许继高压设备状态监测解决方案

许继高压设备状态监测解决方案

许昌许继昌南通信设备有限公司

2011.04第4次印刷

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目 录

1、应用范围 .................................................................................................................................................. 1 2、设计依据 .................................................................................................................................................. 1 3、技术方案 .................................................................................................................................................. 1 3.1 新建智能变电站状态监测系统方案 ................................................................................................. 1 3.1.1 状态监测系统独立组网配置方案............................................................................................. 1 3.1.2 状态监测系统与综自系统完全融合方案 ................................................................................. 3 3.2 变电站智能化改造状态监测方案 ..................................................................................................... 4 3.3 常规变电站状态监测系统方案 ......................................................................................................... 4 4、产品介绍 .................................................................................................................................................. 5 4.1 智能一次设备..................................................................................................................................... 5 4.1.1变压器智能化 .............................................................................................................................. 5 4.1.2断路器智能化 .............................................................................................................................. 6 3.1.3 开关柜状态监测方案 ................................................................................................................ 7 4.1.4避雷器智能化 .............................................................................................................................. 8 4.2 状态监测装置..................................................................................................................................... 9 4.2.1 变压器监测相关装置 ................................................................................................................ 9 4.2.2 断路器（GIS/HGIS）监测相关装置 ..................................................................................... 10 4.2.3 避雷器监测装置 ...................................................................................................................... 11 4.2.4 开关柜监测装置 ...................................................................................................................... 11 4.3 间隔层设备....................................................................................................................................... 12 4.3.1 NWJ-804双以太网关接口 ........................................................................ 错误！未定义书签。 4.3.2 监测主IED ............................................................................................................................... 12 4.4 站内状态监测主站系统 ................................................................................................................... 12 5、状态监测部分业绩介绍 ........................................................................................................................ 13 6、鉴定资料证书 ........................................................................................................................................ 14 6.1 鉴定资料图片................................................................................................................................... 14

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1、应用范围

CBS-8000状态监测系统涵盖了变压器、断路器（GIS）、避雷器、容性设备和开关柜等高压设备的状态监测和故障诊断。

CBS-8000状态监测系统适用于35kV～750kV各电压等级变电站或开关站。通过针对性配置该系统可以应用于常规变电站、常规变电站的智能化改造和所有智能变电站。系统还能广泛应用于煤矿、铝厂、钢厂、石化、铁路和发电厂各个领域。

2、设计依据

CBS-8000状态监测系统提供的解决方案，遵循以下导则、规范：  Q/GDWZ410-2010《高压设备智能化技术导则》；  Q/GDW 383-2009《智能变电站技术导则》；

 Q/GDW393-2009《110（66）kV～220kV智能变电站设计规范》；  Q/GDW394-2009《330kV～750kV智能变电站设计规范》；  Q/GDW 169-2008 《油浸变压器（电抗器）状态评价导则》；  Q/GDW 171-2008 《SF6高压断路器状态评价导则》；  Q/GDW441-2010《智能变电站继电保护技术规范》；  Q/GDWZ414-2010《变电站智能化改造技术规范》；  Q/GDW430-2010《智能变电站智能控制柜技术规范》。

3、技术方案

高压设备状态监测解决方案由各类监测子IED、监测主IED和站内状态监测主站共同构成。 站内状态监测主站不但是一个全局状态信息的数据中心，也是一个设备状态信息的发布平台，也是故障诊断、运行和检修维护的咨询管理平台。该套系统的建立和运用，促使传统意义上的在线监测系统从一个孤立的、静止的实验性系统过渡到全局的、网络化的、智能化的综合状态监测、诊断和服务管理系统。具有完善的数据分析和诊断功能，在向用户提供主设备状态信息的同时对可能的故障进行预警；对设备健康状态和剩余寿命做出估计，对已经发生、正在发生或可能发生的故障进行分析、判断和预报，明确故障的性质、类型、程度、原因和部位，指出故障发生和发展的趋势及其后果，提出控制故障发展和消除故障的有效对策，达到避免电力设备事故发生、保证设备安全、可靠、正常运行的目的。

