结构。iMAS2020T 及主板实物图MDD3000T 变压器智能在线监测系统设计方案宁波理工监测科技股份有限公司6中央处理器C o r e 2 D u o / T 7 2 0 0北桥芯片I n t e l 9 4 5 G M E南桥芯片I n t e l I C H 7 M显卡 内存网卡1 0 / 1 0 0 / 1 0 0 0 M网卡1 0 / 1 0 0 / 1 0 0 0 M人机接口i M A S 2 0 2 0 T固
13、态硬盘S A T A 总线监测数据库 、 诊断数据库 、 W e b 服务器M D S 4 0 0 0系统浏览器I E C 6 1 8 5 0I E C 6 1 8 5 0W E B / H T T P变压器各监测智能组件iMAS2020T 的硬件逻辑架构图iMAS2020T 的无风扇设计3.2.3、变压器过载能力评估主 IED 完成变压器过载能力的估算功能，系统根据 IEC354-1991 及 GB/T15164-94油浸式电力变压器负载导则规定的油浸式电力变压器超铭牌额定值负载的限制条件、稳态及暂态下的绕组热点温度的计算方法，利用导则中推荐的温度计算用的数学模型及估算各种类型变压器的负载条
14、件与寿命损失所用的负载表及负载图。根据变压器过载能力数据，结合环境温度、负荷、油温和绕组温度，建立变压器负荷动态智能监测系统。变压器过载能力估算流程如下图所示： MDD3000T 变压器智能在线监测系统设计方案宁波理工监测科技股份有限公司 7结束开始环境温度 、 负荷 、 油温 、 绕组温度 （ 估算 ）油温限值 绕组温度限值附件允许过载时间 T 2计算模型 计算模型小于限值 小于限值允许过载时间 T O 允许过载时间 T WM i n ( T O , T W ) = T 1变压器允许过载时间 T = m i n ( T 1 , T 2 ) ；估算在该工况下 1 0 0 % 负荷连续运行时间变
15、压器过载能力估算流程图MDD3000T 变压器智能在线监测系统设计方案宁波理工监测科技股份有限公司83.2.4、变压器综合故障诊断与状态评估绕组热点温度模型湿度模型介损测量算法传感器 分析导则 输出结果冷却单元控制算法低温过热 中温过热 高温过热局部放电 低能放电 高能放电电弧放电变压器综合分析模型微水传感器O L T C 档位 、 操作次数O L T C 异常状态 ： 电源故障 、 拒动气体传感器色谱检测模型放电脉冲提取算法铁心接地电流计算实时显示 、 故障报警 、 趋势分析冷却器控制老化速率寿命损失老化积累密封状态评估有载分接开关控制算法有载分接开关控制故障类型套管绝缘程度二维三维谱图放电
16、类型放电量 p C放电定位放电原因超高频传感器零磁通电流传感器零磁通电流传感器零磁通电流传感器工频 C T 传感器铁心短路故障铁心放电过热铁心多点接地环境湿度根据顶部油温 、 负荷电流 、 额定电压及功率 、 额定绕组热点温度等 - 依据 I E C 6 0 0 7 6 - 7 及 G B / T 1 5 1 6 4 连续计算各绕组的热点温度绝缘老化 ： 温度 ， 氧化作用 、 绝缘纸中水分绕组过热点自动计算绝缘老化计算根据 I E E Ea n d I E C微水含量 、 水活性依据功率等负荷 、 绕组热点温度 、 环境温度 ； 按照 I E E E C 5 7 . 9 1 - 1 9 9
