FARADAY TNU变压器在线监测与诊断系统
FARADAY Transformer Nursing Unit(TNU)
法拉第变压器在线监测与诊断系统（TNU）通过获取和处理变压器关键运行数据，对变压器综合性能进行分析，从而提供诊断和决策信息，是一种动态交互式的自适应智能监测与诊断系统。
TNU相当于一个移动的色谱分析实验室，其测量结果等同于实验室的色谱分析结果，同时又提供给用户在未来应采取的维护措施建议。用户可以在对某一台变压器监测一段时间后，对其工作性能作出评价，确定了需要采取的维护措施后，将其移至另一台关键变压器上，从而实现对辖区内所有达到服务年限、超负荷或有潜在故障可能的变压器分别、分时间在线监测，从而有效地管理变压器性能，提高变压器运行安全性，延长变压器使用寿命。
测量原理
油样探头安装在变压器循环油路的阀门上，采集油样，同时控制和监测油的循环情况；油调节系统对油温和流量进行调节优化；气体分离回路通过高性能的气体、微水渗透膜连续地将油中溶解气体与微水分离出来；之后每种气体分别通过红外分析仪进行测量，H2仍采用HYDRAN传感器测量。
功能与特点
变压器油中氢气（H2）、乙炔（C2H2）、乙烯（C2H4）、甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）等七种油中溶解气体以及微水（H2O）的实时、在线监测。
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H2 |
C2H2 |
C2H4 |
CH4 |
C2H6 |
CO |
CO2 |
H2O |
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最小测量值（ppm） |
10 |
1 |
3 |
1 |
20 |
5 |
10 |
5% |
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重复精度（+/-ppm） |
5 |
0.3 |
0.6 |
0.2 |
5 |
2 |
5 |
3% |
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测量范围（ppm） |
10-2000 |
1-1000 |
3-1500 |
1-1500 |
20-1500 |
5-2000 |
10-8000 |
5-95% |
TNU可以接收如下外部传感器信号：
模拟信号
负荷电流
负荷电压
环境温度
主油箱顶部油温
数字信号
油箱油面最低值是否满足要求
油枕油面最低值是否满足要求
主油箱压力释放
瓦斯保护动作
压力突变继电器
可编程控制器用于数字量与模拟量的输入/输出，以及内部控制
内配空气调节与加热器，以保持机柜内部温度满足工作要求
用来管理可能存在的潜在故障的变压器，监测故障演变，采取及时有效的防护措施，减少与避免非计划停运时间，延长设备使用寿命
可移动性，其功能相当于一个移动的气体色谱分析实验室
便于安装、少维护
多种通讯方式，满足现场与远程用户的需要
技术参数
总括
主要部件 EC01和EC02控制器、FTIR傅氏红外气体分析仪、
HYDRAN传感器、油采样单元、基线参考系统、PLC数
据采集与控制单元、UPS、空气加热调节单元。
控制器 工业PC机控制数据采集及与系统不同部件的接口
FTIR气体分析仪 工业用全频谱分析仪，性能稳定，检测分辨率高
HYDRAN传感器 HYDRAN技术测量氢气
基线参考系统 内置的基线参考与校准系统，所有的功能通过
客户端软件实现，无需任何参考或压缩气体。
UPS
功能 TNU机柜内配有不间断电源，作为备用电源与设
备冲击电压保护。
主要部件 EMI/RFI滤波器
隔离开关
输出控制
电池转换器
PLC
功能 可编程逻辑控制器管理和控制TNU应用
主要控制功能 油流量开关，在出现泄漏时关闭采样头
油泵与控制阀
油温控制
现场/远程控制
基线阀控制
报警继电器控制
外部数据采集
油采样单元
功能 变压器油连续采样，并循环至油调节系统
主要部件 单一采样点
