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技術文章 | Technical articles
安徽電科院創(chuàng)新性地將化學電池與超級電容融合，開發(fā)出新一代混合超容電池。電池采用7節(jié)混合超容串聯(lián)匯流設計。針對電芯串聯(lián)易出現(xiàn)的電壓不均衡問題，研發(fā)團隊提出電芯柔性均衡技術，采用具有多節(jié)串聯(lián)電芯監(jiān)測、平衡及控制作用的多功能控制器，通過部署隔離型直流變換器和高速電子控制開關，使終端和主站系統(tǒng)能實時監(jiān)測各電芯電壓，自動通過高速開關將直流變壓器切換為低電壓電芯補電，實現(xiàn)毫秒級精準均衡，顯著延長電池壽命。
這種電池結合了化學電池高能量密度和超級電容功率密度高、充放電快的優(yōu)勢，能支持持續(xù)大電流工作場景，彌補了單一儲能介質在惡劣溫度下的性能短板。實驗數(shù)據(jù)顯示，該電池在零下20攝氏度的環(huán)境中仍可正常充放電，能量密度較傳統(tǒng)電池方案提升30%，充放電循環(huán)壽命延長至5000次以上，平均故障間隔時間超10年。
第1章 基本說明（LYGCXT5000電力行業(yè)新產品“油色譜在線式監(jiān)測系統(tǒng)"專業(yè)產品值得您信賴）
上海來揚電氣科技有限公司非常感謝您選用變壓器油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)。為確保安全正確的使用本系統(tǒng)，請在使用前一定詳細閱讀本使用手冊。閱讀后請妥善保存，以便必要時查閱。
本使用手冊在安全規(guī)程上采用如下三種方式強調一些重要事項：
1.1 規(guī)定用途（LYGCXT5000電力行業(yè)新產品“油色譜在線式監(jiān)測系統(tǒng)"專業(yè)產品值得您信賴）
是用于電力變壓器油中溶解氣體的在線分析與故障診斷，適用于 110kV 及以上電壓等級的電力變壓器、電弧爐變壓器、電抗器以及互感器等油浸式高壓設備。
1.2 相關標準（LYGCXT5000電力行業(yè)新產品“油色譜在線式監(jiān)測系統(tǒng)"專業(yè)產品值得您信賴）
本設備引用下列標準，通過引用標準中的相關條文構成本標準的條文。由此規(guī)定了本設備的技術要求、驗收規(guī)則、檢驗方法、適用范圍、包裝要求、標志、運輸及儲存。
（ 1 ）GB1094 － 1996 電力變壓器
（ 2 ）GB2536 － 1990 變壓器油
（ 3 ）GB7597 － 1987 電力用油取樣方法
（ 4 ）GB/T507 － 1986 絕緣油介電強度測定法
（ 5 ）GB/T7601 － 1987 運行中變壓器油水分測定法
（ 6 ）GB/T14542 － 93 運行中變壓器油的維護管理規(guī)定
（ 7 ）DL/T 596 － 1996 （ 2005 復審） 電力設備預防性試驗規(guī)程
（ 8 ）DL/T 572 － 1995 （ 2005 復審） 電力變壓器運行規(guī)程
（ 9 ）GB /T 7252 --- 2001 變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則
（ 10 ）GB/T17623 － 1998 絕緣油中溶解氣體組份含量的氣相色譜測定法
（ 11 ）GB/T 2423 － 2001 電工電子產品環(huán)境試驗
（ 12 ）GB/T 17626 － 1998 電磁兼容試驗和測量技術
（ 13 ）GB/T 13384 － 1992 機電產品包裝通用技術要求
（ 14 ）GB190 — 1990 危險貨物包裝標志
（ 15 ）GB5099 － 1994 鋼質無縫氣瓶
（ 16 ）GB/T 9361 － 1988 計算站場地安全要求
（ 17 ）GB 4943 － 2001 信息技術設備的安全
（ 18 ）GB/T 2887 － 2000 電子計算機場地通用規(guī)范
（ 19 ）GB 4208 － 1993 外殼防護等級（ IP 代碼）
1.3 安全規(guī)程（LYGCXT5000電力行業(yè)新產品“油色譜在線式監(jiān)測系統(tǒng)"專業(yè)產品值得您信賴）
從事本設備的安裝、投入運行、操作、維護和修理的所有人員
◆ 必須有相應的專業(yè)資格。
◆ 必須嚴格遵守各項使用說明。
◆ 不要在數(shù)據(jù)處理服務器上玩電子游戲、瀏覽網頁。
