美國GE能源公司－－法拉第變壓器在線監測與診斷系統__FARADAY Transformer Nursing Unit(TNU)

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　　　法拉第變壓器在線監測與診斷系統（TNU）通過獲取和處理變壓器關鍵運行數據，對變壓器綜合性能進行分析，從而提供診斷和決策信息，是一種動態交互式的自適應智能監測與診斷系統。

　　　TNU相當于一個移動的色譜分析實驗室，其測量結果等同于實驗室的色譜分析結果，同時又提供給用戶在未來應采取的維護措施
　
建議。 用戶可以在對某一臺變壓器監測一段時間后，對其工作性能作出評價，確定了需要采取的維護措施后，將其移至另一臺關鍵變壓器上，從而實現對轄區內所有達到服務年限、超負荷或有潛在故障可能的變壓器分別、分時間在線監測，從而有效地管理變壓器性能，提高變壓器運行安全性，延長變壓器使用壽命。

測量原理
　　　油樣探頭安裝在變壓器循環油路的閥門上，采集油樣，同時控制和監測油的循環情況；油調節系統對油溫和流量進行調節優化；氣體分離回路通過高性能的氣體、微水滲透膜連續地將油中溶解氣體與微水分離出來；之后每種氣體分別通過紅外分析儀進行測量，H2仍采用HYDRAN傳感器測量。

功能與特點
　　　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）的實時、在線監測。

　
H2
C2H2
C2H4
CH4
C2H6
CO
CO2
H2O

最小測量值（ppm）
10
1
3
1
20
5
10
5%

重復精度（+/-ppm）
5
0.3
0.6
0.2
5
2
5
3%

測量范圍（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：


模擬信號 負荷電流、負荷電壓、環境溫度、主油箱頂部油溫

數字信號 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
瓦斯保護動作
壓力突變繼電器
可編程控制器用于數字量與模擬量的輸入/輸出，以及內部控制
內配空氣調節與加熱器，以保持機柜內部溫度滿足工作要求
用來管理可能存在的潛在故障的變壓器，監測故障演變，采取及時有效的防護措施，減少與避免非計劃停運時間，延長設備使用壽命
可移動性，其功能相當于一個移動的氣體色譜分析實驗室
便于安裝、少維護
多種通訊方式，滿足現場與遠程用戶的需要


技術參數
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、PLC數
據采集與控制單元、UPS、空氣加熱調節單元。

控制器 工業PC機控制數據采集及與系統不同部件的接口
FTIR氣體分析儀 工業用全頻譜分析儀，性能穩定，檢測分辨率高
HYDRAN傳感器 HYDRAN技術測量氫氣
基線參考系統 內置的基線參考與校準系統，所有的功能通過客戶端軟件實現，無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應用
主要控制功能 油流量開關，在出現泄漏時關閉采樣頭、油泵與控制閥、油溫控制、現場/遠程控制、基線閥控制、報警繼電器控制、外部數據采集、



油采樣單元

功能 變壓器油連續采樣，并循環至油調節系統
主要部件 單一采樣點
油調節系統加熱器與冷卻器
泵
閥

采樣頭 安裝在變壓器閥門上，作為采樣口和油路循環回油口；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1英寸NPT螺口，兩個用于氣體分離，一個用于HYDRAN傳感器，一個備用

泵 良好密封、高扭矩、磁驅動齒輪泵，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1.5英寸球閥或閘閥
變壓器油采樣系統 編織不銹鋼，3/8英寸軟管，帶Teflon內襯和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4~20mA模擬量輸入口，可擴展至8個，模擬輸入量有負荷電流、負荷電壓、有載調壓開關分接頭位置等

RTD輸入 1個RTD輸入口，可擴展至5個，RTD輸入有環境溫度頂部油溫、有載調壓開關油箱溫度等

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

報警輸出 油中溶解氣體水平、故障報警

運行軟件

主要特征 服務器應用，Microsoft Windows NT 4.0操作系統， Microsoft SQL Server 6.5,ODBC32

數據采集與存儲 油中溶解氣體為5分鐘、 模擬輸入5分鐘、數字輸入2秒


用戶界面

主要特征 TNU相當于一個客戶機一服務器應用環境下的服務器，客戶 側（現場/遠程/控制室操作）采用Microsoft Windows NT 4.0或Windows 95操作系統、Access數據庫、或有特殊分析要求時也可采用Excel表格。菜單圖形界面。

DGA解釋模型 TNU采取業界公認的標準，包括Rogers,IEC 599, Doernenburg,Duval,GE,IEEE C57.104-1991,
Paper Degradation對采集到的數據進行分析計算，從而反映變壓器的實時運行工況。

功能 顯示每種氣體含量、模擬/數字信號狀態以及這些量的日、月、年趨勢變化；報警狀態；數據輸出至Excel表單；TNU內部信號狀態（油流量、氣體流量、內部溫度和濕度報警、門開、FTIR狀態等）。