17、5 / I E C 3 5 4六度法则电流 ， 电压有效值设定调压控制方式连续监测油中溶解气体浓度I E C 6 0 5 9 9 及 G B / T 7 2 5 2 标准改良三比值法立方体图形法大卫三角形法I E C 6 2 4 7 8 标准神经网络局部放电模式识别算法D L / T 9 6 2 - 2 0 0 5 标准介质损耗等值电容末屏电流横向 、 纵向比较铁心及夹件电流值绕组电流顶部油温绕组电流绕组电流光纤绕组热点温度iMAS2020T 的变压器综合故障诊断与状态评估MDD3000T 变压器智能在线监测系统设计方案宁波理工监测科技股份有限公司 93.3、iMGA2020 色谱微水监测智能
18、组件iMGA2020 色谱微水监测智能组件是智能变压器的基本监测单元，在MDD3000T 中采用了已被业内广泛应用的 MGA2000 系统。3.3.1、组成及监测原理此智能组件采用色谱分析原理，采用负压动态顶空脱气技术和高灵敏的纳米晶半导体气体检测器，实现对变压器油中溶解气体的检测，此外还采用了高精度及高稳定性的湿度传感器实现对变压器油中微水的在线监测。iMGA2020 智能组件iMGA2020 智能组件监测原理图3.3.2、主要技术特征 监测原理：色谱分析原理； 油气分离技术：负压动态顶空脱气技术，具有本质安全特性； 检测器：纳米晶半导体气敏传感器，灵敏度高、响应速度快； 信号处理：智能谱峰
19、识别技术，确保乙炔等痕量气体组份的可靠识别； 基线处理：小波基线自动跟踪技术，确保定量准确； 环境适应性：双重恒温控制技术，满足室外环境条件下使用，确保数据稳定；MDD3000T 变压器智能在线监测系统设计方案宁波理工监测科技股份有限公司103.3.3、主要技术指标序号 监测气体 测量范围 分辨率 测量误差1 氢 气 1 2000L/L 1L/L 10%2 一 氧 化 碳 1 5000L/L 1L/L 10%3 甲 烷 0.1 2000L/L 0.1L/L 10%4 乙 烯 0.1 2000L/L 0.1L/L 10%5 乙 烷 0.1 2000L/L 0.1L/L 10%6 乙 炔 0.1
20、2000L/L 0.1L/L 10%7 总 烃 1 8000L/L 1L/L 10%8 总 可 燃 气 体 1 8000L/L 1L/L 10%9 微 水 （ 可 选 ） 1 800L/L 1L/L 10%10 二 氧 化 碳 （ 可 选 ） 5 10000L/L 5L/L 10%3.3.4、在线色谱分析与故障诊断iMGA2020 智能组件根据所测组分浓度分析判断变压器的运行状况。所测组分浓度或组分浓度的增长率未达到预设定的注意值，评估变压器运行状况（正常） ，通过过程层网络向主 IED 报告一次自评估结果。所测组分浓度或组分浓度的增长率已超过预设定的注意值，评估变压器运行状况（不正常） ，根
21、据 GB/T 7252（IEC60599）中的改良三比值法、大卫三角形法、立方体图示法等方法分析变压器的 DGA 数据；根据 IEEE Std C57.104-2008 对变压器的故障风险进行界定，判断故障类型及严重等级，并通过过程层网络向主 IED 随时报告自评估结果。iMGA2020 采用的改良三比值法MDD3000T 变压器智能在线监测系统设计方案宁波理工监测科技股份有限公司 11iMGA2020 采用的大卫三角形法iMGA2020 采用的立方体图示法3.4、iPDM2020T 局部放电监测智能组件iPDM2020T 局部放电监测智能组件是智能变压器的重要监测单元，在MDD3000T 中