◆ 不要在數(shù)據(jù)處理服務器上任意安裝軟件，避免不必要的沖突。
違章操作或錯誤使用可能導致：
◆ 降低設備的使用壽命和監(jiān)測精度。
◆ 損壞本設備和用戶的其他設備。
◆ 造成嚴重的或致命的傷害。
第二章 簡介（LYGCXT5000電力行業(yè)新產品“油色譜在線式監(jiān)測系統(tǒng)"專業(yè)產品值得您信賴）
變壓器油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)可實現(xiàn)自動定量循環(huán)清洗、進油、油氣分離、樣品分析、數(shù)據(jù)處理、實時報警；快速地在線監(jiān)測變壓器等油浸式電力高壓設備的油中溶解故障氣體的含量及其增長率，并通過故障診斷專家系統(tǒng)早期預報設備故障隱患信息，避免設備事故，減少重大損失，提高設備運行的可靠性。該系統(tǒng)作為油色譜在線監(jiān)測領域的新一代產品，將為電力變壓器實現(xiàn)在線遠程 DGA 分析提供穩(wěn)定可靠的解決方案，是電力系統(tǒng)狀態(tài)檢修制度實施的有力保障。
LYGCXT5000 系統(tǒng)是結合了本公司在電力色譜自動全脫氣裝置運行中近十年的成功經驗，并總結國內外油色譜在線監(jiān)測的優(yōu)缺點，傾心打造而成。該系統(tǒng)保持了我公司產品向來所具有的穩(wěn)定性、可靠性、準確性等方面的優(yōu)勢：
? 在線檢測H2、CO、CO2、CH4、C2H4、C2H2、C2H6的濃度及增長率；
? 定量清洗循環(huán)取樣方式，真實地反應變壓器油中溶解氣體狀態(tài)；
? 油氣分離安全可靠，不污染，排放和不排放變壓器油可由用戶自己選擇；
? 采用復合色譜柱，提高氣體組分的分離度；
? 采用進口特制的檢測器 ，提高烴類氣體的檢測靈敏度；
? 高穩(wěn)定性、高精度氣體檢測技術，誤差范圍為 ± 10% ，優(yōu)于離線色譜± 30%的指標；
? 成熟可靠的通信方式，采用標準網絡協(xié)議，支持遠程數(shù)據(jù)傳輸；
? 數(shù)據(jù)采集可靠性高，采用過采樣技術 Δ－∑模數(shù)轉換器，24 位分辨率，自動校準；
? 多樣的數(shù)據(jù)顯示及查詢方式，提供報表和趨勢圖，歷史數(shù)據(jù)存儲壽命為 10 年；
? 環(huán)境適應能力強，成功應用于高寒、高溫、高濕度、高海拔地區(qū)；
? 抗干擾性能高，電磁兼容性能滿足 GB/T17626 與 IEC61000 標準 ；
? 提供有兩級報警功能，報警信號可遠傳；
? 開放的數(shù)據(jù)庫，可接入電力系統(tǒng)局域網；
此外， LYGCXT5000 系統(tǒng)采用了模塊化設計，高性能嵌入式處理器的應用使色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠，并具有下列特點：
? 更快的分析周期，*小監(jiān)測周期為 40-60 分鐘，可由用戶自行設置，推薦檢測周期為 24 檢測一次；
? 油氣分離速度快，僅需 10 分鐘左右，采用特殊的環(huán)境適應技術，消除溫、濕度變化對氣體分配系數(shù)的影響；
?分析后的油樣采用脫氣和緩沖處理技術，消除回注變壓器本體的油樣中夾雜的氣泡，多層隔離式回注油（返油）技術，優(yōu)良保證載氣不會帶進變壓器本體中；
? C2H2 *低檢測限可達 0.3 μ L/L ；
? 采用雙回路多模式恒溫控制，控溫精度達 ± 0.1 ℃ ，設備配有自動恒溫工業(yè)空調；
? 采用嵌入式處理器控制系統(tǒng)，將油氣分離、數(shù)據(jù)采集、色譜分析、濃度計算、數(shù)據(jù)報警、設備狀態(tài)監(jiān)控等多功能集于一體，不會出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失等情況，大大提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性；
? 功能接口電路采用光耦隔離設計，進一步提高系統(tǒng)抗干擾性能；
? 采用基于 RS-485 的總線標準，可實現(xiàn)全數(shù)字、遠程數(shù)據(jù)傳輸、控制和參數(shù)設置；
? 加強系統(tǒng)故障診斷功能，提供改良三比值法、大衛(wèi)三角法和立方體圖示法，給出診斷結果 ；
? 加強系統(tǒng)自檢，增加遠程維護功能，提供設備異常事件報警；
? 可擴展性高，可便捷的與其它監(jiān)測裝置集成；
