变压器高压套管综合监测装置
变压器智能化实施方案
后台监控装置站控层MMS网光纤以太网〔IEC61850〕变压器套管监测装置变压器智能测控装置以太网/RS485过程层SV网变压器局放监测装置变压器油色谱监测装置合并单元变压器智能化实施方案变压器智能组件包括测量、把握和在线监测等根本功能。
某些工程，还包括同间隔电子式互感器合并单元、测控、保护等扩展功能。
以以以下图为变压器智能组件的组成示意图。
在线非电变压变压监测量保器测器保主IED 护装控装护装装置置置置原则上，一台变压器设一个智能组件，但在具体工程实际中可以由多个独立的物理设备实现智能组件的功能。
1）套管监测装置：监测变压器套管介损，采集套管泄漏电流、阻性电流等。
2）局放监测装置：承受超声波和特高频法监测变压器内部局部放电现象，并定量和定性分析局部放电类型、位置等。
3）油色谱监测装置：承受色谱法，在变压器不停电条件下监测变压器油中气体，包括H2、CO、CH4、C2H4、C2H2、C2H6、CO2、H2O。
4）非电量保护：依据非电量信号完成对变压器的保护，承受电缆直采直跳方式。
5）变压器测控装置；接收本间隔合并单元采样值，并将处理结果传送至站控层网络，同时完成对本间隔开关、刀闸就地和远方遥控功能。
6）变压器保护装置；接收合并单元的电流、电压采样数字信号，依据电流、电压等电量信号完成对变压器的保护，承受GOOSE 方式完成开关、刀闸的位置信号采集和跳、合闸把握功能。
7）合并单元；采集本间隔CT、PT〔常规或电子式〕信号，并将电流、电压合并信号传至过程层网络。
一、变压器非电量保护实施方案变压器非电量保护承受南瑞继保成熟产品PCS-974FG 装置，可以完成变压器的非电量保护、非全相保护及断路器失灵起动等功能，用于500kV 及以上电压等级的分相式变压器。
承受IEC61850 通讯规约便利接入站控层MMS 网，满足数字化变电站综合自动化系统的要求。
1.保护配置PCS－974FG 装置可供给：●非电量保护装置每相设有 11 路非电量信号接口，5 路非电量直接跳闸接口，4 路非电量延时跳闸接口。
变压器高压套管绝缘在线监测装置
W-PD2变压器套管在线监测装置使用说明书Ver 3.12006年4月变压器高压套管绝缘在线监测系统使用说明书目录第一章概述 (3)1.1 概要 (3)1.2 工作原理 (4)1.3 重要参数和选项 (5)1.3.1 规格 (5)1.3.2 显示，操作键盘和外部接线 (6)1.3.3 报警 (7)1.3.4 趋势计算 (7)1.3.5 G AMMA对温度的变化系数计算 (8)1.3.6 持续监测功能 (8)1.3.7 时间模式 (8)1.3.8 装置地址 (8)1.3.9自检和自校验 (8)1.3.10 辅助输入 (8)1.3.11停止监测 (8)1.3.12 软件 (8)第二章安装 (9)2.1 应用问题 (9)2.1.1 被监测变压器的型号与技术参数 (9)2.1.2 噪声和接地方式 (9)2.1.3 装置位置和环境因素 (10)2.1.4网络和装置通信 (10)2.1.5 W-PD2装置附件 (10)2.1.6 W-PD2接线图 (10)2.2 安装 (13)2.2.1 重要安全提示 (13)2.2.2安装W-PD2 (14)2.2.3 套管、温度以及电流传感器 (14)2.2.4 装置运行以及变压器运行 (15)第三章硬件设置步骤 (16)3.1 操作键盘 (16)3.2 通过操作键盘设置W-PD2 (16)2变压器高压套管绝缘在线监测系统使用说明书3第一章 概 述1.1 概要35~45%的变压器电气故障都与套管故障有关，尤其是套管的绝缘故障。
潮气入侵、绝缘油变质以及绝缘纸老化都会造成套管绝缘介损的升高，随之将引起绝缘过热及快速老化以至最终导致绝缘崩溃。
在一些绝缘老化的过程中，甚至早期都会出现局部放电。
绝缘老化导致介损增大以致破坏绝缘。
有些放电可能是由金属碎屑、数层绝缘纸穿孔引起的，当油污堆积在套管底部的瓷瓶上时，可能可以看到放电的痕迹。
通常铁芯上的绝缘退化时套管电容C1（高压棒与测试末屏之间的电容）也会增加。
套管在线监测装置安装技术规范书
