整合型電力變壓器智能組件的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型屬于電力變壓器領(lǐng)域，尤其涉及一種整合型電力變壓器智能組件。本實(shí)用新型是在智能組件柜體內(nèi)機(jī)架上安裝有主IED、狀態(tài)監(jiān)測IED、中性點(diǎn)電流互感器合并單元、過程層網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和非電量保護(hù)的硬壓板，實(shí)現(xiàn)對變壓器的測量、監(jiān)測、控制、計(jì)量和保護(hù)；柜體內(nèi)另一側(cè)設(shè)有安裝板，在安裝板上設(shè)有變壓器冷卻控制系統(tǒng)；所述的變壓器冷卻控制系統(tǒng)包括設(shè)置在安裝板上的電流互感器、電壓監(jiān)視繼電器、斷路器、接觸器及電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)器，智能組件柜體設(shè)有搖門，在搖門上設(shè)有LED燈、按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)、電流表，用于變壓器冷卻系統(tǒng)的監(jiān)測和控制。本實(shí)用新型對外所有信息均遵循IEC61850規(guī)約，對信息進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化建模，方便與變電站內(nèi)的二次設(shè)備及各種本體狀態(tài)監(jiān)測設(shè)備進(jìn)行連接。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于電力變壓器領(lǐng)域，尤其涉及一種整合型電力變壓器智能組件。 整合型電力變壓器智能組件

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著智能變電站建設(shè)的不斷深入，對變電站內(nèi)部的電力變壓器也提出了更高的技 術(shù)要求-智能電力變壓器。智能電力變壓器由電力變壓器本體、傳感器及智能組件組成，其 中傳感器與本體一體化設(shè)計(jì)。智能組件集合了測量、監(jiān)測、控制等IED，安裝在變壓器近旁。 智能組件通過電纜或光纖與變壓器中的傳感器和執(zhí)行器連接，連接可以是模擬信號，也可 以是數(shù)字信號。
[0003] 目前，智能電力變壓器用智能組件的IED有以下配置：測量IED、冷卻裝置控制 IED、有載分接開關(guān)控制IED、合并單元、監(jiān)測主IED、繞組溫度監(jiān)測IED、局部放電監(jiān)測IED、 油中溶解氣體監(jiān)測IED、侵入波監(jiān)測IED、高壓套管監(jiān)測IED和非電量保護(hù)IED。變壓器智能 組件的功能分散在各個(gè)IED中，這與智能組件的發(fā)展方向是不一致的，智能組件是向著高 度集成和與本體的一體化方向發(fā)展的。另外，這種方式各個(gè)裝置相對單一、孤立和分散，對 變壓器狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集存在重復(fù)和利用率不高的情況，缺少對變壓器的綜合診斷和評估， 或是分析不全面。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本實(shí)用新型提供一種整合型電力變壓器智能組 件，其目的是提供一種集成度高、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、安全可靠的整合型電力變壓器智能組件。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述實(shí)用新型目的，本實(shí)用新型是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：
[0006] 整合型電力變壓器智能組件，在智能組件柜體內(nèi)一側(cè)為機(jī)架式結(jié)構(gòu)，在機(jī)架上安 裝有主IED、狀態(tài)監(jiān)測IED、中性點(diǎn)電流互感器合并單元、過程層網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和非電量保護(hù) 的硬壓板，實(shí)現(xiàn)對變壓器的測量、監(jiān)測、控制、計(jì)量和保護(hù)；柜體內(nèi)另一側(cè)設(shè)有安裝板，在安 裝板上設(shè)有變壓器冷卻控制系統(tǒng)；所述的變壓器冷卻控制系統(tǒng)包括設(shè)置在安裝板上的電流 互感器、電壓監(jiān)視繼電器、斷路器、接觸器及電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)器，智能組件柜體設(shè)有搖門，在搖門 上設(shè)有LED燈、按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)、電流表，用于變壓器冷卻系統(tǒng)的監(jiān)測和控制。