? 系統(tǒng)結構緊湊，安裝維護簡便，操作人性化；
2.1 組成
LYGCXT5000 變壓器油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)由現(xiàn)場監(jiān)測單元、主控室單元及監(jiān)控軟件組成?，F(xiàn)場監(jiān)測單元即色譜數(shù)據(jù)采集裝置由油樣循環(huán)采集單元、油氣分離單元、氣體檢測單元 、數(shù)據(jù)采集單元、現(xiàn)場控制處理單元、通訊控制單元及輔助單元組成。其中輔助單元包括置于色譜數(shù)據(jù)采集器內的載氣，變壓器接口、油管及通信電纜等。
其組成示意圖如圖 2.1 、圖 2.2 所示：
2.2 LYGCXT5000 變壓器油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)工作原理
LYGCXT5000 變壓器油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)工作時，先利用油樣采集單元進行油路循環(huán)，處理連接管道的死油，再進行油樣定量；油氣分離單元快速分離油中溶解氣體輸送到六通閥的定量管內并自動進樣； 在載氣推動下，樣氣經過色譜柱分離，順序進入氣體檢測器；數(shù)據(jù)采集單元完成 AD 數(shù)據(jù)的轉換和采集，嵌入式處理單元對采集到的數(shù)據(jù)進行存儲、計算和分析，并通過 RS485接口將數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)處理服務器（安裝在主控室），*后由監(jiān)測與預警軟件進行數(shù)據(jù)處理和故障分析。如圖 2.3 所示
2.3 LYGCXT5000 變壓器油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)主要技術參數(shù)
序號 | 技術參數(shù)名稱 | 提供值 | ||
1 | 系統(tǒng)型號 | WBGCXT5000 | ||
2 | 工作環(huán)境溫度 | -40℃～＋70℃ | ||
3 | 工作環(huán)境濕度 | 相對濕度 5～95%（裝置內部既無凝露，也不應結冰） | ||
4 | 大氣壓力 | 70kPa～110kPa | ||
5 | 工作電源 | AC 220 V±10% ， 50Hz | ||
6 | 監(jiān)測組分 | H2、 CO、 CO2、 CH4、 C2H4、 C2H2、 C2H6等 7 種氣體組分及總烴、總的氣體含量（含氣量）、相對增長率及優(yōu)良增長速度； H2O 可選 | ||
7 | 分析診斷功能 | 通過改良三比值法、大衛(wèi)三角法及立方體圖示法對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析、診斷，并提供原始譜圖 | ||
8 | *小檢測周期 | 40-60 分鐘，可由用戶自行設定，默認 24 小時 | ||
9 | 取樣方式 | 循環(huán)取樣，安全真實地反應變壓器中氣體真實情況 | ||
10 | 油氣分離方式 | 真空全脫氣方式 | ||
11 | 數(shù)據(jù)存儲壽命 | ≥ 10 年 | ||
12 | 配備載氣量 | 2 瓶 8L高純合成空氣，用一備一 | ||
13 | 監(jiān)測氣體 | 測量范圍 | *低檢測 | |
（1） | H2 | 1 ～ 2000 µ l/l | 2µ l/l | |
（2） | CO、 CO2 | 5 ～ 5000 µ l/l | 5 µ l/l | |
（3） | CH4 | 0.1 ～ 2000 µ l/l | 0.1µ l/l | |
（4） | C2H4 | 0.1 ～ 2000 µ l/l | 0.1 µ l/l | |
（5） | C2H6 | 0.1 ～ 2000 µ l/l | 0.1 µ l/l | |
（6） | C2H2 | 0.1 ～ 1000 µ l/l | 0.1 µ l/l | |
（7） | H2O（可選） | 1 ～ 100 µ l/l | 1µ l/l | |
（8） | 總烴 | 1 ～ 8000 µ l/l | ||
（9） | 總含氣量 | 0.2 ～ 15% | ||
14 | 穩(wěn)定性（測量偏差） | 同一試驗條件下對同一油樣的監(jiān)測結果偏差不超過 10%（中等濃度） | ||
