美國(guó)GE能源公司－－法拉第變壓器在線監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng)__FARADAY Transformer Nursing Unit(TNU)

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　　　法拉第變壓器在線監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng)（TNU）通過(guò)獲取和處理變壓器關(guān)鍵運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)變壓器綜合性能進(jìn)行分析，從而提供診斷和決策信息，是一種動(dòng)態(tài)交互式的自適應(yīng)智能監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng)。

　　　TNU相當(dāng)于一個(gè)移動(dòng)的色譜分析實(shí)驗(yàn)室，其測(cè)量結(jié)果等同于實(shí)驗(yàn)室的色譜分析結(jié)果，同時(shí)又提供給用戶在未來(lái)應(yīng)采取的維護(hù)措施
　
建議。 用戶可以在對(duì)某一臺(tái)變壓器監(jiān)測(cè)一段時(shí)間后，對(duì)其工作性能作出評(píng)價(jià)，確定了需要采取的維護(hù)措施后，將其移至另一臺(tái)關(guān)鍵變壓器上，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)轄區(qū)內(nèi)所有達(dá)到服務(wù)年限、超負(fù)荷或有潛在故障可能的變壓器分別、分時(shí)間在線監(jiān)測(cè)，從而有效地管理變壓器性能，提高變壓器運(yùn)行安全性，延長(zhǎng)變壓器使用壽命。

測(cè)量原理
　　　油樣探頭安裝在變壓器循環(huán)油路的閥門(mén)上，采集油樣，同時(shí)控制和監(jiān)測(cè)油的循環(huán)情況；油調(diào)節(jié)系統(tǒng)對(duì)油溫和流量進(jìn)行調(diào)節(jié)優(yōu)化；氣體分離回路通過(guò)高性能的氣體、微水滲透膜連續(xù)地將油中溶解氣體與微水分離出來(lái)；之后每種氣體分別通過(guò)紅外分析儀進(jìn)行測(cè)量，H2仍采用HYDRAN傳感器測(cè)量。

功能與特點(diǎn)
　　　變壓器油中氫氣（H2）、乙炔（C2H2）、乙烯（C2H4）、甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）等七種油中溶解氣體以及微水（H2O）的實(shí)時(shí)、在線監(jiān)測(cè)。

　
H2
C2H2
C2H4
CH4
C2H6
CO
CO2
H2O

最小測(cè)量值（ppm）
10
1
3
1
20
5
10
5%

重復(fù)精度（+/-ppm）
5
0.3
0.6
0.2
5
2
5
3%

測(cè)量范圍（ppm）
10-2000
1-1000
3-1500
1-1500
20-1500
5-2000
10-8000
5-95%


TNU可以接收如下外部傳感器信號(hào)：


模擬信號(hào) 負(fù)荷電流、負(fù)荷電壓、環(huán)境溫度、主油箱頂部油溫

數(shù)字信號(hào) 油箱油面最低值是否滿足要求
油枕油面最低值是否滿足要求
主油箱壓力釋放
瓦斯保護(hù)動(dòng)作
壓力突變繼電器
可編程控制器用于數(shù)字量與模擬量的輸入/輸出，以及內(nèi)部控制
內(nèi)配空氣調(diào)節(jié)與加熱器，以保持機(jī)柜內(nèi)部溫度滿足工作要求
用來(lái)管理可能存在的潛在故障的變壓器，監(jiān)測(cè)故障演變，采取及時(shí)有效的防護(hù)措施，減少與避免非計(jì)劃停運(yùn)時(shí)間，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命
可移動(dòng)性，其功能相當(dāng)于一個(gè)移動(dòng)的氣體色譜分析實(shí)驗(yàn)室
便于安裝、少維護(hù)
多種通訊方式，滿足現(xiàn)場(chǎng)與遠(yuǎn)程用戶的需要


技術(shù)參數(shù)
總括　
主要部件 EC01和EC02控制器、FTIR傅氏紅外氣體分析儀、
HYDRAN傳感器、油采樣單元、基線參考系統(tǒng)、PLC數(shù)
據(jù)采集與控制單元、UPS、空氣加熱調(diào)節(jié)單元。