套管在线监测装置安装技术规范书批准:审定:审核:编写:2011年1月24日1.1一般要求1.1.1本技术规范书适用于XXXXXXX局XXX变电站XXX主变压器套管在线监测装置（系统）。
1.1.2本技术规范书并未对一切技术细节作出规定，也未充分引述有关标准和规范的条文，提出的仅为最低限度的技术要求，投标方应提供符合本规范书和工业标准的优质产品，投标方也可推荐符合本技术规范的类似的或更优的产品，但投标方必须提供详尽的技术偏差。
1.1.3招标方的确认不能做为投标方不承担提供兼容性服务责任的理由。
在随后的研究、制造、试验或调试阶段，如果发现投标方所供设备不满足兼容性要求，招标方有权给予否定，并要求投标方根据招标方要求进行修改，直至符合兼容性要求为止。
从而保证招标方在整个工程或部分工程的利益不受损害。
1.1.4本技术规范书所使用的标准如与投标方所执行的标准不一致时，投标方则需提交这种替换标准供审查和分析，仅在招标方已证明替换标准相当或优于技术条件规定的标准，并从招标方获得书面的认可才能使用。
提交供审查的标准应为中文或英文版本。
1.1.5本技术规范书经业主与投标方双方确认后作为订货合同的附件，与合同正文具有同等法律效力。
1.1.6本规范书中涉及有关商务方面的内容，如与招标文件的《商务部分》有矛盾时，以《商务部分》为准。
1.1.7所有设备均应遵照适用的最新版中国国家标准（GB）以及国际单位制（SI），并参照IEC标准。
1.1.8如果投标人没有以书面形式对本规范书的条文提出异议，则意味着投标方提供的设备完全符合本规范书的要求。
如有异议，应在投标书中以“对规范书的意见和同规范书的差异”为标题的专门章节加以详细描述。
1.1.9投标人所投设备必须具有武高所等权威部门所出具性能测试报告、IEC61850通讯试验报告及合格证。
下列文件中的条款通过本技术规范书的引用而构成为本技术规范书的条款。
凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本技术规范书，然而，鼓励根据本技术规范书达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。
高压套管在线监测介绍
4、中法兰
② 高压套管的常规预试项目及试 验方法
高压套管的常规预试项目及试验方法
要求 周期 试验项目1
a) 采用2500V兆欧表 b) 主绝缘的绝缘电阻 值一般不应低于下 列数值： 110kV及以上： 10000MΩ 35kV： 5000MΩ c) 末屏对地的绝缘电 阻不应低于1000MΩ
电容量测量原理：从套管末屏接地线上取得电流信 号；从电压互感器取得相同相的电压信号；计算可 得电容量：
C=I/（ωU）
高压套管在线监测的原理及方法
b) SIM2系统 ：
SIM-2绝缘状态监测系统是一套针对110kV及以上电 压等级的电气设备，实施绝缘状态在线监测及诊断 的完整解决方案，适应于监测运行中电力变压器、 互感器、耦合电容器、避雷器等高压电气设备的绝 缘状况。 采用分布式结构、就地测量、数字传输，在被监测 设备上安装智能化的本地测量单元LC（相当于智能 传感器），实现就地测量，通过现场总线把监测数 据传送到中央监控器SC（相当于主机）。用户（PC， 用户端的计算机）利用局域网或电话线可随时获取 监测数据和诊断结果。
SIM绝缘监测系统的构成
高压套管在线监测的原理及方法
c)
电流信号的获取：
内置传感器的取样方式，即通过2×2.5mm2的双绞屏 蔽电缆把本地测量单元的取样传感器串接在末屏接 地端，并在设备的末屏与地之间安装取样保护装置， 这样可有效防止由于双绞屏蔽电缆意外开断造成末 屏开路。
C相 B相 A相
本地测量单元接线端
1.0 1.0
1.0
1.0 1.0
非 电 容 型
充油
充胶 胶线
3.5
3.5 3.5
1.5
2.0 2.0
/
变压器套管故障的在线监测技术
变压器套管故障的在线监测技术摘要：本文介绍了利用光纤传感器监测变压器外壳故障的原理，提出了基于光纤传感器的套管故障实时在线监测管理系统的应用方案。
关键词：变压器；套管；光纤传感器；在线监测引言在变压器结构中，外壳是一个重要的组成部分，它将变压器内部的高压和低压引线引至油箱外部，充当接地绝缘和固定引线。