油调节系统加热器与冷却器
泵
阀
采样头 安装在变压器阀门上，作为采样口和油路循环回油口；
入口/出口处安装电磁阀以防油泄漏。
传感器集合管 黄铜材料，四个1英寸NPT螺口，两个用于气体分离，一个
用于HYDRAN传感器，一个备用。
泵 良好密封、高扭矩、磁驱动齿轮泵，泵体材料316SS，齿轮
为镍合金。
油加热器 1000W，低功率密度，侵入式，91℃（196°F）热熔丝。
油冷却器 外部高性能散热器
温度控制器 PLC油温控制器
变压器阀 一个1.5英寸球阀或闸阀
变压器油采样系统 编织不锈钢，3/8英寸软管，带Teflon内衬和Swagelock
接头。采样头与TNU之间的距离为1.5~12米。
油采样口 5/32英寸Allen螺纹，用于玻璃注射器和Luer旋塞阀。
运行油温 -40~90℃（-40~194°F）
油压力头 0~700kPa(0~100psig)
输入输出
模拟输入 4个4~20mA模拟量输入口，可扩展至8个，模拟输入量有
负荷电流、负荷电压、有载调压开关分接头位置等。
RTD输入 1个RTD输入口，可扩展至5个，RTD输入有环境温度顶
部油温、有载调压开关油箱温度等。
数字输入 7个24V数字直流输入，如油箱油面最低值满足、储油箱面
水平满足、主油箱卸压、油箱气体积聚、液压继电器等。
报警输出 油中溶解气体水平、故障报警。
运行软件
主要特征 服务器应用，Microsoft Windows NT 4.0操作系统，
Microsoft SQL Server 6.5,ODBC32
数据采集与存储 油中溶解气体为5分钟
模拟输入5分钟
数字输入2秒
用户界面
主要特征 TNU相当于一个客户机一服务器应用环境下的服务器，客户
侧（现场/远程/控制室操作）采用Microsoft Windows NT
4.0或Windows 95操作系统、Access数据库、或有特殊分
析要求时也可采用Excel表格。菜单图形界面。
DGA解释模型 TNU采取业界公认的标准，包括Rogers,IEC 599,
Doernenburg,Duval,GE,IEEE C57.104-1991,
Paper Degradation对采集到的数据进行分析计算，
从而反映变压器的实时运行工况。
功能 显示每种气体含量、模拟/数字信号状态以及这些量的
日、月、年趋势变化；报警状态；数据输出至Excel表单；
TNU内部信号状态（油流量、气体流量、内部温度和湿度
报警、门开、FTIR状态等）。
通讯
远程通讯 通过内置Modem实现与客户PC机的通讯
本地通讯 通过以态网接口直接与PC机连接。
网络 通过以态网接口连接到用户局域网或广域网，使用NETBUI
协议。变电站内有多台TNU时，可以通过光纤通讯电缆组
成网络，用户通过电话线可以访问网络中的任意一台TNU。
环境要求
抗射频干扰 符合EN 55011：1991、EN61000-4-2：1995和
EN61000-4-3：1996标准
抗电磁场干扰 符合ENV 50204：1996、IEC 801-4：1998和ENV 50141：
1993标准。
震动 符合SN 62-1008C（1g,10~150HZ）、IEC 255-21-0：1998
（震动吸收胶垫） （严重等级1 )
工作环境温度 -40~+45℃（-40~113°F）
IEC 68-2-1：1990、IEC68-2-2：1974和
IEC68-2-3：1974。
变压器阀体处油温 -40~+90℃（-40~194°F）
储存条件 -15~+50℃（5~122°F），5~40%相对湿度（非冷凝），
无日光直射。
其它
外壳 NEMA 4（IP66），环氧树脂涂层，镀锌钢材外壳，
符合CSA、CE标准规定，安装于变压器旁边。
安装 底座安装
电源 230V、25A、50/60HZ
外壳尺寸 156×153×214cm
重量 600kg
搬运 集装箱内运输使用叉车
单独运输时使用叉车、悬臂卡车或起重机。
新型变压器在线监测系统
——法拉第TNU变压器在线监测与诊断系统
分析原理