[0007] 所述的主IED包括高壓套管監(jiān)測插件和非電量保護(hù)插件，通過內(nèi)部總線連接。
[0008] 所述的主IED通過RS-485或CAN總線與狀態(tài)監(jiān)測IED連接：所述的主IED也可以 通過過程層網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)與符合IEC 61850規(guī)約的狀態(tài)監(jiān)測IED連接；通過電纜硬接線方式 與冷卻控制系統(tǒng)連接；通過硬接線與變壓器本體組件連接獲取狀態(tài)信息；所述的變壓器本 體組件包括本體氣體繼電器、本體壓力釋放閥、本體油位計(jì)、頂層油溫度計(jì)、分接開關(guān)氣體 繼電器及分接開關(guān)油位計(jì)。
[0009] 所述的主IED具有變壓器本體的數(shù)字化測量、智能控制、非電量保護(hù)、IEC 61850 通信、高壓套管監(jiān)測、網(wǎng)絡(luò)對時(shí)和綜合分析功能；所述的主IED通過IEC 61850 SV網(wǎng)絡(luò)得到 變壓器本體三側(cè)斷路器的采樣值信號，通過計(jì)算可以得到變壓器當(dāng)前的負(fù)荷數(shù)據(jù)；主IED 是插板結(jié)構(gòu)，設(shè)有非電量保護(hù)和高壓套管監(jiān)測插板，非電量保護(hù)插板通過內(nèi)部總線可以得 到油溫、油位、瓦斯繼電器和冷卻控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通過內(nèi)部的邏輯判斷，向站控層發(fā) 出告警和跳閘信息，并直接跳開斷路器刀閘；高壓套管監(jiān)測插件通過采集電容型套管末屏 的接地電流和二次PT值，可以計(jì)算出介質(zhì)損耗因數(shù)、末屏電流、等值電容，從而判斷高壓套 管的絕緣情況。
[0010] 所述的狀態(tài)監(jiān)測IED與變壓器本體上的傳感器相連接；所述的狀態(tài)監(jiān)測IED包括 鐵芯接地電流監(jiān)測IED、油中溶解氣體監(jiān)測IED、局部放電監(jiān)測IED及繞組溫度監(jiān)測IED。
[0011] 所述的繞組溫度監(jiān)測IED，通過預(yù)埋在三相繞組中的光纖，采集到每個(gè)繞組熱點(diǎn)溫 度，并回傳給繞組溫度監(jiān)測IED ;所述的鐵芯接地電流監(jiān)測IED，通過放置在鐵芯接地線上 的穿心電流互感器，就地變成RS-485信號傳送給主IED。
[0012] 所述的中性點(diǎn)電流互感器合并單元采集變壓器本體中性點(diǎn)電流互感器信號，通過 SV網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給變壓器本體繼電保護(hù)裝置。
[0013] 所述的過程層網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)與主IED、變壓器本體三側(cè)斷路器合并單元和符合IEC 61850規(guī)約的狀態(tài)監(jiān)測IED相連接。
[0014] 所述的中性點(diǎn)電流互感器合并單元采集中性點(diǎn)電流互感器模擬值，轉(zhuǎn)化成符合 IEC 61850的SV信號直接送給中性點(diǎn)保護(hù)裝置中，220kV以上的變壓器中性點(diǎn)電流互感器 合并單元宜雙套配置；所述的過程層網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)接入符合IEC 61850規(guī)約的各種狀態(tài)監(jiān)測 IED和變壓器本體三側(cè)斷路器的合并單元，與主IED實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)；AC 380V三相電纜通過冷卻 系統(tǒng)給風(fēng)機(jī)和油泵供電，主IED控制冷卻系統(tǒng)中的接觸器的線圈來實(shí)現(xiàn)對風(fēng)機(jī)、油泵的控 制；同時(shí)，電機(jī)啟動(dòng)器和電壓監(jiān)視繼電器等通過輔助接點(diǎn)反饋冷卻系統(tǒng)的狀態(tài)給主IED，實(shí) 現(xiàn)對冷卻系統(tǒng)的監(jiān)測和控制。
[0015] 所述的主IED對測控裝置通過GOOSE網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的控制信息轉(zhuǎn)發(fā)給執(zhí)行器，同時(shí)，主 IED還可以得到的變壓器油溫、繞組溫度、負(fù)荷信息、鐵芯接地電流等狀態(tài)信息，形成冷卻控 制策略，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制；主IED對各個(gè)狀態(tài)監(jiān)測IED采集的狀態(tài)信息進(jìn)行綜合，形成相應(yīng)的 狀態(tài)評估、檢修和故障診斷信息，通過IEC 61850 MMS報(bào)文形式發(fā)送給主IED，主IED中通過 油中溶解氣體改良三比值法，初步判斷變壓器中是否發(fā)生電、熱故障，并通過其他監(jiān)測IED 進(jìn)一步確認(rèn)故障類型，及時(shí)形成檢修策略。