一般要求套管除符合规定的电气强度和足够的机械强度外，还必须在运行中具有良好的热稳定性和密封性，并能承受短路过热的瞬间。
变压器套管通常因各种原因导致失效，主要失效模式为局部放电，漏电，内部绝缘问题。
一旦套管失效，就有可能造成大面积停电，严重影响整个电网的安全运行。
因此，有必要监测和诊断变压器套管的状况。
传统的变压器外壳通过离线检测进行监控。
这样就很难在短时间内或无限期地发现故障，从而不可能及时发现故障，及时判断并及时修复故障。
随着技术的发展，红外测温，油色谱分析，介电绝缘测试等一些在线监测方法也逐步引入到维护工作中。
这些试点项目可以帮助人们及时了解套管的运行状况，并使维护或事故诊断更有针对性。
上述检测技术取得了不同程度的成功，但也具有局限性，包括强电磁场干扰和环境噪声，气体传感器选择性差等。
由于其体积小，灵敏度高，抗电磁干扰，复用能力强，可在恶劣环境下工作，更适合在复杂的电磁环境中工作。
本文采用全光纤传感器监测变压器套管的实时状态，结合计算机技术，信息处理技术，设计一套完整的实时在线综合智能监测系统进行实时监测进行套管操作，诊断和预警，消除事故发生，尽量减少事故造成的损失。
1变电检修中使用在线监测技术的重要意义在不断的检查和实践中，在线检测技术的合理性得到了验证，这种技术的推广，非常有利于变电站的维护工作。
在线监测技术可称为一种非常新型的监测方法，目的是获取数据，然后分析数据带来的故障维修参考价值。
我们都知道设备的性能与运行状况有关，设备故障的概率比较大。
一般情况下，设备故障造成的损失是无法估算的，而在线监测技术可以很好地处理这个问题。
变压器高压套管在线监测数据阐述
变压器高压套管在线监测数据阐述电气设备在线监测技术是一种在运行状态下对电气设备的绝缘参数进行监测的方法，充分利用了传感器、计算机、数字信号处理等技术，连续或周期性地采集设备运行过程中的绝缘参数，能够准确地监测运行设备的绝缘状态，为电气设备的状态检修提供依据，为电力系统的安全可靠运行提供保障。
目前，西双版纳供电局在线监测系统主要对变压器高压套管、电流互感器、电容式电压互感器、避雷器等容性设备进行绝缘监测，通过定期对绝缘监测数据进行收集分析来判断设备的运行状况。
1 变压器高压套管在线监测高压套管作为电力变压器的重要设备，它能使变压器高压导线安全地穿过变压器箱盖，与其他电气设备连接，它的安全稳定运行对变压器来说具有重要意义。
当高压套管内部绝缘发生劣化、受潮时都会导致介损值增加，所以根据介损值的变化可以较灵敏地反映出绝缘受潮和其他某些局部缺陷。
高压套管在线监测系统技术原理是通过高精度传感器，测出高压套管末屏电流的幅度和相位，通过系统电压测量单元测得系统电压的幅度和相位。
由于损耗等效电阻的存在，流经末屏接地线的漏电流与系统电压间相位差并不是90°，而是存在δ的偏差。
介损P与δ关系为：P=UIctanδ=U2ωCtanδ，因此一般用tanδ来表征介损值，并且电容C变化导致的Ic的改变也会在δ中表现出来。
2 故障发现2014年9月25日，某110kV变电站容性设备在线监测系统进行检查维护，当调取在线监测数据进行查看时，发现110kV 1号主变110kV高压套管C相介损值有明显增加的趋势，而A相及B相套管却未见异常，通过调取2011～2014年同一月份时间节点的在线监测数据进行对比，如表1所示。
调取2014年近5个月在线监测数据进行对比，如表2所示：分析以上数据及变化趋势，C相套管介损值在2014年较前三年发生明显突变，而且在2014年近5个月内有明显增长的趋势，通过检查C相套管在线监测系统的装置及接线情况，未发现任何异常，且C相在线监测系统与另外A、B两相套管在线监测系统运行于同样的外部环境中，可以排除系统受干扰造成的数据异常情况，初步判断C相套管介损值真实存在明显增长趋势，套管内部可能存在绝缘劣化或受潮情况。
变压器套管绝缘在线监测仪的技术特点及工作原理
变压器套管绝缘在线监测仪的技术特点及工作原理变压器套管绝缘在线监测仪的技术特点套管绝缘在线监测系统应包含套管末屏电流采集单元、PT二次电压采集单元、数据测量及其系统掌控单元、就地显示单元、网络通讯单元及后台分析管理软件等六个部分构成：1、末屏电流采集单元依据变压器套管的末屏结构，提出相搭配的连接方式，制作出相搭配的连接件。
