浙江電網變電設備在線監測裝置應用分析

胡錫幸，馬 濤，王文浩

（1.杭州市電力局，杭州 310009；2.浙江省電力公司電力科學研究院，杭州 310014）

1 浙江電網在線監測裝置的現狀及問題

在線監測[1-2]是指在設備不停電的情況下，對設備狀況連續或定時進行的各類檢測。在線監測一般利用傳感技術和微電子技術對運行中的設備進行監測，獲取反映運行設備的狀態和發展趨勢的各種物理量，并對其進行分析處理，預測運行狀況，必要時提供報警和故障診斷信息，避免因故障的進一步擴大而導致事故的發生。

截至2012年底，浙江全省已實現在線監測標準化安裝和數據接入的變電站共601座，其中500kV變電站32座，220kV變電站248座，110kV變電站321座，實現220kV及以上電網設備全覆蓋。共涉及變壓器/電抗器監測點992個，電容性設備監測點26個，金屬氧化物避雷器監測點172個，斷路器/GIS監測點675個。具體比例見圖1。

圖1 各類變電設備在線監測裝置比例分布

截至2012年底，通過安裝變電設備在線監測裝置累計發現缺陷次數合計8次，其中油色譜在線監測發現主設備缺陷4次，其他在線監測裝置發現電氣連接點發熱4次。安裝在線監測裝置能及時發現設備故障，大大提升供電可靠性。

但是目前在線監測裝置也存在如下問題。

（1）設備配置原則缺乏統一標準。目前在線監測裝置如果大面積鋪開應用，必然影響整個電網的經濟性。為了實現供電可靠性和電網經濟性的有效統一，必須研究裝置的配置原則，明確哪些設備應優先安裝在線監測裝置。

（2）在線監測裝置種類繁多，質量良莠不齊，部分裝置投運后存在運行不穩定、數據波動異常等諸多問題，必須開展各類在線監測裝置的成熟度和有效性分析。

（3）為了進一步發揮在線監測裝置的作用，必須確認裝置的閾值設置原則，從而使裝置數據能更好的應用于設備狀態分析。

目前，對電網供電可靠性影響較大的設備主要包括重點設備、存在可疑缺陷的設備、老舊設備、新入網設備，如圖2所示。

圖2 在線監測裝置優先配置的設備

在線監測裝置的配置應滿足重點設備、存在可疑缺陷的設備、新入網設備、老舊設備優先的原則，兼顧地域特征分層次有步驟地實施，從而實現供電可靠性和電網經濟性的有效統一。

2 裝置成熟度和有效性分析

2.1 變壓器在線監測

變壓器在線監測主要涉及油色譜在線監測、局放在線監測[3-4]、鐵芯接地電流在線監測、套管在線監測等。

油色譜在線監測在國內已經有許多成功的應用經驗，技術趨于成熟。油色譜在線監測通過油中溶解微量氣體的變化，能及時反映變壓器內部局部過熱、火花放電、電弧放電等危害變壓器安全運行的缺陷。

局部放電在線監測比油色譜監測能更及時準確地反映變壓器內部的放電情況，在線監測方法有脈沖電流法、超高頻法（內置、外置）、超聲法等。脈沖電流法抗干擾能力較差但能直接測出局部放電量的大小，內置天線的超高頻法具有良好的抗干擾性能，但無法標定放電量的大小。超聲法亦存在放電量無法定標，現場干擾較大的問題。目前局放在線監測裝置的性能差別較大，該項技術正處于完善過程中。

鐵芯接地電流在線監測能及時發現鐵芯及夾件多點接地，有效防止局部過熱。該項技術相對成熟，不存在技術障礙。

套管在線監測技術的成熟度和有效性可參見容性設備在線監測，由于套管在線監測裝置安裝位置過高，安裝過程以及日后的傳感器運行維護都必須結合停電進行。

2.2 斷路器在線監測

斷路器在線監測主要涉及電壽命監測、操作機構監測以及SF6氣體密度、微水的監測。

斷路器的每次開斷都會對觸頭產生一定程度的損傷，因此斷路器的觸頭電磨損（又稱電壽命）是斷路器性能的重要指標。通過監測累計開斷電流，能在一定程度上評估觸頭開斷短路電流后的燒蝕、磨損情況。

通過對斷路器操作機構中的分、合閘線圈與儲能電機電流進行監測，能夠及時判斷運行機構有無卡澀、脫扣及機械負載變動情況，目前該項技術已相對成熟。

目前SF6斷路器的密度、微水在線監測技術較不成熟，且存在一定的漏氣風險。

2.3 GIS在線監測

GIS的電壽命、操作機構以及SF6氣體密度、微水的在線監測參考斷路器部分，除此之外，GIS還增加了局部放電在線監測。

GIS局部放電在線監測主要涉及特高頻法和超聲波法。基于特高頻的局部放電測量，可有效反映GIS內部的絕緣缺陷及異物，目前該技術尚處于完善過程中。基于超聲波的局部放電測量，易受基礎振動的影響，適用于GIS設備的帶電檢測。

