主要完成单位及创新推广贡献-重庆大学

国家技术发明奖

一、项目名称：

大型电力变压器智能化关键技术及应用

二、推荐单位（专家）意见

该项目在国内外率先提出了大型电力变压器智能化的体系架构，实现了智能传感器自适应接入、网络通讯与分布式计算，解决了变压器信息感知、信号处理、故障诊断等硬件的一体化技术难题。提出了大型电力变压器状态信息的多种智能感知方法，包括发明了局部放电超高频智能传感器、F46中空毛细纤维管及MQ 型气体智能传感器、绕组暂态电压与套管绝缘参数集成智能传感器等。提出了基于混沌振子滤波和最优小波去噪的变压器状态监测信息自适应去噪新方法；提出了基于统计模型、状态模型和寿命模型的大型电力变压器健康指数评价模型。在国内外率先提出了基于热点温度估计、油纸水分平衡和油纸加速老化因子的电力变压器负荷调度辅助决策方法，实现了变压器冷却系统及在线滤油系统的智能化运行控制。项目成果整体具有国际领先水平。已在广东、云南、重庆、河南、甘肃、安徽、山西等20 多个省市的200 多个变电站（升压站）使用约1300 多套。近三年，部分成果应用单位新增产值约10亿元，新增利润1.3亿元，新增税收6000余万元，同时，由于减少停电试验每年可创造间接经济效益约30多亿元。

经形式审查，该项目符合《国家科学技术奖励条例实施细则》规定的推荐资格条件。特推荐该项目申报国家技术发明奖一等奖。

三、项目简介

本项目属于电气工程学科。

智能电网对电力系统关键设备智能化提出了新的要求。电力变压器是变电站设备智能化最复杂和最具挑战的课题，其关键技术主要包括状态参量智能感知、运行状态智能评估、运行维护智能决策等方面。电力变压器智能化对保障电力变压器良好的运行状态，支撑变压器安全经济运行具有重要的科学意义和应用价值。

在国家973课题、国家自然科学基金、重庆市重大科技攻关项目的支持下，本项目通过“产、学、研”合作，采用“应用基础研究与工程技术攻关”相结合的方法，为解决目前高压电气设备状态监测与诊断技术及产品存在的关键问题，对电力变压器智能化关键技术开展科学研究与技术开发。传统的在线监测与故障诊断技术存在的问题主要体现在：（1）状态监测传感系统智能化水平较低，无法满足变压器智能监测一体化设计的需要；（2）变压器状态信息多源、评估模型繁多，缺乏兼顾多源信息的统一建模方法；（3）状态评估与运行控制相互孤立，评估结果难以支撑变压器智能运行控制。

本项目成果比传统的变压器状态监测与综合评估系统具有更高的监测灵敏度和诊断准确性，同时具有良好的硬件兼容和灵活的扩展能力以及规范性，具有对变压器智能化运行辅助决策的能力。创新性成果主要体现在变压器智能化架构、智能感知方法、智能评估方法和运行智能辅助决策等四个方面：

1、提出了电力变压器智能化系统架构。研制出一体化智能监测装置及其软件支持系统，建立了相应的技术规范，解决了电力变压器的信息感知、信号处理、数据传输、故障诊断等软硬件的一体化设计技术难题。

2、提出了变压器多状态信息智能感知方法。发明了金属掺杂纳米气体智能传感器、局部放电超高频智能传感器、绕组暂态电压与套管绝缘参数集成智能传感器，构成了多参数一体化智能传感系统，提高了变压器状态监测传感器的智能化和一体化水平。

3、提出了应用于变压器状态智能评估的关键技术。基于电力变压器绕组热点温度、油纸水分平衡建立了绝缘加速老化因子评估模型；基于多参量信息关联，建立了变压器剩余寿命多参量评估模型、变压器健康指数综合评估模型。解决了基于多源信息的变压器状态综合评估的难题，为变压器的运行控制提供技术支撑。

4、提出了变压器运行智能辅助决策方法。基于油纸绝缘加速老化因子评估模型，制定了变压器冷却系统、滤油系统的在线控制策略；进一步结合剩余寿命

及健康指数综合评估模型，为变压器的负荷调度策略制定提供了辅助。

四、客观评价

1. 本项目技术先进、经济和社会效益显著，获教育部技术发明奖一等奖1项、重庆市科学技术进步一等奖1 项，授权国家发明专利16 项，出版专著1 部，发表相关研究论文277 篇，其中SCI 收录64 篇、EI 核心收录213 篇。

