整合型电力变压器智能组件的制作方法
【专利摘要】本发明属于电力变压器领域，尤其涉及一种整合型电力变压器智能组件。本发明是在智能组件柜体内一侧机架上安装有主IED、状态监测IED、中性点电流互感器合并单元、过程层网络交换机和非电量保护的硬压板，实现对变压器的测量、监测、控制、计量和保护；柜体内另一侧设有安装板，在安装板上设有变压器冷却控制系统；所述的变压器冷却控制系统包括设置在安装板上的电流互感器、电压监视继电器、断路器、接触器及电动机启动器，智能组件柜体设有摇门，在摇门上设有LED灯、按钮、转换开关、电流表，用于变压器冷却系统的监测和控制。本发明对外所有信息均遵循IEC61850规约，对信息进行标准化建模，方便与变电站内的二次设备及各种本体状态监测设备进行连接。
【专利说明】整合型电力变压器智能组件
【技术领域】
[0001]本发明属于电力变压器领域，尤其涉及一种整合型电力变压器智能组件。
【背景技术】
[0002]随着智能变电站建设的不断深入，对变电站内部的电力变压器也提出了更高的技术要求-智能电力变压器。智能电力变压器由电力变压器本体、传感器及智能组件组成，其中传感器与本体一体化设计。智能组件集合了测量、监测、控制等IED，安装在变压器近旁。智能组件通过电缆或光纤与变压器中的传感器和执行器连接，连接可以是模拟信号，也可以是数字信号。
[0003]目前，智能电力变压器用智能组件的IED有以下配置:测量IED、冷却装置控制IED、有载分接开关控制IED、合并单元、监测主IED、绕组温度监测IED、局部放电监测IED、油中溶解气体监测IED、侵入波监测IED、高压套管监测IED和非电量保护IED。变压器智能组件的功能分散在各个IED中，这与智能组件的发展方向是不一致的，智能组件是向着高度集成和与本体的一体化方向发展的。另外，这种方式各个装置相对单一、孤立和分散，对变压器状态数据的采集存在重复和利用率不高的情况，缺少对变压器的综合诊断和评估，或是分析不全面。
【发明内容】
[0004]针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种整合型电力变压器智能组件，其目的是提供一种集成度高、设计标准化、安全可靠的整合型电力变压器智能组件。
[0005]为了实现上述发明目的，本发明是通过以下技术方案来实现的:
整合型电力变压器智能组件，在智能组件柜体内一侧为机架式结构，在机架上安装有主IED、状态监测IED、中性点电流互感器合并单元、过程层网络交换机和非电量保护的硬压板，实现对变压器的测量、监测、控制、计量和保护；柜体内另一侧设有安装板，在安装板上设有变压器冷却控制系统；所述的变压器冷却控制系统包括设置在安装板上的电流互感器、电压监视继电器、断路器、接触器及电动机启动器，智能组件柜体设有摇门，在摇门上设有LED灯、按钮、转换开关、电流表，用于变压器冷却系统的监测和控制。
[0006]所述的主IED包括高压套管监测插件和非电量保护插件，通过内部总线连接。
[0007]所述的主IED通过RS-485或CAN总线与状态监测IED连接:所述的主IED也可以通过过程层网络交换机与符合IEC 61850规约的状态监测IED连接；通过电缆硬接线方式与冷却控制系统连接；通过硬接线与变压器本体组件连接获取状态信息；所述的变压器本体组件包括本体气体继电器、本体压力释放阀、本体油位计、顶层油温度计、分接开关气体继电器及分接开关油位计。
[0008]所述的主IED具有变压器本体的数字化测量、智能控制、非电量保护、IEC 61850通信、高压套管监测、网络对时和综合分析功能；所述的主IED通过IEC 61850 SV网络得到变压器本体三侧断路器的采样值信号，通过计算可以得到变压器当前的负荷数据；主IED是插板结构，设有非电量保护和高压套管监测插板，非电量保护插板通过内部总线可以得到油温、油位、瓦斯继电器和冷却控制系统的实时数据，通过内部的逻辑判断，向站控层发出告警和跳闸信息，并直接跳开断路器刀闸；高压套管监测插件通过采集电容型套管末屏的接地电流和二次PT值，可以计算出介质损耗因数、末屏电流、等值电容，从而判断高压套管的绝缘情况。