22、采用了我公司自主研发的基于超高频检测技术的 iPDM2000T 系统。3.4.1、工作原理iPDM2020T 局部放电监测智能组件组成原理如下图所示，iPDM2020T 采用MDD3000T 变压器智能在线监测系统设计方案宁波理工监测科技股份有限公司12UHF 检测技术，通过超高频传感器检测变压器内部局部放电激发的电磁波信号，检测到的信号经过 RF 滤波、射频前置放大器和检波器后，以 10MHz 带宽信号输出，由高速 ADC+FPGA+DSP 组成的高速数据采集模块进行同步采样、采用小波分析等数字处理技术，在强噪声背景下提取出局部放电信号，并自动完成对局部放电信息的 PRPD/PRPS 等二维
23、、三维多种放电特征图谱分析。iPDM2020T 智能组件硬件逻辑架构图iPDM2020T 变压器局部放电监测元有四个同步的高速采样通道，可以配置四个超高频传感器或配置三个超高频传感器和一个背景噪声传感器。iPDM2020T 变压器、电抗器局部放电监测元及传感器外形图如下图所示：iPDM2020T 局放监测单元及 UHF 传感器3.4.2、主要技术特征 检测原理：基于超高频的全频带动态扫频局放检测技术； 超高频传感器：输出阻抗自动平衡，不需阻抗变换器，可以带电检修； 采样方式：四通道高速同步采样； 去噪技术：复合除噪技术和自动阈值小波除噪原理； 信号处理：双 DSP+FPGA 全数字化处理，软件
24、算法硬件化； 放电图谱：采用先进的 PRPD/PRPS 分析； 放电类型识别：基于放电图谱库的神经网络专家系统。MDD3000T 变压器智能在线监测系统设计方案宁波理工监测科技股份有限公司 133.4.3、主要技术指标序号 参 数 范 围1 传感器工作带宽 300MHz2000MHz2 放大器工作带宽 500MHz1500MHz3 灵敏度 10pC4 放大器增益 50 dB5 动态范围 -9010dBm6 输入通道数 4 通道3.4.4、系统的关键技术1）高灵敏、宽检测带宽的 UHF 传感器用于局放信号检测的 UHF 传感器是系统实现的关键环节，特别是在强干扰现场环境下对微弱局放信号外置式探测
25、，本系统采用的传感器在确保传感器高灵敏度前提下能够满足对信号探测带宽及探测信噪比的要求。本系统采用的 UHF 传感器采用双螺旋和电容耦合式复合传感器，在保证其传感器大小一定的情况下同时兼顾了传感器的高频特性和低频特性，较宽的检测范围使检测系统有较大的测量信号频率选择余地。考虑到不停电安装的要求，超高频传感器只能安装在变压器的放油口，因此，传感器的外径不能太大（100MM） ，具备同样检测性能的阿基米德双臂螺旋天线比平面双臂等角螺旋天线的尺寸要小，因此本项目采用阿基米德双臂螺旋天线。阿基米德双臂螺旋天线，它是一种非频变天线，其电性能与频率无关，具有宽频带、圆极化、尺寸小、效率高及可嵌装等优点以及
26、良好的工程应用价值，螺旋天线是根据无限长天线设计出的一种仅由角度表征其特征的天线，并且天线电流在离开馈电点时逐渐减小，因此在电流足够小处把天线截断将不会影响它的宽带特性。它既满足“角度条件”又具有截尾后“终端效应”小的特性，因此可以将其频带做到很宽，而尺寸可以做得很小。MDD3000T 变压器智能在线监测系统设计方案宁波理工监测科技股份有限公司14阿基米德双臂螺旋天线结构示意图2）反馈式动态扫频技术的应用采用反馈式动态扫频技术，即在设定的频带内通过设定的步距进行可变本振频率的动态改变，来寻找最佳的处理频率，利用对该频率下对信号处理的结果进行分析判断，以确认信号的有效性，并通过反馈实现被处理信号