3.1 新建智能变电站状态监测系统方案

通过解读《高压设备智能化技术导则》，许继提供两种智能变电站状态监测系统方案。方案一（见图3-1）：状态监测系统在遵循IEC61850基础上独立组网，但与综合自动化系统进行统一建模。状态监测系统与综自系统在站控层进行一定程度融合；方案二（见图3-2）：状态监测系统从过程层开始与综自系统进行融合，两个系统从物理和逻辑上实现共网。 3.1.1 状态监测系统独立组网配置方案

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整站建立在IEC61850通信技术规范基础上，按分层分布式来实现智能变电站内一次设备状态监测，保证智能电气设备间的信息共享和互操作性，从整体上分为站控层、间隔层和过程层。系统结构如图3-1所示。

本解决方案包含内容：智能变压器（监测功能组）、智能断路器（GIS/HGIS）（智能断路器监测功能组）、避雷器监测和开关柜监测。

本方案适用范围：新建智能变电站和常规站的智能化改造。

变变..变变变..变变PMS..变变变变变变变变变变变变变变变变变变变IEC61850-8-1IEC61850-8-1变变变变变变变变变变IEC61850-8-1变变变变 IEC61850-8-1变变变变变变IED变变变变变GIS变变变变IED变变/变变IED(SF6变变变)变变变变变变变变变变变变变IED变变变变IED变变变IED...变变变变变IEDGIS变变变变变IED变变IED变变变变变变IED变变变变IED...变变变变变变变变变IED变变变变变IED变变变i

图3-1 智能变电站状态监测典型方案架构体系

监测主IED进行相关子IED监测数据的综合处理，进行设备综合评估和诊断，遵循IEC61850规约与站内状态监测主站建立通信服务。站内状态监测主站结合在线数据和设备运行数据实现智能设备的健康状态评估。

本方案采用状态监测独立组网模式保证保护和监控等网络信息安全性，同时状态监测网络通过防火墙与监控网络实现信息共享达到信息互动目的。

过程层中各监测子IED与监测主IED采用私有规约进行通信。监测主IED在逻辑上归属间隔层，与站内状态监测主站通过IEC61850进行通信。

各监测子IED集中部署在智能组件柜中，油气监测IED可以选择放置在智能组件柜中或者柜外。开关柜监测装置放置在开关柜内。

对外接口：在方案设计阶段充分考虑站内状态监测系统为PMS系统的重要组成部分。预留站外接口，根据需要与网省侧输变电设备状态集中监测中心互联，或者与网省侧PMS的状态监测数据库服务器互联。

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3.1.2 状态监测系统与综自系统完全融合方案

本方案中，各种监测数据通过通讯服务器进行规约装换后以符合过程层规范的格式在过程层网络进行传输。

本方案适用范围：新建智能变电站和常规站的智能化改造。

变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变 变变变变 变变1变变1变变2变变变变变变变变2变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变DTU变变变变变变变变变变变变IED变变变变IED变变变变变DBU变变变变变变变变变变变CB变变变变变变变变变变变变1变变变变变变变nSF6变变变变IED变变变变变变IED变变变变变变IED变变变变变变IED变变变变变变IED变变变变变IED变变变变变变IED变变变变变变IED变变变变变IED变变变变变变变IED变变变变变IED变变变变变变IED变变变变变变IED变变变变变变变变变变变变变IEDCB变变|变变变变CB变变变变变CB变变变变变CB变变变变CB变变变变变变变变变变变变变变变变变变IED变变变变变变IED变变变变变变变变变变变变变变变变CB变变I2T变变变变变变变变变变/变变图3-2 智能变电站状态监测备选方案架构体系