2. 本项目整体技术“大型电力变压器智能化关键技术及应用”通过了中国电机工程学会组织的“科学技术成果鉴定”。鉴定意见：…2、研究解决了大型电力变压器的信息智能感知、状态智能评估及辅助决策等关键技术问题，成功研制出变压器智能化监测及评估系统。3、成果的主要创新有：（1）提出了变压器智能化构架，实现了变压器信息感知、数据传输、信号处理、状态评估等软硬件一体化设计。（2）发明了F46 中空毛细纤维管油气分离技术、MQ 型气体智能传感器、三阶Hilbert 分型天线局放超高频智能传感器、绕组暂态电压与套管绝缘参数集成智能传感器。（3）提出了基于混沌振子滤波和最优小波去噪的变压器状态监测信息自适应去噪新方法，提高了感知信息的信噪比与可靠性；基于统计模型、状态模型和寿命模型，建立了变压器健康指数评价模型，实现了基于多源信息的变压器状态综合评估。（4）提出了基于热点温度和变压器油纸绝缘老化因子的评估方法，实现了变压器冷却系统的智能化运行控制。4、研制出的智能监测及评估装置在110-500kV 电压等级变压器上得到了广泛应用，获得了显著的经济效益和社会效益。鉴定委员会认为：项目研究取得的气体智能传感器、热点温度和变压器油纸绝缘老化因子的评估方法、智能化构架及辅助决策等大型电力变压器智能化关键技术成果达到了国际领先水平。

3. 重庆市科技攻关计划重大项目《自诊断电力变压器关键技术及产业化》验收结题意见：①研制成功了自诊断电力变压器、…，制订了相关技术规范、标准，实现了110kV、220kV 的自诊断型高压电气设备的产业化，形成了具有自主知识产权的自诊断高压电气设备的工程技术体系。②解决了监测单元小型化及监测灵敏度等关键技术问题，进行了油中溶解气体、局部放电、铁芯接地电流等监测单元与变压器的一体化设计，形成了自诊断型电力变压器制造工艺方案。…④成功研制了电气设备故障诊断、状态检修及管理专家系统；制订了重庆市地方标准《自诊断型高压电气设备技术规范》（DB50T293-2008）。

4. 本项目核心技术产品：“NS801 变压器油中溶解气体在线监测装置”、“NS802 变压器局部放电在线监测装置”和“NS8000 电气设备状态在线监测与故障诊断分析系统”通过了中国电力企业联合会组织的产品鉴定。鉴定委员会认为：…整体技术达到国际先进水平，其中采用压缩空气现场制造载气和采用真空脱气油气分离的气象色谱技术、传感器安装复用技术、局部放电模式库和识别算法、相位幅值监测技术等达到国际领先水平。

5. 本项目核心技术产品已通过中国电力科学研究院等国内权威检测机构的检测，获得“电力自动化产品型式检验合格”注册备案证书。

6. 标准制定工作

1）本项目提出的有关变压器绝缘老化方面判断方面的研究成果被中华人民共和国电力行业标准《油浸式变压器绝缘老化判断导则》（DL/T 984-201X 报批稿，代替DL/T 984-2005）所采纳。

2）作为主持单位，本项目有关变压器智能化方面的研究成果已形成重庆市地方标准《自诊断型高压电气设备技术规范》（DB50T293-2008）

五、推广应用情况

2003年以来，本项目通过合作单位共同努力，完成了“大型电力变压器智能化关键技术”的相关研究工作，实现了变压器智能化相关产品的产业化。部分应用单位情况如下表所示。

多个变电站（含发电厂升压站）安装使用约1300多套。部分提供应用证明的单位，2011年以来新增产值102586万元，新增利润13793万元，新增税收6126万元，直接经济效益显著，因减少主变停电时间，每年可创造间接经济效益约30多亿元。截至2014年底，仅云南电网有限责任公司就已发现变压器铁芯故障、套管故障、油色谱超标等缺陷10余例，发现了及时避免了变压器事故的发生，保证了电网的安全运行，经济和社会效益显著。