[0009]所述的状态监测IED与变压器本体上的传感器相连接；所述的状态监测IED包括铁芯接地电流监测IED、油中溶解气体监测IED、局部放电监测IED及绕组温度监测IED。
[0010]所述的绕组温度监测IED，通过预埋在三相绕组中的光纤，采集到每个绕组热点温度，并回传给绕组温度监测IED ;所述的铁芯接地电流监测IED，通过放置在铁芯接地线上的穿心电流互感器，就地变成RS-485信号传送给主IED。
[0011]所述的中性点电流互感器合并单元采集变压器本体中性点电流互感器信号，通过SV网络发送给变压器本体继电保护装置。
[0012]所述的过程层网络交换机与主IED、变压器本体三侧断路器合并单元和符合IEC61850规约的状态监测IED相连接。
[0013]所述的中性点电流互感器合并单元采集中性点电流互感器模拟值，转化成符合IEC 61850的SV信号直接送给中性点保护装置中，220kV以上的变压器中性点电流互感器合并单元宜双套配置；所述的过程层网络交换机接入符合IEC 61850规约的各种状态监测IED和变压器本体三侧断路器的合并单元，与主IED实现联网；AC 380V三相电缆通过冷却系统给风机和油泵供电，主IED控制冷却系统中的接触器的线圈来实现对风机、油泵的控制；同时，电机启动器和电压监视继电器等通过辅助接点反馈冷却系统的状态给主IED，实现对冷却系统的监测和控制。
[0014]所述的主IED对测控装置通过GOOSE网络发送的控制信息转发给执行器，同时，主IED还可以得到的变压器油温、绕组温度、负荷信息、铁芯接地电流等状态信息，形成冷却控制策略，实现自动控制；主IED对各个状态监测IED采集的状态信息进行综合，形成相应的状态评估、检修和故障诊断信息，通过IEC 61850 MMS报文形式发送给主IED，主IED中通过油中溶解气体改良三比值法，初步判断变压器中是否发生电、热故障，并通过其他监测IED进一步确认故障类型，及时形成检修策略。
[0015]本发明的优点及所产生的有益效果:
本发明提供一种整合型电力变压器智能组件，将具备测量数字化、智能控制、非电量保护、IEC 61850通信、高压套管监测、网络对时和综合分析功能的主IED、冷却控制系统、状态监测IED、中性点电流互感器合并单元和过程层网络交换机统一放置在变压器智能组件柜中，全面采集变压器本体的状态数据，通过网络通信传给主IED进行分析综合，并上传到站控层网络；同时，能够接收站控层网络的指令对冷却系统和有载分接开关进行控制，主IED本身也能够形成优化的控制指令。变压器智能组件对外所有信息均遵循IEC 61850规约，对信息进行标准化建模，方便与变电站内的二次设备及各种本体状态监测设备进行连接。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]以下结合附图和具体实施例，对本发明做进一步详细说明。[0017]图1是本发明柜内结构示意图；
图2是本发明信息交互示意图；
图3是本发明内部信息流示意图。
【具体实施方式】