说明：

1) 态监测主站

站内状态监测主站应用于智能开关的故障诊断和分析，基于设备管理运行数据和各种运行状态监测数据，由用户的专家系统进行在线或者离线的系统诊断。

站内状态监测主站位于站控层，采用61850通讯服务，接收各状态监测综合诊断装置提供的监测数据及分析结果，也可以调阅各状态监测单元存储的历史数据和分析结果。 2) 状态监测综合诊断与状态监测主IED单元功能

状态监测综合诊断装置接收过程层数据（goose、smv），包括过程层设备（智能接口单元、合并单元等）和经过通讯服务器转换后的各监测子IED设备数据，完成状态监测所要求的相关

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分析、诊断、存储功能，并将数据及诊断结果通过标准规约传送至主站，也可接收主站的各种查阅命令。

诊断设备在间隔层安装，也可就地安装，网络结构比较清晰，传输数据规范，与间隔层原有传输结构及通讯方式基本一致，需通讯服务器做前置通讯转换。

3) 各监测子IED单元

各监测子IED完成某项单独的监测功能，根据实际工程要求情况，可灵活配置，子IED的安装可以是智能组件柜内，也可以是单独的监测对象旁独立的柜体，还可以是监测对象本体内，采用通讯的方式（目前一般采用RS485或CAN bus）与主IED交换监测数据。

采集单元：对于特高压断路器（机构箱与组件柜距离过远）采用，作为某些状态监测子IED的前置，如负责采集HQ/TQ电流、电机电流电压、位移传感器数据量，将采集到的数据通过光纤通讯方式上送至机械特性监测子IED中，采集单元可安装于本体机构箱中。

3.2 变电站智能化改造状态监测方案

对于常规变电站的智能化改造，基于安全可靠、经济实用、标准先行、因地制宜等原则，通过改造，实现一次主设备状态监测，信息建模标准化，信息传输网络化，高级功能和辅助系统智能化。

与新建智能变电站相比监测内容和传感器安装选择上有所差异。改造站中变压器监测不含变压器绕组测温，断路器监测中不含位移测量。传感器选用非植入式传感器。

3.3 常规变电站状态监测系统方案

常规变电站状态监测与智能变电站的状态监测主要区别在网络构架和监测设备配置上。常规站的状态监测网络配置更加灵活。常规站可以沿用智能站的网络配置（见图3-1），也可以采用非IEC61850的网络配置方案（见图3-3）。

本方案典型配置：站内状态监测主站、串口服务器和监测单元。

可接入监测单元：油气监测单元、变压器局放监测单元、变压器铁芯接地电流监测单元、变压器套管监测单元、断路器监测单元、GIS局放监测单元、SF6气体监测单元、容性设备监测单元、避雷器监测单元、真空度监测单元和温度监测单元。

应用范围：常规输变电变电站、煤矿、铝厂、钢厂、石化、铁路和发电厂等领域。

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变变变变变变..变变变..变变PMS..变变变变变变变变变变变变变变变变变变变 变变变变变变变变变RS485变变变变变变1RS485变变变变变变n变变变变变变变1变变变变变变变n变变变变变.........图3-3 常规变电站状态监测典型方案架构体系

系统由就地安装的监测单元、串口服务器和站内状态监测主站构成。状态监测系统在站内单独组网，通信方式RS485。

对外接口：在方案设计阶段充分考虑站内状态监测系统为PMS系统的重要组成部分。预留站外接口，根据需要与网省侧输变电设备状态集中监测中心互联，或者与网省侧PMS的状态监测数据库服务器互联。

4、产品介绍

4.1 智能一次设备

智能一次设备是一次设备和智能组件的有机结合体，具有测量数字化、控制网络化、状态可视化、功能一体化和信息互动化等特征，主要包括变压器智能化、断路器智能化和智能避雷器等。