控制器 工業(yè)PC機(jī)控制數(shù)據(jù)采集及與系統(tǒng)不同部件的接口
FTIR氣體分析儀 工業(yè)用全頻譜分析儀，性能穩(wěn)定，檢測(cè)分辨率高
HYDRAN傳感器 HYDRAN技術(shù)測(cè)量氫氣
基線參考系統(tǒng) 內(nèi)置的基線參考與校準(zhǔn)系統(tǒng)，所有的功能通過(guò)客戶端軟件實(shí)現(xiàn)，無(wú)需任何參考或壓縮氣體



PLC

功能 可編程邏輯控制器管理和控制TNU應(yīng)用
主要控制功能 油流量開(kāi)關(guān)，在出現(xiàn)泄漏時(shí)關(guān)閉采樣頭、油泵與控制閥、油溫控制、現(xiàn)場(chǎng)/遠(yuǎn)程控制、基線閥控制、報(bào)警繼電器控制、外部數(shù)據(jù)采集、



油采樣單元

功能 變壓器油連續(xù)采樣，并循環(huán)至油調(diào)節(jié)系統(tǒng)
主要部件 單一采樣點(diǎn)
油調(diào)節(jié)系統(tǒng)加熱器與冷卻器
泵
閥

采樣頭 安裝在變壓器閥門(mén)上，作為采樣口和油路循環(huán)回油口；入口/出口處安裝電磁閥以防油泄漏。

傳感器集合管 黃銅材料，四個(gè)1英寸NPT螺口，兩個(gè)用于氣體分離，一個(gè)用于HYDRAN傳感器，一個(gè)備用

泵 良好密封、高扭矩、磁驅(qū)動(dòng)齒輪泵，泵體材料316SS，齒輪為鎳合金

油加熱器 1000W，低功率密度，侵入式，91℃（196°F）熱熔絲
油冷卻器 外部高性能散熱器
溫度控制器 PLC油溫控制器
變壓器閥 一個(gè)1.5英寸球閥或閘閥
變壓器油采樣系統(tǒng) 編織不銹鋼，3/8英寸軟管，帶Teflon內(nèi)襯和Swagelock接頭。采樣頭與TNU之間的距離為1.5~12米

油采樣口 5/32英寸Allen螺紋，用于玻璃注射器和Luer旋塞閥
運(yùn)行油溫 -40~90℃（-40~194°F）
油壓力頭 0~700kPa(0~100psig)

輸入輸出

模擬輸入 4個(gè)4~20mA模擬量輸入口，可擴(kuò)展至8個(gè)，模擬輸入量有負(fù)荷電流、負(fù)荷電壓、有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)分接頭位置等

RTD輸入 1個(gè)RTD輸入口，可擴(kuò)展至5個(gè)，RTD輸入有環(huán)境溫度頂部油溫、有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)油箱溫度等

數(shù)字輸入 7個(gè)24V數(shù)字直流輸入，如油箱油面最低值滿足、儲(chǔ)油箱面水平滿足、主油箱卸壓、油箱氣體積聚、液壓繼電器等

報(bào)警輸出 油中溶解氣體水平、故障報(bào)警

運(yùn)行軟件

主要特征 服務(wù)器應(yīng)用，Microsoft Windows NT 4.0操作系統(tǒng)， Microsoft SQL Server 6.5,ODBC32

數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ) 油中溶解氣體為5分鐘、 模擬輸入5分鐘、數(shù)字輸入2秒


用戶界面

主要特征 TNU相當(dāng)于一個(gè)客戶機(jī)一服務(wù)器應(yīng)用環(huán)境下的服務(wù)器，客戶 側(cè)（現(xiàn)場(chǎng)/遠(yuǎn)程/控制室操作）采用Microsoft Windows NT 4.0或Windows 95操作系統(tǒng)、Access數(shù)據(jù)庫(kù)、或有特殊分析要求時(shí)也可采用Excel表格。菜單圖形界面。

DGA解釋模型 TNU采取業(yè)界公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)，包括Rogers,IEC 599, Doernenburg,Duval,GE,IEEE C57.104-1991,
Paper Degradation對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算，從而反映變壓器的實(shí)時(shí)運(yùn)行工況。