[0016] 本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)及所產(chǎn)生的有益效果：
[0017] 本實(shí)用新型提供一種整合型電力變壓器智能組件，將具備測量數(shù)字化、智能控制、 非電量保護(hù)、IEC 61850通信、高壓套管監(jiān)測、網(wǎng)絡(luò)對時(shí)和綜合分析功能的主IED、冷卻控制 系統(tǒng)、狀態(tài)監(jiān)測IED、中性點(diǎn)電流互感器合并單元和過程層網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)統(tǒng)一放置在變壓器 智能組件柜中，全面采集變壓器本體的狀態(tài)數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)絡(luò)通信傳給主IED進(jìn)行分析綜合， 并上傳到站控層網(wǎng)絡(luò)；同時(shí)，能夠接收站控層網(wǎng)絡(luò)的指令對冷卻系統(tǒng)和有載分接開關(guān)進(jìn)行 控制，主IED本身也能夠形成優(yōu)化的控制指令。變壓器智能組件對外所有信息均遵循IEC 61850規(guī)約，對信息進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化建模，方便與變電站內(nèi)的二次設(shè)備及各種本體狀態(tài)監(jiān)測設(shè)備 進(jìn)行連接。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，對本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0019] 圖1是本實(shí)用新型柜內(nèi)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020] 圖2是本實(shí)用新型信息交互示意圖；
[0021] 圖3是本實(shí)用新型內(nèi)部信息流示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0022] 本實(shí)用新型是一種整合型電力變壓器智能組件，包括主IED、變壓器冷卻控制系 統(tǒng)、狀態(tài)監(jiān)測IED、中性點(diǎn)電流互感器合并單元和過程層網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，并安裝在智能組件柜 中。如圖1所示，本實(shí)用新型智能組件柜由左右兩部分構(gòu)成，左側(cè)為19英寸機(jī)架式結(jié)構(gòu)，機(jī) 架上安裝主IED、各種狀態(tài)監(jiān)測IED、中性點(diǎn)電流互感器合并單元、過程層網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和非 電量保護(hù)的硬壓板，實(shí)現(xiàn)對變壓器的測量、監(jiān)測、控制、計(jì)量和保護(hù)；右側(cè)為空白安裝板，在 安裝板上放置電流互感器、電壓監(jiān)視繼電器、斷路器、接觸器、電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)器，智能組件柜體 上配置搖門，在搖門上放置LED燈、按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)、電流表，能夠?qū)ψ儔浩骼鋮s系統(tǒng)進(jìn)行控 制并能夠反饋其工作的狀態(tài)。利用電流互感器、電壓監(jiān)視繼電器和電機(jī)啟動(dòng)器的觸點(diǎn)對整 體冷卻控制系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)視；斷路器、接觸器和電機(jī)啟動(dòng)器對風(fēng)機(jī)、油泵起到保護(hù)和控制 的作用。
[0023] 所述的各種狀態(tài)監(jiān)測IED包括：油中溶解氣體監(jiān)測IED、局部放電監(jiān)測IED、繞組溫 度監(jiān)測IED、鐵芯接地電流監(jiān)測IED等。
[0024] 所述的主IED包括高壓套管監(jiān)測插件和非電量保護(hù)插件，通過內(nèi)部總線連接。
[0025] 所述的主IED通過RS-485或CAN總線與狀態(tài)監(jiān)測IED連接：所述的主IED也可以 通過過程層網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)與符合IEC 61850規(guī)約的狀態(tài)監(jiān)測IED連接；通過電纜硬接線方式 與冷卻控制系統(tǒng)連接；通過硬接線與變壓器本體組件連接獲取狀態(tài)信息；所述的變壓器本 體組件包括本體氣體繼電器、本體壓力釋放閥、本體油位計(jì)、頂層油溫度計(jì)、分接開關(guān)氣體 繼電器及分接開關(guān)油位計(jì)。