4.1.1变压器智能化

变压器智能组件基于变压器运行数据和各种状态监测数据（变压器油中气体、局放、铁芯和绕组温度等），对变压器进行在线或者离线的诊断分析，测控IED和其它状态监测装置的信息经过通信服务器接入站控层网络。实现方案见图4-1。

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变变变变变变变变变变变变 变变变变变变MMS 变变 变变变变变变变变MMS变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变IED变变变变变变变变变变变IED变变变变变变IED变变变变IED变变变变变变变变IED变变变变变变IED变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变DGA

图4-1 变压器智能化实现方案

4.1.2断路器智能化

断路器智能组件基于监测断路器机械装置和绝缘体的状态（分合闸过程电流波形、正常工作和分合闸过程电流幅值、电弧持续时间、分合闸动作次数、时间及日期、电弧重燃、主触头累计电磨损等），记录主要开关触点的磨损状况，实现对断路器运行情况的诊断分析，并将相关信息接入站控层网络。实现方案见图4-2。

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变变变变变变变变变变变变变 变变变变变变 MMS变变变变变变变变变变MMS变变变变变变变变变变变变IED110kV变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变IED变变IEDGIS变变IEDGIS变变变变变变SF6变变变变变变变SF6变变485变变4-20mA4-20mA0-5VDC220TQ/HQ变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变

图4-2 断路器智能化实现方案

3.1.3 开关柜状态监测方案

开关柜监测单元包含真空监测和开关柜测温。真空监测IED测量真空断路器的真空度给出真空度报警信号。开关柜测温采用无线测温方式，通过连续监测高压开关柜内母排或电缆接头的运行温度，可确定接头处的过热程度，当发生超温或温度变化率越限时，系统能够及时发出预警指示。一个开关柜测温IED最多可带12个测点。开关柜内根据需要可以在测点数目范围内进行扩展。相关信息接入站控层网络。实现方案见图4-3。

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操作员主站站内状态监测主站 站控层交换机 MMS状态监测站控层交换机MMS变压器监测其他监测10kV开关柜监测主IED真空度信号无线传输至开关柜测温IED真空测量IED开关柜测温IED温度信号

图4-3 开关柜状态监测实现方案

4.1.4避雷器智能化

避雷器智能组件基于在线测量避雷器的泄漏电流，并记录雷击次数，通过诊断分析判断避雷器运行状况，同时将监测信息接入站控层网络。实现方案见图4-4。

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操作员主站站内状态监测主站 站控层交换机MMS 状态监测站控层交换机其他监测变压器监测智能终端（副）智能终端（主）监测主IED避雷器监测IED避雷器接收发送装置避雷器电本体流取（A相）样表头避雷器电本体流（B相）取样表头电避雷器流本体取（C相）样表头

图4-4 避雷器智能化实现方案

4.2 状态监测装置

4.2.1 变压器监测相关装置

变压器状态监测装置有：油中气体监测装置、局放监测装置、铁芯接地电流监测装置、绕组温度监测装置和套管监测装置（可用于容性设备绝缘监测）。

油中气体监测装置监测参数：H2、CO、CH4、C2H6、C2H4和C2H2、可以扩展CO2和微水； 局放监测装置监测参数：最大放电量、单位时间放电次数和放电相位； 铁芯接地电流监测装置监测参数：接地电流； 绕组温度监测装置监测参数：温度；