27、的最佳信噪比。超高频信号的带宽从几十兆到几千兆，根据采样定理无论基带采样还是带通采样，采样频率至少要在两倍带宽以上。这就意味着用于超高频局部放电宽监测的数字信号处理的数据采集系统，其采样率达到几百 MSPS 到上千MsPS。为了解决以上技术难题，我们采用混频技术，通过动态扫频技术改变选频放大器的中心频率，选择一个信噪比比较高的频带，经选频放大器优良的窄带滤波滤除带外干扰，提取局部放电信号，特别对于无线电、载波等频率固定的干扰信号能有效滤除。3）对局放信号量化能够根据国家给出的局放信号量化标准，对局放信号进行量化及局放位置定位，提高了 UHF 测量对局放故障的预警能力。局放信号的量化由两个部分组
28、成：局部放电脉冲的特征参量：局部放电脉冲的特征参量在系统中我们按基本特征参量和指纹特征参量分类，基本特征参量主要是放电脉冲的幅值和相位，在放电脉冲统计分析中用于构建各种二维谱图和三维图；指纹特征参量包括基本特征参量、放电脉冲的上升时间、脉冲的宽度、偏斜度、突出度、局部峰个MDD3000T 变压器智能在线监测系统设计方案宁波理工监测科技股份有限公司 15数、放电不对称度、相位不对称度、互相关因子、相位中值和各种谱图的特征参量。利用这些特征指纹可以进行放电类型的识别。放电脉冲幅值确定方法：采集数据经过 FFT 变换、阈值处理和信号重建后，根据放电脉冲的时域波形通过计算局部最大值的方法确定放电脉冲的
29、幅值。系统同时采用采用无相移 BD 小波，在小波变换域找到任何一个特征点，比如小波变换域第一个峰值点，即可用以确定放电脉冲出现的位置。放电脉冲的视在放电量 q 由小波变换模最大值确定，极性由小波变换后正、负峰值出现的先后次序确定。4）在线除噪技术的研发变电站现场使用环境均比较复杂，影响设备有效运行及检测信号正确判断的因素很多，但最主要的是各种背景干扰噪声对系统的影响。通过系统数据采集到的超高频信号包含了现场各种电磁干扰，噪声信号的强度甚至远远超过局部放电产生的超高频信号强度，因此，为了有效、可靠地在采集数据中提出局部放电信号，除了采取必要的硬件抗干扰措施外，数字抗干扰技术是局部放电在线监测系统
30、能否稳定、可靠、有效运行的关键技术。周期性连续干扰的抑制：从频谱分析来看，载波通信等连续周期性干扰的能量集中，其振幅谱是以主频为中心，以两倍调制频率为宽度的脉冲波形，脉冲的振幅频谱为遍布整个频域的平坦波形，故两种振幅频谱值相差甚大，据此可确定出载波干扰的频率。根据这一特点，对周期性连续干扰的抑制。在本系统中，通过背景噪声的实时检测和频谱分析结果来实现阈值的自动设置。周期性脉冲干扰的抑制：理论和实验表明，局部放电信号具有相位随机的特点，而晶闸管干扰信号则出现在每一周期的固定相位上，即具有相位周期性特点。本系统通过设置适当的门槛值(一般可定为噪声电平的 26 倍)，以及计算检测信号的幅值、波形函数
31、、功率谱函数，实现自适应分离脉冲。随机性脉冲干扰的抑制：通过对信号进行小波分解，在某一尺度空间下的平滑分量具有明显的相位规律，且其时域分辨率的降低，又能较好地消除随机性脉冲干扰与局部放电放电脉冲的时延差异，使之适合做互相关运算，从而有效地提取变压器内部局放脉冲。白噪声干扰的抑制：通过背景噪声检测通道获得背景噪声信号，采用小波MDD3000T 变压器智能在线监测系统设计方案宁波理工监测科技股份有限公司16分解后得到背景噪声信号幅频分布，然后，按一定算法获得具有实时特征的阈值。该阈值不是人为预先设定，而是由系统通过背景噪声监测自动获得，因此，具有自适应能力，也已有效的抑制白噪声干扰。5）AGC 自