[0026] 所述的主IED具有變壓器本體的數(shù)字化測量、智能控制、非電量保護(hù)、IEC 61850 通信、高壓套管監(jiān)測、網(wǎng)絡(luò)對時(shí)和綜合分析功能；所述的主IED通過IEC 61850 SV網(wǎng)絡(luò)得到 變壓器本體三側(cè)斷路器的采樣值信號，通過計(jì)算可以得到變壓器當(dāng)前的負(fù)荷數(shù)據(jù)；主IED 是插板結(jié)構(gòu)，設(shè)有非電量保護(hù)和高壓套管監(jiān)測插板，非電量保護(hù)插板通過內(nèi)部總線可以得 到油溫、油位、瓦斯繼電器和冷卻控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通過內(nèi)部的邏輯判斷，向站控層發(fā) 出告警和跳閘信息，并直接跳開斷路器刀閘；高壓套管監(jiān)測插件通過采集電容型套管末屏 的接地電流和二次PT值，可以計(jì)算出介質(zhì)損耗因數(shù)、末屏電流、等值電容，從而判斷高壓套 管的絕緣情況。
[0027] 所述的狀態(tài)監(jiān)測IED與變壓器本體上的傳感器相連接；所述的狀態(tài)監(jiān)測IED包括 鐵芯接地電流監(jiān)測IED、油中溶解氣體監(jiān)測IED、局部放電監(jiān)測IED及繞組溫度監(jiān)測IED。
[0028] 所述的繞組溫度監(jiān)測IED，通過預(yù)埋在三相繞組中的光纖，采集到每個(gè)繞組熱點(diǎn)溫 度，并回傳給繞組溫度監(jiān)測IED ;所述的鐵芯接地電流監(jiān)測IED，通過放置在鐵芯接地線上 的穿心電流互感器，就地變成RS-485信號傳送給主IED。
[0029] 所述的中性點(diǎn)電流互感器合并單元采集變壓器本體中性點(diǎn)電流互感器信號，通過 SV網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給變壓器本體繼電保護(hù)裝置。
[0030] 所述的過程層網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)與主IED、變壓器本體三側(cè)斷路器合并單元和符合IEC 61850規(guī)約的狀態(tài)監(jiān)測IED相連接。
[0031] 如圖2所示，整合型電力變壓器智能組件放置在變壓器近旁，通過硬接線電纜方 式接入油溫、油壓、氣體聚集量等信息，對變壓器工況信息進(jìn)行采集。各個(gè)狀態(tài)監(jiān)測IED通 過加裝在變壓器本體上的傳感器，得到本體的狀態(tài)信息，進(jìn)行全面的采集并通過網(wǎng)絡(luò)通信 方式反饋給主IED。比如，繞組溫度監(jiān)測IED，通過預(yù)埋在三相繞組中的光纖，采集到每個(gè) 繞組熱點(diǎn)溫度，并回傳給繞組溫度監(jiān)測IED ;鐵芯接地電流裝置，通過放置在鐵芯接地線上 的穿心電流互感器，就地變成RS-485信號傳給主IED。中性點(diǎn)電流互感器合并單元采集中 性點(diǎn)電流互感器模擬值，轉(zhuǎn)化成符合IEC 61850的SV信號直接送給變壓器中性點(diǎn)保護(hù)裝置 中，220kV以上的變壓器中性點(diǎn)電流互感器合并單元宜雙套配置。過程層網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)接入符 合IEC 61850規(guī)約的各種狀態(tài)監(jiān)測IED和變壓器本體三側(cè)斷路器的合并單元，與主IED實(shí) 現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)。AC 380V三相電纜通過冷卻系統(tǒng)給風(fēng)機(jī)和油泵供電，主IED控制冷卻系統(tǒng)中的接觸 器的線圈來實(shí)現(xiàn)對風(fēng)機(jī)、油泵的控制；同時(shí)，電機(jī)啟動(dòng)器和電壓監(jiān)視繼電器等通過輔助接點(diǎn) 反饋冷卻系統(tǒng)的狀態(tài)給主IED，實(shí)現(xiàn)對冷卻系統(tǒng)的監(jiān)測和控制。
[0032] 主IED是整合型電力變壓器智能組件中的核心，如圖3所示，整個(gè)智能組件的信息 流都要匯集到主IED中。主IED對測控裝置通過GOOSE網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的控制信息轉(zhuǎn)發(fā)給執(zhí)行 器，比如，冷卻器的啟動(dòng)和有載分接開關(guān)檔位的調(diào)整，同時(shí)，主IED還可以得到的變壓器油 溫、繞組溫度、負(fù)荷信息、鐵芯接地電流等狀態(tài)信息，形成冷卻控制策略，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。