套管监测装置监测参数：介损、等值电容和泄露电流。

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图4-5 变压器状态监测装置图

4.2.2 断路器（GIS/HGIS）监测相关装置

断路器（GIS/HGIS）监测装置有：断路器监测装置、局放监测装置和SF6密度微水监测装置。

完成如下功能：

 分合闸线圈动作分析：进行分合闸波形录波；分合闸时间计算；三相同期判别；分合

闸线圈动作异常判别。

 位置行程曲线分析：进行行程曲线录波；计算分合闸速度；位置行程异常判别。  断路器位置信息分析：进行分合闸位置变位信息采集。

 油压监视分析（在液压传动的断路器中可以进行相关分析）：油压采集；油泵失压报

警；低油压分闸闭锁报警；低油压合分闭锁报警；低油压分合分闭锁报警。

 储能电机监测分析：储能电机运行电流采集；储能电机运行启动；储能电机过时报警；

储能电机过流报警；电机频繁打压报警。  气室局部放电情况监测。  SF6密度微水监测。

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图4-6 断路器（GIS/HGIS）状态监测装置图

4.2.3 避雷器监测装置

避雷器监测装置监测参数：避雷器泄露电流和雷击次数。

图4-7 避雷器状态监测装置图

4.2.4 开关柜监测装置

开关柜监测装置有：真空度监测装置和无线测温装置。

真空度监测装置：通过非接触式传感器捕捉运行状态下的真空断路器（以下简称VCB）在真空度下降时发生的放电现象，并由装置软硬件回路来实时在线监测伴随VCB真空泄漏时放电信号的大小、持续时间、频率等在内的信息，及时在VCB发生真空泄漏初期发出告警信号，提醒运行人员进一步处理。

开关柜无线测温装置：采用无线测温方式，可以安装到每台高压开关和母线接头上，装置配备标准通讯接口，可联网运行，通过上位计算机，可记录高压设备实时运行温度的数据，并提供严格的温升变化率报警机制，为高压设备的维修提供累积数据依据，实现高压设备热故障的预知维修。

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图4-8 开关柜状态监测装置图

4.3 间隔层设备

4.3.1 监测主IED

监测主IED（变压器监测主IED或断路器监测主IED），完成监测单元信息存储和智能设备综合诊断。诊断结果上送给站控层的站内状态监测主站。在主站召唤历史数据或监测数据时上送相应数据。装置外形图见图4-9。

图4-9 监测主IED外形图

4.4 站内状态监测主站系统

系统不但是一个全站监测信息的数据中心，也是一个设备状态信息的发布平台，也是故障诊断、运行和检修维护的咨询管理平台。该套系统的建立和运用，促使传统意义上的在线监测系统从一个孤立的、静止的实验性系统过渡到全局的、网络化的、智能化的综合状态监测、诊断和服务管理系统。具有完善的数据分析和诊断功能，在向用户提供主设备状态信息的同时对可能的故障进行预警；对已经发生、正在发生或可能发生的故障进行分析、判断和预报，明确故障的性质、类型、程度、原因和部位，指出故障发生和发展的趋势及其后果，提出控制故障发展和消除故障的有效对策，达到避免电力设备事故发生、保证设备安全、可靠、正常运行的目的。

系统提供良好的数据展示功能。系统通过主接线图方式、表格方式和曲线方式进行数据展示和预警。通过变电站主接线示意图，显示被监测设备的工况，设备出现报警时闪烁提示。可以通过点击主接线图上的图标显示实时监测数据。

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图4-10 CBS-8000状态监测后台系统

5、状态监测部分业绩介绍

（1） 河南双湖110KV变电站； （2） 云南大朝山电厂； （3） 黑龙江大庆油田； （4） 葛洲坝电厂；

（5） 山东胜利油田220KV变电站； （6） 湖北双河500KV变电站； （7） 绍兴变电站； （8） 三峡左岸电厂；

（9） 山西忻州500KV变电站； （10） 山西范村数字化变电站； （11） 河南义煤氧化铝电厂； （12） 陕西代王330kV变电站； （13） 广州动车工程；

（14） 西陇海牵引供电设备观音堂牵引变电所； ……

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6、鉴定资料证书

6.1 鉴定资料图片

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……

已申报专利：

1，联合模糊理论和改进遗传算法的油浸式电力设备故障诊断方法 2，开关设备电弧故障检测及定位装置 … …

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案进行修改的权利；

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