法拉第系统的分析核心是傅里叶红外变换（FTIR）技术，FTIR基于光的干涉原理，待测气体池置于迈克尔逊干涉光路中，动镜移动时探测器上将得到强度不断变化的干涉波。
背景干涉图和样品干涉图经傅里叶变换以后，可以得到背景单光谱和样品单光谱，样品透射光谱即为上述两光谱的比值。
根据朗伯—比尔定律，吸光度A与样品浓度c，吸收池光程长1，样品吸收率a成正比，即A=acl。利用纯样品在选定的波数处建立吸光度值A相对于浓度c的校正曲线，然后根据待测样品的吸光度可求解出未知组分的含量。为了准确复原光谱，FTIR光谱仪中都有一套激光干涉系统，采用激光干涉图过零点采样的办法准确地对复杂光谱进行采样。
对判断充油电气设备内部故障有价值的气体：即氢气（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，这些气体分子的基频振动都应落在中红外区。且各种气体都有独立的吸收主峰，水的谱峰与各特征气体的谱峰均没有重叠。也就是说，使用FTIR谱仪原则上不仅可以测定除氢以外的所有故障气体，而且可以同时测定水分。
FTIR谱仪同红外光源，干涉仪、气体池、红外探测器以及数据采集处理系统组成。
传统的气相色谱一般设置的采样周期为3-12个月，在线气相色谱可以做到24个小时采样一次，紧急情况下最短时间间隔也需要2小时，而FTIR谱仪可以在30-60秒内完成一次定量分析，所以其实时性接近于连续测量。
实验室气相色谱的允许误差一般为20%在右，基于气相色谱的在线检测仪还存在着受热导池，载气纯度影响而导致对烃类气体的最低检测浓度高于警戒浓度的问题。现在试验和计算结果表明，在线FTIR的灵敏度已达到或超过了实验室气相色谱水平。
设备的功能与特点
1．基于先进的测量原理，对变压器油中氢气（H2）、乙炔（C2H2）、乙烯（C2H4）、甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）七种油中溶解的故障特征气体以及油中水分（H2O）实施实时的在线连续检测，且测量精度达到了实验室气相色谱的水平。
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H2 |
C2H2 |
C2H4 |
CH4 |
C2H6 |
CO |
CO2 |
H2O |
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最小测量值（ppm） |
10 |
1 |
3 |
1 |
20 |
5 |
10 |
5% |
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重复精度（+/-ppm） |
5 |
0.3 |
0.6 |
0.2 |
5 |
2 |
5 |
3% |
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测量范围（ppm） |
10-2000 |
1-1000 |
3-1500 |
1-1500 |
20-1500 |
5-2000 |
10-8000 |
5-95% |
2．在线监测故障气体的同时，可接入其它外部传感器信号，如：负荷电流、电压、环境温度、油箱顶部油温，主油箱压力释放，瓦斯保护动作等，在后端进行综合处理，以便对变压器实施全面的管理与看护。
3．管理可能存在潜在故障的变压器，监测故障演变，采取及时有效的防护措施，减少和避免非计划停运时间，延长设备的使用年限。
4．安装方便、维护量少，不需要载气，整机具备可移动性，其功能相当于一个可移动的色谱分析实验室。
5．先进的温度控制技术，通过内部的空气调节和加热器，保证整个设备在户外正常工作（工作环境温度-40℃--+45℃）
6．设备不止体各部分元件工艺先进可靠，均达到GE公司技术质量标准，并且通过抗射频干扰，抗电磁干扰及振动试验，可满足各种现场环境稳定工作要求。
7．后端分析软件功能强大，通过基于IEC、IEEE或GE等标准的分析模型，专家分析系统可对变压器的整个运行管理过程提出切实有效的建议。
8．开放式的通讯接口，可通过拨号、以太网或光纤方式与用户局域网或广域网相联，实现多种通讯方案。