六、主要知识产权证明目录

七、主要完成人情况

廖瑞金，李剑，陈伟根，王耀龙，李金忠，谢志迅

第1完成人：廖瑞金，教授，副校长，工作单位：重庆大学，完成单位：重庆大学。在项目中负责研究总体方案、制定技术路线定和协调项目顺利完成；在该项目研究中投入的工作量占本人总工作量的80%。其创造性贡献主要有：建立电力变压器多参数一体化监测方案及智能化电力变压器标准；提出了变压器绝缘老化状态的局部放电特征量及神经网络与证据理论的融合的变压器诊断方法，提出了基于集对分析法的变压器绝缘状态评估策略。

第2完成人：李剑，教授，电气工程学院副院长，工作单位：重庆大学，完成单位：重庆大学。在项目中负责协助项目研究总体方案、制定技术路线、协调项目完成；在该项目研

究中投入的工作量占本人总工作量的80%。其创造性贡献主要有：开展了超高频Hilbert分形天线研究，提出了自适应最优小波的故障信号分层去噪方法及局部放电超高频信号多尺度网格维数的提取方法；提出了变压器绝缘老化局部放电新特征量及模糊聚类老化诊断方法；提出了局部放电灰度图像模式识别方法。

第3完成人：陈伟根，教授，工作单位：重庆大学，完成单位：重庆大学。在项目中负责协助研究总体方案、制定技术路线、协调项目完成；在该项目研究中投入的工作量占本人总工作量的80%。其创造性贡献主要有：发明油中溶解气体高分子透气膜及油气自动分离中空纤维膜及一体化的传感器接口单元、绕组变形分析测量方法、过电压监测传感器及采集方法；协助建立电力变压器多参数一体化监测方案及智能化电力变压器标准。

第4完成人：王耀龙，高级工程师，安监部主任，工作单位：云南电网有限责任公司，完成单位：云南电网有限责任公司。在项目研究中投入的工作量占本人总工作量的60%。其创造性贡献主要有：收集大量电力变压器现场运行维护数据，为建立变压器绝缘状态评估模型提供依据，负责本项目成果在云南电网的推广应用。

第5完成人：李金忠，高级工程师，中国电科院高压所变压器室主任，工作单位：中国电力科学研究院，完成单位：中国电力科学研究院。在项目研究中投入的工作量占本人总工作量的70%。其创造性贡献主要有：其创造性贡献有：收集大量电力变压器现场运行维护数据，为建立变压器绝缘状态评估模型提供依据，负责本项目成果的推广应用。

第6完成人：谢志迅，高级工程师，自动化分公司总经理，工作单位：特变电工沈阳变压器集团有限公司，完成单位：特变电工沈阳变压器集团有限公司。在项目研究中投入的工作量占本人总工作量的60%。其创造性贡献主要有：成功研制智能传感器、采用一体化设计思路，开发出220kV、500kV系列智能型电力变压器智能组件。

八、完成人合作关系说明

本项目由重庆大学、云南电网有限责任公司、中国电力科学研究院、江苏国电南自海吉科技有限公司、特变电工沈阳变压器集团有限公司合作共同完成，第一完成人重庆大学与其它合作完成人的合作关系如下:

1)云南电网有限责任公司

云南电网有限责任公司自2003年参与本项目研究与应用，是本项目研究成果的主要应用单位。通过现场的应用，促进了本项目研究的产业化和技术的发展。产品现场应用效果良好，已及时发现变压器缺陷十余例，经济及社会效益显著。

2)中国电力科学研究院

中国电力科学研究院自2008年参与本项目研究，是本项目的研究合作单位。在电力变压器油中溶解气体分析、故障诊断方面开展了合作研究，对变压器智能化研究工作产生了积极推动作用，促进了相关产品的产业化进度和现场应用。

3)江苏国电南自海吉科技有限公司

江苏国电南自海吉科技有限公司自2010年参与本项目研究与产品开发，是本项目研究成果的产业化单位。本项目研究成果已转化为多项变压器智能化产品及软件著作权，产品通过国家检测机构的检验，现场应用效果良好，经济及社会效益显著。

4)特变电工沈阳变压器集团有限公司

特变电工沈阳变压器集团有限公司2010年参与本项目研究，是本项目研究成果的产业化单位。开发智能组件及变压器告警、冷却控制器，变压器智能化相关产品销售1100余套，经济及社会效益显著。