主 IED對各個(gè)狀態(tài)監(jiān)測IED采集的狀態(tài)信息進(jìn)行綜合，形成相應(yīng)的狀態(tài)評估、檢修和故障診斷 信息，比如，油中溶解氣體監(jiān)測IED，得到H 2、C2H2、C2H4、C 2H6、CH4、CO、C02、H20等氣體含量， 通過IEC 61850麗S報(bào)文形式發(fā)送給主IED，主IED中通過改良三比值法，可以初步判斷 變壓器中是否發(fā)生電、熱故障，并通過其他監(jiān)測手段進(jìn)一步確認(rèn)故障類型，及時(shí)形成檢修策 略。變壓器高、中、低壓側(cè)斷路器合并單元接入到過程層網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，主IED通過IEC 61850 SV網(wǎng)絡(luò)得到變壓器本體三側(cè)斷路器的采樣值信號，通過計(jì)算可以得到變壓器當(dāng)前的負(fù)荷數(shù) 據(jù)。主IED是插板結(jié)構(gòu)，本身含有非電量保護(hù)和高壓套管監(jiān)測插板，非電量保護(hù)插板通過 內(nèi)部總線可以得到油溫、油位、瓦斯繼電器和冷卻控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通過內(nèi)部的邏輯判 斷，向站控層發(fā)出告警和跳閘信息，并直接跳開斷路器刀閘；高壓套管監(jiān)測插件通過采集電 容型套管末屏的接地電流和二次電壓互感器值，可以計(jì)算出介質(zhì)損耗因數(shù)、末屏電流、等值 電容，從而判斷高壓套管的絕緣情況。
【權(quán)利要求】
1. 整合型電力變壓器智能組件，其特征在于：智能組件柜體內(nèi)一側(cè)為機(jī)架式結(jié)構(gòu)，在 機(jī)架上安裝有主IED、狀態(tài)監(jiān)測IED、中性點(diǎn)電流互感器合并單元、過程層網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和非 電量保護(hù)的硬壓板，實(shí)現(xiàn)對變壓器的測量、監(jiān)測、控制、計(jì)量和保護(hù)；柜體內(nèi)另一側(cè)設(shè)有安裝 板，在安裝板上設(shè)有變壓器冷卻控制系統(tǒng)；所述的變壓器冷卻控制系統(tǒng)包括設(shè)置在安裝板 上的電流互感器、電壓監(jiān)視繼電器、斷路器、接觸器及電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)器，智能組件柜體設(shè)有搖 門，在搖門上設(shè)有LED燈、按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)、電流表，用于變壓器冷卻系統(tǒng)的監(jiān)測和控制。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的整合型電力變壓器智能組件，其特征在于：所述的主IED包 括高壓套管監(jiān)測插件和非電量保護(hù)插件，通過內(nèi)部總線連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的整合型電力變壓器智能組件，其特征在于：所述的主IED通 過RS-485或CAN總線與狀態(tài)監(jiān)測IED連接：所述的主IED也可以通過過程層網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)與 符合IEC 61850規(guī)約的狀態(tài)監(jiān)測IED連接；通過電纜硬接線方式與冷卻控制系統(tǒng)連接；通 過硬接線與變壓器本體組件連接；所述的變壓器本體組件包括本體氣體繼電器、本體壓力 釋放閥、本體油位計(jì)、頂層油溫度計(jì)、分接開關(guān)氣體繼電器及分接開關(guān)油位計(jì)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的整合型電力變壓器智能組件，其特征在于：所述的狀態(tài)監(jiān)測 IED與變壓器本體上的傳感器相連接；所述的狀態(tài)監(jiān)測IED包括鐵芯接地電流監(jiān)測IED、油 中溶解氣體監(jiān)測IED、局部放電監(jiān)測IED及繞組溫度監(jiān)測IED。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的整合型電力變壓器智能組件，其特征在于：所述的過程層網(wǎng) 絡(luò)交換機(jī)與主IED、變壓器本體三側(cè)斷路器合并單元和符合IEC 61850規(guī)約的狀態(tài)監(jiān)測IED 相連接。
【文檔編號】H01F27/00GK203850920SQ201320762366
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2013年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月28日
【發(fā)明者】高強(qiáng), 張光明, 耿寶宏, 韓月, 劉齊, 原峰, 李艷丹, 程大偉, 王茂軍, 鐘丹田 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院, 遼寧東科電力有限公司