[0018]本发明是一种整合型电力变压器智能组件，包括主IED、变压器冷却控制系统、状态监测IED、中性点电流互感器合并单元和过程层网络交换机，并安装在智能组件柜中。如图1所示，本发明智能组件柜由左右两部分构成，左侧为19英寸机架式结构，机架上安装主IED、各种状态监测IED、中性点电流互感器合并单元、过程层网络交换机和非电量保护的硬压板，实现对变压器的测量、监测、控制、计量和保护；右侧为空白安装板，在安装板上放置电流互感器、电压监视继电器、断路器、接触器、电动机启动器，智能组件柜体上配置摇门，在摇门上放置LED灯、按钮、转换开关、电流表，能够对变压器冷却系统进行控制并能够反馈其工作的状态。利用电流互感器、电压监视继电器和电机启动器的触点对整体冷却控制系统进行状态监视；断路器、接触器和电机启动器对风机、油泵起到保护和控制的作用。
[0019]所述的各种状态监测IED包括:油中溶解气体监测IED、局部放电监测IED、绕组温度监测IED、铁芯接地电流监测IED等。
[0020]所述的主IED包括高压套管监测插件和非电量保护插件，通过内部总线连接。
[0021]所述的主IED通过RS-485或CAN总线与状态监测IED连接:所述的主IED也可以通过过程层网络交换机与符合IEC 61850规约的状态监测IED连接；通过电缆硬接线方式与冷却控制系统连接；通过硬接线与变压器本体组件连接获取状态信息；所述的变压器本体组件包括本体气体继电器、本体压力释放阀、本体油位计、顶层油温度计、分接开关气体继电器及分接开关油位计。
[0022]所述的主IED具有变压器本体的数字化测量、智能控制、非电量保护、IEC 61850通信、高压套管监测、网络对时和综合分析功能；所述的主IED通过IEC 61850 SV网络得到变压器本体三侧断路器的采样值信号，通过计算可以得到变压器当前的负荷数据；主IED是插板结构，设有非电量保护和高压套管监测插板，非电量保护插板通过内部总线可以得到油温、油位、瓦斯继电器和冷却控制系统的实时数据，通过内部的逻辑判断，向站控层发出告警和跳闸信息，并直接跳开断路器刀闸；高压套管监测插件通过采集电容型套管末屏的接地电流和二次PT值，可以计算出介质损耗因数、末屏电流、等值电容，从而判断高压套管的绝缘情况。
[0023]所述的状态监测IED与变压器本体上的传感器相连接；所述的状态监测IED包括铁芯接地电流监测IED、油中溶解气体监测IED、局部放电监测IED及绕组温度监测IED。
[0024]所述的绕组温度监测IED，通过预埋在三相绕组中的光纤，采集到每个绕组热点温度，并回传给绕组温度监测IED ;所述的铁芯接地电流监测IED，通过放置在铁芯接地线上的穿心电流互感器，就地变成RS-485信号传送给主IED。
[0025]所述的中性点电流互感器合并单元采集变压器本体中性点电流互感器信号，通过SV网络发送给变压器本体继电保护装置。
[0026]所述的过程层网络交换机与主IED、变压器本体三侧断路器合并单元和符合IEC61850规约的状态监测IED相连接。[0027]所述的中性点电流互感器合并单元采集中性点电流互感器模拟值，转化成符合IEC 61850的SV信号直接送给中性点保护装置中，220kV以上的变压器中性点电流互感器合并单元宜双套配置。所述的过程层网络交换机接入符合IEC 61850规约的各种状态监测IED和变压器本体三侧断路器的合并单元，与主IED实现联网；AC 380V三相电缆通过冷却系统给风机和油泵供电，主IED控制冷却系统中的接触器的线圈来实现对风机、油泵的控制；同时，电机启动器和电压监视继电器等通过辅助接点反馈冷却系统的状态给主IED，实现对冷却系统的监测和控制。
[0028]所述的主IED对测控装置通过GOOSE网络发送的控制信息转发给执行器，同时，主IED还可以得到的变压器油温、绕组温度、负荷信息、铁芯接地电流等状态信息，形成冷却控制策略，实现自动控制；主IED对各个状态监测IED采集的状态信息进行综合，形成相应的状态评估、检修和故障诊断信息，通过IEC 61850 MMS报文形式发送给主IED，主IED中通过油中溶解气体改良三比值法，初步判断变压器中是否发生电、热故障，并通过其他监测IED进一步确认故障类型，及时形成检修策略。