采集单元内部应加入相应的限压保护电路及雷电冲击保护电路等。
该单元应具有良好的屏蔽保护作用，避开引入外界干扰信号。
2、PT二次电压采集单元连接中控室内相应的PT接线端子，通过电缆将其引致监测装置内部端子。
3、数据测量及其系统掌控单元数据测量单元安装在变电站电气设备的运行现场，每三台变压器（单相变压器）安装一套；该单元可就地监测变压器套管的绝缘特征参量，通过计算处理把测量结果就地显示并以数字方式通过通讯总线，传送到变电站的后台服务器。
该单元须在已有的电流信号采集通道及PT电压信号采集通道基础上，附加1路温度采集通道；对监测数据进行实时修正，从而综合分析采集信息，精准明确反映套管绝缘情形。
该单元应具有长期工作的稳定性，且能有效抑制谐波干扰的影响。
4、就地显示单元考虑到现场太阳直晒情况，就地须接受320×240大屏幕白底黑字液晶屏幕显示。
可实时显示套管电容量Cx、介质损耗值tanδ、末屏电流等数值。
并配置相应的按键，从而实现相关参数的调整。
5、网络通讯单元可选择RS485/ RS232/USB/光口等接口，亦需有多种通讯规约可选，如Modbus RTU、IEC61850等。
zui终可在在总服务器上实现全部现场变压器套管绝缘情形的综合分析、集中监控。
6、后台分析管理软件接受智能软件辨别系统，实现全天候实时在线监测，系统操作界面友好；监测系统接受先进的监测原理及软硬件优化设计，使系统能够有效滤除各种干扰，牢靠发觉变压器内部隐患。
产品参数1.精准度：Cx:±（读数×1%±2pF）tgδ:±（读数×1%±0.0005）2.抗干扰指标：在电流谐波达到50%时仍能达到上述精准度3.电容量范围： 3—700pF4.tgδ范围：不限，辨别率0.001%。
基于变压器套管在线监测系统的设计与应用
基于变压器套管在线监测系统的设计与应用摘要：为了实时监测变压器套管的绝缘状态，设计了一套在线监测变压器套管绝缘性能的测试系统。
该系统通过采集变压器套管末屏和电压互感器N端电流计算出相对介损和相对电容量来判断套管绝缘性能的优劣。
系统主要由DSP微处理器控制，实现对变压器套管相对介损及电容量测量、数据存储和实时数据显示的功能。
试验表明，系统运行稳定可靠，可满足在线监测变压器套管绝缘性能的要求，为变压器套管绝缘在线监测的应用提供了依据，并对在线监测系统的研究具有重要的理论意义和实践价值。
关键词：变压器；套管；相对介损；微处理器引言电力变压器是电力系统中的核心部分，其运行可靠性对整个电力系统的运行有着至关重要的作用。
而变压器套管有是电力变压器的一个核心部件，近年来由于变压器套管绝缘故障造成的事故频发，因此对变压器套管绝缘状态的监测有着极大的意义。
基于上述背景，本项目设计一套在线监测变压器套管绝缘性能的测试系统，通过高精度电流传感器采集变压器套管末屏及同相母线电压互感器N端电流信号，经过控制系统分析处理，计算出变压器套管的相对介损及电容量，进而达到变压器无需停电即可实时监测套管的绝缘性能的目的，具有较高技术先进性和较好的实用性。
1 工作原理变压器套管通常采用电容屏均压方式的绝缘结构，介质损耗tgδ及电容量是衡量变压器套管绝缘性能优劣最直接、有效的参数，在设备的运行过程中准确监测变压器套管介损和电容量的大小尤为重要。
因此，该系统采用了嵌入式计算机系统，具备极强的数学运算功能，并且专门设计和使用了一种以快速傅里叶变换为核心的纯数学方法，来准确求取两个电流信号基波分量的相位差。
即从同相母线PT的N端采集电流信号In作为基准电流，从变压器套管末屏采集电流信号Ix。
在中央监控器的控制下，对两路电流信号经滤波、放大、采样等数字处理，利用谐波分析法分别提取其基波分量，计算出其相位差和幅度比，从而获得被试套管和参考设备的相对介损差值和电容量比值。
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套管故障是导致变压器故障的常见的原因之一，利用在线监测
技术使得工程师和资产管理人员能够在设备故障发展到危险级别之
前，检测电容式套管的早期恶化情况，进而避免突发性事故的发生。
局部放电(PD,Partial Discharge)是由于高场强区域绝缘不良、
带电部件松动或设计缺陷导致微弱放电引起，有些类型局部放电不