功能 顯示每種氣體含量、模擬/數(shù)字信號(hào)狀態(tài)以及這些量的日、月、年趨勢(shì)變化；報(bào)警狀態(tài)；數(shù)據(jù)輸出至Excel表單；TNU內(nèi)部信號(hào)狀態(tài)（油流量、氣體流量、內(nèi)部溫度和濕度報(bào)警、門(mén)開(kāi)、FTIR狀態(tài)等）。


通訊
遠(yuǎn)程通訊 通過(guò)內(nèi)置Modem實(shí)現(xiàn)與客戶PC機(jī)的通訊
本地通訊 通過(guò)以態(tài)網(wǎng)接口直接與PC機(jī)連接
網(wǎng)絡(luò) 通過(guò)以態(tài)網(wǎng)接口連接到用戶局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)，使用NETBUI 協(xié)議。變電站內(nèi)有多臺(tái)TNU時(shí)，可以通過(guò)光纖通訊電纜組成網(wǎng)絡(luò)，用戶通過(guò)電話線可以訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)中的任意一臺(tái)TNU。


環(huán)境要求
抗射頻干擾 符合EN 55011：1991、EN61000-4-2：1995和EN61000-4-3：1996標(biāo)準(zhǔn)

抗電磁場(chǎng)干擾 符合ENV 50204：1996、IEC 801-4：1998和ENV 50141：1993標(biāo)準(zhǔn)。

震動(dòng)（震動(dòng)吸收膠墊） 符合SN 62-1008C（1g,10~150HZ）、IEC 255-21-0：1998（嚴(yán)重等級(jí)1 )　
工作環(huán)境溫度 -40~+45℃（-40~113°F） IEC 68-2-1：1990、IEC68-2-2：1974和 IEC68-2-3：1974。

變壓器閥體處油溫 -40~+90℃（-40~194°F）
儲(chǔ)存條件 -15~+50℃（5~122°F），5~40%相對(duì)濕度（非冷凝），無(wú)日光直射。


其它
外殼 NEMA 4（IP66），環(huán)氧樹(shù)脂涂層，鍍鋅鋼材外殼，符合CSA、CE標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，安裝于變壓器旁邊。

安裝 底座安裝
電源 230V、25A、50/60HZ
外殼尺寸 156×153×214cm
重量 600kg
搬運(yùn) 集裝箱內(nèi)運(yùn)輸使用叉車單獨(dú)運(yùn)輸時(shí)使用叉車、懸臂卡車或起重機(jī)。



新型變壓器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)——法拉第TNU變壓器在線監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng)

分析原理
　　　法拉第系統(tǒng)的分析核心是傅里葉紅外變換（FTIR）技術(shù)，F(xiàn)TIR基于光的干涉原理，待測(cè)氣體池置于邁克爾遜干涉光路中，動(dòng)鏡移動(dòng)時(shí)探測(cè)器上將得到強(qiáng)度不斷變化的干涉波。

　　　背景干涉圖和樣品干涉圖經(jīng)傅里葉變換以后，可以得到背景單光譜和樣品單光譜，樣品透射光譜即為上述兩光譜的比值。

　　　根據(jù)朗伯—比爾定律，吸光度A與樣品濃度c，吸收池光程長(zhǎng)1，樣品吸收率a成正比，即A=acl。利用純樣品在選定的波數(shù)處建立吸光度值A(chǔ)相對(duì)于濃度c的校正曲線，然后根據(jù)待測(cè)樣品的吸光度可求解出未知組分的含量。為了準(zhǔn)確復(fù)原光譜，F(xiàn)TIR光譜儀中都有一套激光干涉系統(tǒng)，采用激光干涉圖過(guò)零點(diǎn)采樣的辦法準(zhǔn)確地對(duì)復(fù)雜光譜進(jìn)行采樣。

　　　對(duì)判斷充油電氣設(shè)備內(nèi)部故障有價(jià)值的氣體：即氫氣（H2）、甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、乙烯（C2H4）、乙炔（C2H2）、一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2），除H2外，這些氣體分子的基頻振動(dòng)都應(yīng)落在中紅外區(qū)。且各種氣體都有獨(dú)立的吸收主峰，水的譜峰與各特征氣體的譜峰均沒(méi)有重疊。也就是說(shuō)，使用FTIR譜儀原則上不僅可以測(cè)定除氫以外的所有故障氣體，而且可以同時(shí)測(cè)定水分。