通訊
遠程通訊 通過內置Modem實現與客戶PC機的通訊
本地通訊 通過以態網接口直接與PC機連接
網絡 通過以態網接口連接到用戶局域網或廣域網，使用NETBUI 協議。變電站內有多臺TNU時，可以通過光纖通訊電纜組成網絡，用戶通過電話線可以訪問網絡中的任意一臺TNU。


環境要求
抗射頻干擾 符合EN 55011：1991、EN61000-4-2：1995和EN61000-4-3：1996標準

抗電磁場干擾 符合ENV 50204：1996、IEC 801-4：1998和ENV 50141：1993標準。

震動（震動吸收膠墊） 符合SN 62-1008C（1g,10~150HZ）、IEC 255-21-0：1998（嚴重等級1 )　
工作環境溫度 -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）
儲存條件 -15~+50℃（5~122°F），5~40%相對濕度（非冷凝），無日光直射。


其它
外殼 NEMA 4（IP66），環氧樹脂涂層，鍍鋅鋼材外殼，符合CSA、CE標準規定，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 集裝箱內運輸使用叉車單獨運輸時使用叉車、懸臂卡車或起重機。



新型變壓器在線監測系統——法拉第TNU變壓器在線監測與診斷系統

分析原理
　　　法拉第系統的分析核心是傅里葉紅外變換（FTIR）技術，FTIR基于光的干涉原理，待測氣體池置于邁克爾遜干涉光路中，動鏡移動時探測器上將得到強度不斷變化的干涉波。

　　　背景干涉圖和樣品干涉圖經傅里葉變換以后，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。

　　　根據朗伯—比爾定律，吸光度A與樣品濃度c，吸收池光程長1，樣品吸收率a成正比，即A=acl。利用純樣品在選定的波數處建立吸光度值A相對于濃度c的校正曲線，然后根據待測樣品的吸光度可求解出未知組分的含量。為了準確復原光譜，FTIR光譜儀中都有一套激光干涉系統，采用激光干涉圖過零點采樣的辦法準確地對復雜光譜進行采樣。

　　　對判斷充油電氣設備內部故障有價值的氣體：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都應落在中紅外區。且各種氣體都有獨立的吸收主峰，水的譜峰與各特征氣體的譜峰均沒有重疊。也就是說，使用FTIR譜儀原則上不僅可以測定除氫以外的所有故障氣體，而且可以同時測定水分。

　　　FTIR譜儀同紅外光源，干涉儀、氣體池、紅外探測器以及數據采集處理系統組成。

　　　傳統的氣相色譜一般設置的采樣周期為3-12個月，在線氣相色譜可以做到24個小時采樣一次，緊急情況下最短時間間隔也需要2小時，而FTIR譜儀可以在30-60秒內完成一次定量分析，所以其實時性接近于連續測量。

實驗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儀還存在著受熱導池，載氣純度影響而導致對烴類氣體的最低檢測濃度高于警戒濃度的問題�，F在試驗和計算結果表明，在線FTIR的靈敏度已達到或超過了實驗室氣相色譜水平。

設備的功能與特點

1．基于先進的測量原理，對變壓器油中氫氣（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）實施實時的在線連續檢測，且測量精度達到了實驗室氣相色譜的水平�！�
H2
C2H2
C2H4
CH4
C2H6
CO
CO2
H2O

最小測量值（ppm）
10
1
3
1
20
5
10
5%

重復精度（+/-ppm）
5
0.3
0.6
0.2
5
2
5
3%

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


2．在線監測故障氣體的同時，可接入其它外部傳感器信號，如：負荷電流、電壓、環境溫度、油箱頂部油溫，主油箱壓力釋放，瓦斯保護動作等，在后端進行綜合處理，以便對變壓器實施全面的管理與看護。

3．管理可能存在潛在故障的變壓器，監測故障演變，采取及時有效的防護措施，減少和避免非計劃停運時間，延長設備的使用年限。

4．安裝方便、維護量少，不需要載氣，整機具備可移動性，其功能相當于一個可移動的色譜分析實驗室。

5．先進的溫度控制技術，通過內部的空氣調節和加熱器，保證整個設備在戶外正常工作（工作環境溫度-40℃--+45℃）

6．設備不止體各部分元件工藝先進可靠，均達到GE公司技術質量標準，并且通過抗射頻干擾，抗電磁干擾及振動試驗，可滿足各種現場環境穩定工作要求。
7．后端分析軟件功能強大，通過基于IEC、IEEE或GE等標準的分析模型，專家分析系統可對變壓器的整個運行管理過程提出切實有效的建議。

8．開放式的通訊接口，可通過撥號、以太網或光纖方式與用戶局域網或廣域網相聯，實現多種通訊方案。