32、动增益控制技术的研发对不同类型的局放信号来说，其局放信号检测强度差异很大，就其放电当量来讲从几皮库至数千皮库，对应的 UHF 传感器输入感应电压有数倍至数千倍级差，常规的信号调理电路采用末级对数放大调理电路来缩小级差，但改善的局限性也很明显，当增益设定不合理时或产生局放信号检测不到或局放信号处理饱和。系统通过开发 AGC 自动增益控制技术，即根据信号峰值检测来评估信号最佳增益，并通过信号处理单元自动反馈信号增益，使系统始终处在最佳信号检测水平上。6）高速 FPGA 综合应用技术通过对目前国内外已有的在线式局放系统的分析了解所知，目前在线式局放监测系统为顾及在线式处理，或降低采样频率（低至 1M
33、）或采用间歇式采集处理方式。上述两种方式如采用较低的采样频率时，有可能会因为较低的处理带宽而丢失大量的有效局放特征信息，使系统的监测有效性大受影响；间隙式处理方式采用采集-处理方式，当进行信号采集时停止信号处理，当完成一个或数个工频周波的采集后再集中运行信号处理算法，此种处理将有可能丢失局放信号，特别是在设备局放特征出现的初期，很可能造成局放监测的漏判。在系统的研发过程中，通过引入高速 FPGA，通过 FPGA 来协调管理信号采集、信号传输及信号处理等过程，并将部分信号处理算法引入 FPGA 中处理，最大限度地利用现代最新电子技术，实现信号在高达 50MHz8 路同步采样情况下的信号实时分析实
34、时处理，并通过合理的资源分配实现了信息流水式在线处理，解决目前国内外所面临的在局放在线监测领域数据高速转换处理技术问题。本系统充分利用 FPGA 的可配置特性，使得 FPGA 构成的 DSP 系统易于修改、测试及系统升级。在本系统中，FPGA 在触发脉冲 TRIGER 和 GATE 控制下实现时钟、ADC 转换、数据接收、数据组织和高速数据转存的逻辑控制。MDD3000T 变压器智能在线监测系统设计方案宁波理工监测科技股份有限公司 177）多模小波算法的嵌入式技术的研发在对局放信号处理时，小波算法是最为有效的，但目前的小波算法很多，因为采用不同的小波算法可能产生完全不同的处理结果。目前国内外在
35、线式局放监测系统一般采用后台式小波算法进行信号处理（实时性较差）或单一算法在线式实现，实际使用情况反映出这两种方式的局限性都比较大，漏检或误判时有发生。本系统中通过对背景噪声的实时监测、分析和利用，解决小波除噪过程中阈值处理和剔除随机脉冲干扰的问题，并抑制各种形式的载波干扰。通过在DSP 中利用嵌入式设计技术，移植多模小波算法，可以有效的完成噪声剔除、局放信号的提取及定位。8）智能局放故障诊断专家系统的研发由于局放的产生原因很复杂，造成局放的故障类型可能有一种或数种复合产生，在对局放检测没有其他有效辅证手段的前提下，提高对设备运行状态的有效、可靠诊断并为运行现场人员提出科学的诊断结论就显得尤为
36、重要。系统通过对大量实验室典型模型模拟放电特征图谱的积累，并通过便携式局放仪、对发生绝缘故障的部件的局放检测数据的采集，生成局放特征指纹数据库，并利用在设备运行过程中对疑似局放的确认或排除过程，自动丰富及完善系统诊断数据库及故障诊断规则的调整，提高系统对运行设备的在线诊断能力，并通过对系统所采集的当前数据、历史数据的综合应用与趋势分析，使绝缘故障的误判率、漏判率降到最低程度。系统可提供 PRPD 二维谱图分析与显示、PRPS 三维谱图分析与显示功能，可以任意锁定显示一个通道的放电脉冲时域波形和频谱图，通过指纹库能够自动识别放电类形，能够根据被监测系统的结构，进行精确的故障定位。3.4.5、主要
37、功能及评估方法iPDM2020T 变压器局部放电监测单元对各测量点的局部放电信号进行采样，每次采样长度为 50 个工频周期，最短监测周期小于 1 分钟，监测周期可根据用户的要求进行设置。iPDM2020T 变压器局部放电监测单元对提取的局部放电特征量进行分析，包含参量有：最大放电量、放电相位、单位时间放电次数。iPDM2020T 变压器MDD3000T 变压器智能在线监测系统设计方案宁波理工监测科技股份有限公司18局部放电监测单元采用阈值判断及基于放电图谱库的神经网络算法进行故障诊断及评估，可以实时向后台监测系统提供采集数据，并可设置时间间隔以“唯一性标识、故障部位、故障模式（内部放电类型）