　　　FTIR譜儀同紅外光源，干涉儀、氣體池、紅外探測(cè)器以及數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)組成。

　　　傳統(tǒng)的氣相色譜一般設(shè)置的采樣周期為3-12個(gè)月，在線氣相色譜可以做到24個(gè)小時(shí)采樣一次，緊急情況下最短時(shí)間間隔也需要2小時(shí)，而FTIR譜儀可以在30-60秒內(nèi)完成一次定量分析，所以其實(shí)時(shí)性接近于連續(xù)測(cè)量。

實(shí)驗(yàn)室氣相色譜的允許誤差一般為20%在右，基于氣相色譜的在線檢測(cè)儀還存在著受熱導(dǎo)池，載氣純度影響而導(dǎo)致對(duì)烴類氣體的最低檢測(cè)濃度高于警戒濃度的問(wèn)題�，F(xiàn)在試驗(yàn)和計(jì)算結(jié)果表明，在線FTIR的靈敏度已達(dá)到或超過(guò)了實(shí)驗(yàn)室氣相色譜水平。

設(shè)備的功能與特點(diǎn)

1．基于先進(jìn)的測(cè)量原理，對(duì)變壓器油中氫氣（H2）、乙炔（C2H2）、乙烯（C2H4）、甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）七種油中溶解的故障特征氣體以及油中水分（H2O）實(shí)施實(shí)時(shí)的在線連續(xù)檢測(cè)，且測(cè)量精度達(dá)到了實(shí)驗(yàn)室氣相色譜的水平。　
H2
C2H2
C2H4
CH4
C2H6
CO
CO2
H2O

最小測(cè)量值（ppm）
10
1
3
1
20
5
10
5%

重復(fù)精度（+/-ppm）
5
0.3
0.6
0.2
5
2
5
3%

測(cè)量范圍（ppm）
10-2000
1-1000
3-1500
1-1500
20-1500
5-2000
10-8000
5-95%


2．在線監(jiān)測(cè)故障氣體的同時(shí)，可接入其它外部傳感器信號(hào)，如：負(fù)荷電流、電壓、環(huán)境溫度、油箱頂部油溫，主油箱壓力釋放，瓦斯保護(hù)動(dòng)作等，在后端進(jìn)行綜合處理，以便對(duì)變壓器實(shí)施全面的管理與看護(hù)。

3．管理可能存在潛在故障的變壓器，監(jiān)測(cè)故障演變，采取及時(shí)有效的防護(hù)措施，減少和避免非計(jì)劃停運(yùn)時(shí)間，延長(zhǎng)設(shè)備的使用年限。

4．安裝方便、維護(hù)量少，不需要載氣，整機(jī)具備可移動(dòng)性，其功能相當(dāng)于一個(gè)可移動(dòng)的色譜分析實(shí)驗(yàn)室。

5．先進(jìn)的溫度控制技術(shù)，通過(guò)內(nèi)部的空氣調(diào)節(jié)和加熱器，保證整個(gè)設(shè)備在戶外正常工作（工作環(huán)境溫度-40℃--+45℃）

6．設(shè)備不止體各部分元件工藝先進(jìn)可靠，均達(dá)到GE公司技術(shù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，并且通過(guò)抗射頻干擾，抗電磁干擾及振動(dòng)試驗(yàn)，可滿足各種現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境穩(wěn)定工作要求。
7．后端分析軟件功能強(qiáng)大，通過(guò)基于IEC、IEEE或GE等標(biāo)準(zhǔn)的分析模型，專家分析系統(tǒng)可對(duì)變壓器的整個(gè)運(yùn)行管理過(guò)程提出切實(shí)有效的建議。

8．開(kāi)放式的通訊接口，可通過(guò)撥號(hào)、以太網(wǎng)或光纖方式與用戶局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)相聯(lián)，實(shí)現(xiàn)多種通訊方案。