15 | 靜電放電抗擾度 | 4 級，± 8kV－± 15kV | ||
16 | 電快速瞬變脈沖群抗擾度 | 4 級，± 4kV | ||
17 | 浪涌（沖擊）抗擾度 | 4 級，± 4kV | ||
18 | 耐地震能力：地震波為正弦波；持續(xù)時間：三個周波，安全系數(shù) 1.80 | 地震烈度 9 度地區(qū)：地面水平加速度 0.4g，地面垂直加速度 0.2g | ||
地震烈度 8 度地區(qū)：地面水平加速度 0.25g，地面垂直加速度 0.125g | ||||
地震烈度 7 度地區(qū)：地面水平加速度 0.2g，地面垂直加速度 0.1g | ||||
19 | 存儲運輸極限環(huán)境溫度 | -40 ℃～＋ 80 ℃ | ||
20 | 外殼的防護性能 | 室內安裝部件（主站單元） IP51 ，室外安裝部件（本系統(tǒng)和通訊控制單元） IP56 | ||
21 | 外形尺寸 | 寬 600mm× 深 530mm× 高 1100mm | ||
22 | 整機重量 | 100kg | ||
23 | 基礎尺寸 | 寬 620mm× 深 530mm× 地面高 250mm | ||
2.4 LYGCXT5000 變壓器油色譜在線監(jiān)測網絡
LYGCXT5000 變壓器油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)通過用戶的 MIS 系統(tǒng)遠端顯示監(jiān)測界面、數(shù)據(jù)查詢、參數(shù)設置等現(xiàn)場具備的全部功能。采用有線接入方式：一個電廠或變電站可以用一臺數(shù)據(jù)處理服務器，通過 RS485 總線控制多臺色譜數(shù)據(jù)采集器，每一臺色譜數(shù)據(jù)采集器可監(jiān)測一臺電力變壓器 。
2.5 LYGCXT5000 變壓器色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)配置
標準配置 | 色譜數(shù)據(jù)采集器 | 含油樣循環(huán) \ 油樣采集 \ 油氣分離 \ 氣體監(jiān)測 \數(shù)據(jù)采集 \ 現(xiàn)場控制處理 \通訊控制單元及載氣 |
數(shù)據(jù)處理服務器 | 華碩工控 19"液晶彩色顯示器 | |
輔助單元一：通訊單元 | 有線方式：雙鉸屏蔽電纜 | |
RS485通訊接口 | ||
輔助單元二：載氣 | 2 瓶 8L高純合成空氣，用一備一 | |
輔助單元三： 接口法蘭及油管 | 接口法蘭根據(jù)變壓器接口圖紙由上海來揚加工油管長度根據(jù)現(xiàn)場安裝方案需要確定 | |
工業(yè)空調 | 所有現(xiàn)場設備都提供一臺工業(yè)空調，根據(jù)環(huán)境溫度 自動開啟加熱或降溫。 | |
非標配置 | 電源電纜 | 鎧裝屏蔽電纜， 2 × 1.5 |
微水模塊 | 增加微水監(jiān)測功能 | |
控制屏 | 寬 800mm× 深 600mm× 高 2260mm，需在訂購前顏色 |
研發(fā)團隊在電池本體集成了多維度傳感模塊，實時采集單體電壓、充放電流、溫度等參數(shù)。團隊提出基于安時積分的電池電量估算算法，實時計算模組的內部參數(shù)。隨著電源系統(tǒng)的運行，團隊持續(xù)進行大數(shù)據(jù)深度學習及實時補償，逐步提高電池電量算法的精確度和適用性。團隊所提算法可實現(xiàn)電池電量估算誤差不超過3%、電池健康狀態(tài)估算誤差不超過5%。后備電源信息等數(shù)據(jù)經配電自動化終端上傳至配電自動化主站，主站部署的監(jiān)測平臺支持故障預警、壽命預測、充放電策略優(yōu)化等功能，實現(xiàn)故障未發(fā)、處置先行。團隊還開發(fā)了專用運維APP，支持現(xiàn)場人員實時查看電池狀態(tài)、接收告警信息，并遠程啟動均衡系統(tǒng)和故障隔離程序。
為了提高電池對過流、短路、過壓等惡劣工況的適應能力，研發(fā)團隊設計出可智能匹配的電芯保護策略，實現(xiàn)電池過流、短路、過壓、欠壓等保護?；旌铣蓦姵氐某潆姾头烹娪呻娏﹄娮娱_關的導通和關斷來控制，電力電子開關的驅動由微控制器控制單元、電壓檢測及電流檢測信號分別控制。測試表明，該防護系統(tǒng)可在2毫秒內切斷故障回路，將電池損壞風險降低90%。
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