38、、风险程度（用百分数表示） ”报文格式报告一次故障诊断及评估结果，评估风险每增大 2%增加报文一次。iPDM2020T 变压器局部放电监测单元采用工业固态硬盘进行数据的存储，按照每分钟 4 通道 UHF 传感器同步采样，可以保存一年的特征信息和 24 小时的实时数据；根据用户的需要，可调用 iPDM2020T 变压器局部放电监测单元存储的特征信息和实时数据。iPDM2020T 局部放电监测智能组件将采集得到的数据经过 PRPS 和 PRPD等一系列数据分析，进行数据的特征指纹提取，并采用基于神经网络的模式识别方法，与系统的局部放电典型故障特征指纹库进行比对，从而达到局部放电故障的识别与诊断，其
39、诊断分析流程示意图如下所示。局部放电的几种典型放电 PRPD（二维）、PRPS（三维）谱图如下：MDD3000T 变压器智能在线监测系统设计方案宁波理工监测科技股份有限公司 19A、 尖刺放电典型谱图放电次数-相位- 幅值 放电次数-相位B、 自由粒子放电典型谱图放电次数-相位- 幅值 放电次数 -相位C、 绝缘缺陷放电典型谱图MDD3000T 变压器智能在线监测系统设计方案宁波理工监测科技股份有限公司20放电次数-相位- 幅值 放电次数-相位D、 沿面放电典型谱图放电次数-相位- 幅值 放电次数 -相位E、悬浮电极放电典型谱图MDD3000T 变压器智能在线监测系统设计方案宁波理工监测科技股
40、份有限公司 21放电次数-相位-幅值 放电次数 -相位系统采用噪声传感器及软件降噪技术后分析对比界面：3.4.6、UHF 传感器安装变压器局部放电测试采用特高频方式，UHF传感器可在变压器出厂前预安装，也可在检修过程中安装，还可以在变压器运行过程中通过放油阀在线安装，安装时不影响变压器的正常运转（带电安装），安装后不需要频繁的定期维护和校正。UHF 传感器电路与变压器工作回路没有任何电气上的连接，无论对试验装置和操作者都更加安全可靠。UHF 传感器安装在变压器注油口或放油口；UHF 传感器采用高分子绝缘材料密封，耐温可达 180，不会与变压器油发生化学反应，不影响变压器的电气性能。UHF 传感
41、器外壳采用不锈钢材料，可根据用户的要求喷涂颜色和变压器一致，UHF 传感器有明显的设备安全标识（符合 GB16836-1997 中相关规定） ，活动部件采用聚四氟乙烯垫圈密封，可以防止变压器油渗漏、防雨和防尘功能。MDD3000T 变压器智能在线监测系统设计方案宁波理工监测科技股份有限公司22 在变压器放油口安装 UHF 传感器在变压器放油阀口安装 UHF 传感器 安装示意图在变压器放油阀口安装 UHF 传感器 现场安装图3.5、iIMM2020 套管绝缘监测智能组件套管是变压器的重要部件之一，据变压器故障数据统计，套管故障占变压器故障的比例高达 14%。MDD3000T 变压器智能在线监测系
42、统设计方案宁波理工监测科技股份有限公司 23变压器的故障统计数据图因此，在线监测高压套管的绝缘状态对变压器的可靠运行有实质意义。3.5.1、iIMM2020 组成iIMM2020 智能组件如 Error! Reference source not found.所示，此智能组件由电压监测单元、容性设备监测单元、环境监测单元及嵌入式数据处理单元组成，通过在线监测高压套管的介质损耗、末屏电流、等值电容量，并据同类设备的横向比较、同一设备的纵向比较来监测套管的绝缘状态，其硬件逻辑架构图:iIMM2020 智能组件iIMM2020 智能组件硬件逻辑架构图3.5.2、主要技术特征 采用锁相技术自动跟踪电网