[0029]如图2所示，整合型电力变压器智能组件放置在变压器近旁，通过硬接线电缆方式接入油温、油压、气体聚集量等信息，对变压器工况信息进行采集。各个状态监测IED通过加装在变压器本体上的传感器，得到本体的状态信息，进行全面的采集并通过网络通信方式反馈给主IED。比如，绕组温度监测IED，通过预埋在三相绕组中的光纤，采集到每个绕组热点温度，并回传给绕组温度监测IED ;铁芯接地电流装置，通过放置在铁芯接地线上的穿心电流互感器，就地变成RS-485信号传给主IED。中性点电流互感器合并单元采集中性点电流互感器模拟值，转化成符合IEC 61850的SV信号直接送给变压器中性点保护装置中，220kV以上的变压器中性点电流互感器合并单元宜双套配置。过程层网络交换机接入符合IEC 61850规约的各种状态监测IED和变压器本体三侧断路器的合并单元，与主IED实现联网。AC 380V三相电缆通过冷却系统给风机和油泵供电，主IED控制冷却系统中的接触器的线圈来实现对风机、油泵的控制；同时，电机启动器和电压监视继电器等通过辅助接点反馈冷却系统的状态给主IED，实现对冷却系统的监测和控制。
[0030]主IED是整合型电力变压器智能组件中的核心，如图3所示，整个智能组件的信息流都要汇集到主IED中。主IED对测控装置通过GOOSE网络发送的控制信息转发给执行器，比如，冷却器的启动和有载分接开关档位的调整，同时，主IED还可以得到的变压器油温、绕组温度、负荷信息、铁芯接地电流等状态信息，形成冷却控制策略，实现自动控制。主IED对各个状态监测IED采集的状态信息进行综合，形成相应的状态评估、检修和故障诊断信息，比如，油中溶解气体监测IED，得到H2、C2H2, C2H4, C2H6, CH4, CO、CO2, H2O等气体含量，通过IEC 61850丽S报文形式发送给主IED，主IED中通过改良三比值法，可以初步判断变压器中是否发生电、热故障，并通过其他监测手段进一步确认故障类型，及时形成检修策略。变压器高、中、低压侧断路器合并单元接入到过程层网络交换机，主IED通过IEC 61850SV网络得到变压器本体三侧断路器的采样值信号，通过计算可以得到变压器当前的负荷数据。主IED是插板结构，本身含有非电量保护和高压套管监测插板，非电量保护插板通过内部总线可以得到油温、油位、瓦斯继电器和冷却控制系统的实时数据，通过内部的逻辑判断，向站控层发出告警和跳闸信息，并直接跳开断路器刀闸；高压套管监测插件通过采集电容型套管末屏的接地电流和二次电压互感器值，可以计算出介质损耗因数、末屏电流、等值电容，从而判断高压套管的绝缘情况。
【权利要求】
1.整合型电力变压器智能组件，其特征在于:智能组件柜体内一侧为机架式结构，在机架上安装有主IED、状态监测IED、中性点电流互感器合并单元、过程层网络交换机和非电量保护的硬压板，实现对变压器的测量、监测、控制、计量和保护；柜体内另一侧设有安装板，在安装板上设有变压器冷却控制系统；所述的变压器冷却控制系统包括设置在安装板上的电流互感器、电压监视继电器、断路器、接触器及电动机启动器，智能组件柜体设有摇门，在摇门上设有LED灯、按钮、转换开关、电流表，用于变压器冷却系统的监测和控制。
2.根据权利要求1所述的整合型电力变压器智能组件，其特征在于:所述的主IED包括高压套管监测插件和非电量保护插件，通过内部总线连接。
3.根据权利要求1所述的整合型电力变压器智能组件，其特征在于:所述的主IED通过RS-485或CAN总线与状态监测IED连接:所述的主IED也可以通过过程层网络交换机与符合IEC 61850规约的状态监测IED连接；通过电缆硬接线方式与冷却控制系统连接；通过硬接线与变压器本体组件连接获取状态信息；所述的变压器本体组件包括本体气体继电器、本体压力释放阀、本体油位计、顶层油温度计、分接开关气体继电器及分接开关油位计。