会导致故障，但多数局部放电可发展为表面放电或其他绝缘故障，
进而导致导致套管或变压器故障。
针对某些无法通过常规离线测试及在线介损（PF）监测技术反
映的套管缺陷，可以通过结合在线局部放电监测技术加以识别。
InsulBM-1000C型变压器套管综合监测装置结合了套管介质损耗及
局部放电两类在线监测技术，大大提高了套管故障的识别率。
该装置同时获得六支高压套管末屏泄露电流并通过复杂的DSP算法计算得到套管的介质损耗数值，并实现将套管的在线局部放电数据与介损数据的实时趋势监测。
该监测装置采用集成式套管末屏传感器同时测量泄漏电流和局部放电，并可以用于高压CT、高压充油电缆或其他具有测试抽头的容性设备。
该装置可连续监测高压套管的介损值、电容C1、泄漏电流、电压值、PD能量与强度值以及三相套管不平衡电流相位和幅值。
该装置的介损监测技术采用了五种算法，其中至少有三种算法同时工作以确保数据的可靠性。
根据变电站的设备配置和变压器数量，可以应用以下算法：
·相邻套管相位比较算法计算得出相对介损值；
·采用高低压比较法作为相邻相位比较法的补充；
·标准参考及比较算法得到真实的介损值；
·矢量电流和算法作为补充并用于提高数据精度；
·同时应用至少三种算法以避免误报警的发生；
介质损耗和电容值可以采用相邻相位法、相对比较
法或标准参考法加以确定，其中介损值数据也可以考虑
加入数据平滑处理算法。
此外，该InsulBM-1000C装置备有额外的输入通道
用于监测变压器其他参数，如负载电流（3个输入量）、
变压器温度（3个输入量）、环境温度和湿度等，这些
参数为套管状态提供了更为可靠的参考数据。
InsulBM-1000C型监测装置备套管及/或电压互感器实
时监测和通讯能力，并可提供各类兼容接口与通讯协
议，方便组网与控制。
套管监测单元
套管故障被认为是变压器故障的主要原因之一，传统的套管离线测试方式包括电容量及介损测试。
套管监控装置是一种固定安装式在线监测系统，单套监测装置可连续监测六支高压套管的泄漏电流、介质损耗、电容值及套管其他状态量。
该监测装置备有三种标准检测模式以及两种可选设置：标准设置包括6个电流输入量：
·三相矢量电流和；
·相邻相相位比较；
·相位比较
可选设置（3个电压及3个电流输入量）：
·参考相位测试（3支套管及3个电压互感器）
可选设置（6个电压输入量）：
·6个电压互感器输入量；
套管末屏传感器/适配器为兼容各类型套管末屏测试抽头而专门设计，允许测量泄漏电流高达140mA AC。
该末屏适配器适用于接地与非接地设计的套管末屏抽头，末屏适配器内具有保护电路可确保套管末屏始终可靠接地，从而避免套管末屏绝缘故障。
此外，套管末屏适配器为一体式传感器设计，适于变压器及套管的综合监测应用。
技术特点：
·同时测量多达六支套管泄漏电流，并可提供以下数据：
-从设备投运起的相对电容量%；-每支套管的相对介损值(%PF)；
-两组三相套管矢量电流和幅值；-矢量电流和相角；
-越限报警输出；
图2、套管综合监测监测系统布置图
局部放电监测单元
局部放电是由于电力设备高场强区域绝缘不良、带电部件松动或设计缺陷导致微弱放电引起，有些类型局部放电不会导致故障，但多数局部放电可发展为表面放电或其他绝缘故障，进而导致导致套管或变压器故障。
·装置采用先进的局部放电连续电脉冲监测技术，可直接自已有的套管末屏传感器获取局部放电信号；
·探测套管及变压器内的局部放电信号；
·探测高频(HF)及超高频(UHF)信号有效避免环境噪声干扰；
·智能诊断功能可诊断以下局部放电故障类型及严重等级：
-内部放电；-空穴放电；
-带电部件附近绝缘缺陷；-接地部件附件绝缘缺陷；
-悬浮放电；-电晕；
-颗粒放电；-表面放电；
技术特点：
·通过比较噪声脉冲及局部放电脉冲频率及探测时间间的差异实现真实局部放电脉冲的有效获取；·采用相解析局部放电图谱(PRPD)及时、频域图谱对局部放电特征进行分析；
·具备常见绝缘缺陷局部放电“指纹图谱库”，并可升级并添加新诊断数据；
·采用专利算法区分源于其他设备的局部放电干扰信号；
·自动生成高压电力设备绝缘系统状态分析及诊断报告；
图3、典型的局部放电PRPD/PRPS图谱显示
InsulBM1000C技术规范。