43、频率，解决频谱分析中的频谱泄漏问题； 全数字化交流同步采样； 采用无线电流传感器，实现信号的无线传输。3.5.3、主要技术指标监测单元名称 监测参数 测量范围 测量精度MDD3000T 变压器智能在线监测系统设计方案宁波理工监测科技股份有限公司24母线电压 35kV750kV 0.5%谐波电压 3、5、7、9 次 2%系统电压监测单元系统频率 4555Hz 0.01Hz末屏电流 1mA500mA 0.5%介质损耗 -10%10% 0.05%容性设备监测单元等值电容 30pF0.3F 1%环境温度 -4080 1%现场环境监测单元环境湿度 298%RH 2%3.5.4、套管绝缘故障诊断模型绝缘水
44、平 kV 油浸式MDD3000T 变压器智能在线监测系统设计方案宁波理工监测科技股份有限公司 25金属箔层数 改变%126 28 3.6252 42 2.4363 60 1.7550 70 1.4经验：电容量改变 3.6% 2 层电容击穿！套管绝缘故障诊断案例P F短 时 间 显 著 变 化 ， 劣 化 以危 险 地 速 度 进 行 ， 更 换 。层 间 短 路 ， 进 行 离 线 测试 ， 如 果 证 实 则 更 换 。持 续 在 紧 急 危 险 状 态 ， 可靠 性 显 著 下 降 ， 考 虑 更 换稳 定 性 升 高 ，可 靠 性 下 降在 小 的 增 长 后 ， 趋 于稳 定 ， 不
45、必 采 取 措 施P F 很 高 ， 未 检 测 到 快 速 劣 化 ， 可靠 性 下 降 ， 进 行 常 规 离 线 测 试变 化 明 显 ， 必 须 进 行 离 线 测试 ， 如 果 持 续 变 化 ， 更 换中 度 变 化 ， 进 行 常 规 离 线 测试 ， 红 外 扫 描 ， 有 备 用 套 管介 损 变 化 小 ， 需 要进 行 附 加 监 测 ， 但不 必 进 行 设 备 更 换t套管绝缘诊断辅助决策模型3.6、 iOLTC2020 有载开关监测智能组件有载分接开关（On-load Tap Changer-OLTC）是调压变压器完成有载调压的关键部件，且故障率高达 20%，占有载
46、调压变压器总故障的 40%。因此，对有载分接开关的监测对降低变压器的故障率尤其重要。OLTC 由选择器、切换开关和电动机构组成，其性能包括电气性能和机械性能两个方面。电气性能主要指触头接触电阻，当触头接触电阻增大时，会引起触头过热，甚至烧损。机械性能是指 OLTC 操作过程中选择开关和切换开关等部MDD3000T 变压器智能在线监测系统设计方案宁波理工监测科技股份有限公司26件的动作顺序和时间配合，以及切换过程中是否存在卡塞和触头切换不到位等。有载分接开关的故障形式有多种，具体包括：传动轴断裂，选择开关触头间接触不良，操作机构失灵造成的拒动和滑档现象，限位开关失灵，切换开关拒切、中止或动作滞后，内部紧固件松动和脱落，以及内部渗漏等。有载分接开关组成3.6.1、iOLTC2020 组成iOLTC2020 智能组件iOLTC2020 智能组件其主要由电流传感器、加速度传感器、信号调理单元、数据采集单元和 DSP 组成。监测项目有： 自动/手动工作模式 触头位置及磨损 马达驱动电流及电压 保护继电器状态 在线滤油机运行状态 切换负载总电流 驱动电机功率消耗 切换次数 切换档位 运行时间