4.根据权利要求1所述的整合型电力变压器智能组件，其特征在于:所述的主IED具有变压器本体的数字化测量、智能控制、非电量保护、IEC 61850通信、高压套管监测、网络对时和综合分析功能；所述的主IED通过IEC 61850 SV网络得到变压器本体三侧断路器的采样值信号，通过计算可以得到变压器当前的负荷数据；主IED是插板结构，设有非电量保护和高压套管监测插板，非电量保护插板通过内部总线可以得到油温、油位、瓦斯继电器和冷却控制系统的实时数据，通过内部的逻辑判断，向站控层发出告警和跳闸信息，并直接跳开断路器刀闸；高压套管监测插件通过采集电容型套管末屏的接地电流和二次PT值，可以计算出介质损耗因数、末屏电流、等值电容，从而判断高压套管的绝缘情况。
5.根据权利要求1所述的整合型电力变压器智能组件，其特征在于:所述的状态监测IED与变压器本体上的传感器相连接；所述的状态监测IED包括铁芯接地电流监测IED、油中溶解气体监测IED、局部放电监测IED及绕组温度监测IED。
6.根据权利要求5所述的整合型电力变压器智能组件，其特征在于:所述的绕组温度监测IED，通过预埋在三相绕组中的光纤，采集到每个绕组热点温度，并回传给绕组温度监测IED ;所述的铁芯接地电流监测IED，通过放置在铁芯接地线上的穿心电流互感器，就地变成RS-485信号传送给主IED。
7.根据权利要求1所述的整合型电力变压器智能组件，其特征在于:所述的中性点电流互感器合并单元采集变压器本体中性点电流互感器信号，通过SV网络发送给变压器本体继电保护装置。
8.根据权利要求1所述的整合型电力变压器智能组件，其特征在于:所述的过程层网络交换机与主IED、变压器本体三侧断路器合并单元和符合IEC 61850规约的状态监测IED相连接。
9.根据权利要求1所述的整合型电力变压器智能组件，其特征在于:所述的中性点电流互感器合并单元采集中性点电流互感器模拟值，转化成符合IEC 61850的SV信号直接送给中性点保护装置中，220kV以上的变压器中性点电流互感器合并单元宜双套配置； 所述的过程层网络交换机接入符合IEC 61850规约的各种状态监测IED和变压器本体三侧断路器的合并单元，与主IED实现联网；AC 380V三相电缆通过冷却系统给风机和油泵供电，主IED控制冷却系统中的接触器的线圈来实现对风机、油泵的控制；同时，电机启动器和电压监视继电器等通过辅助接点反馈冷却系统的状态给主IED，实现对冷却系统的监测和控制。
10.根据权利要求1所述的整合型电力变压器智能组件，其特征在于:所述的主IED对测控装置通过GOOSE网络发送的控制信息转发给执行器，同时，主IED还可以得到的变压器油温、绕组温度、负荷信息、铁芯接地电流等状态信息，形成冷却控制策略，实现自动控制；主IED对各个状态监测IED采集的状态信息进行综合，形成相应的状态评估、检修和故障诊断信息，通过IEC 61850 MMS报文形式发送给主IED，主IED中通过油中溶解气体改良三比值法，初步判断变压器中是否发生电、热故障，并通过其他监测IED进一步确认故障类型，及时形成检修策略。
【文档编号】H02J13/00GK103579948SQ201310614394
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年11月28日 优先权日:2013年11月28日
【发明者】高强, 张光明, 耿宝宏, 韩月, 刘齐, 原峰, 李艳丹, 程大伟, 王茂军, 钟丹田 申请人:国家电网公司, 国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院, 辽宁东科电力有限公司