2.4 容性設備在線監測

容性設備在線監測有20多年的研究歷史[5-6]，一直是國內外研究的重點課題，容性設備在線監測量如“泄漏電流”、“介損”和“電容量”的測量存在末屏信號安全提取問題，且由于泄漏電流和介損數值較小，容易受溫度、濕度的影響。基于三相不平衡電流或三相不平衡電壓的容性設備在線監測裝置由于受溫度、濕度的影響較小，監測結果也相對較好。

2.5 避雷器在線監測

避雷器在線監測主要涉及泄漏電流全電流和阻性電流。目前隨著高精度小電流傳感器技術、無線傳輸技術的發展，避雷器在線監測測量精度、數據穩定性、工作的可靠性都有了很大的提高，但是目前避雷器在線監測裝置亦存在阻性分量測量精度低、電池容量小等問題。

3 在線監測的閾值分析

為了使在線監測數據能更好地應用于設備狀態分析，必須開展相應的閾值確認工作。下面以變壓器油色譜在線監測裝置為例，確定各氣體組分的閾值原則。該閾值設置原則已經在500kV瓶窯變2號主變壓器（簡稱主變）上得到應用。

變壓器油色譜在線監測裝置監測量包括H2，C2H2，CH4，C2H4，C2H6和 CO。各監測量的閾值設置采用絕對值和增量相結合的方式，通過閾值設置，設備狀態可以分為正常、注意和報警3部分。

3.1 H2閾值設置

（1）H2含量在 0～150 μL/L（不含 150 μL/L）之間，設備處于正常狀態；

（2）H2含量在 150～300 μL/L（不含 300 μL/L）之間且變化量（當前測量值與上次測量值之差）不大于10 μL/L時，設備處于注意狀態；

（3）H2含量大于 300 μL/L（含 300 μL/L）或者H2含量在 150～300 μL/L（不含 300 μL/L）之間但是變化量大于10 μL/L時，設備處于報警狀態。

3.2 C2H2閾值設置

（1）C2H2含量在 0～0.5 μL/L（不含 0.5 μL/L）之間，設備處于正常狀態；

（2）C2H2含量在 0.5～1 μL/L（不含 1 μL/L）之間，或者 C2H2大于 1 μL/L（含 1 μL/L）且變化量小于0.3 μL/L時，設備處于注意狀態；

（3）C2H2含量大于 1 μL/L（含 1 μL/L）且變化量大于 0.3 μL/L（含 0.3 μL/L）時，設備處于報警狀態。

3.3 總烴閾值設置

油色譜在線監測裝置的總烴含量為C2H2，CH4，C2H4，C2H6這4種氣體含量的疊加，其閾值設置原則如下：

（1）總烴含量在 0～150 μL/L（不含 150 μL/L）之間，設備處于正常狀態；

（2）總烴含量在 150～300 μL/L（不含 300 μL/L）之間且變化量小于2 μL/L時，設備處于注意狀態；

（3）總烴含量大于 300 μL/L（含 300 μL/L），或者總烴含量在 150～300 μL/L（不含 300 μL/L）之間但是變化量大于 2 μL/L（含 2 μL/L）時，設備處于報警狀態；

（4）CH4，C2H4，C2H6的閾值設置參考總烴。

3.4 CO閾值設置

（1）CO 含量在 0～2000 μL/L（不含 2000 μL/L）之間，設備處于正常狀態；

（2）CO 含量在 2000～10000 μL/L（不含 10000 μL/L）之間，設備處于注意狀態；

（3）CO 含量大于 10000 μL/L（含 10000 μL/L）時，設備處于報警狀態。

4 油色譜在線監測裝置應用實例

4.1 實例1

某500kV變電站2號主變B相為保定天威保變電氣股份有限公司生產，型號為ODFPSZ-250000/500，1992年6月投運，于2012年10月11日安裝油色譜在線監測裝置。圖3是主變在線監測裝置近2個月的H2和總烴數據曲線，從圖3可以看到，在線監測數據相對較穩定。

圖3 近2個月的油色譜在線監測數據曲線

圖4是主變油中溶解氣體在線監測裝置2012年12月24日上傳的油色譜數據，其中H2為 6.81 μL/L，C2H2為 0 μL/L，總烴為 23.78 μL/L，CO為71.03 μL/L，根據在線監測閾值分析，主變處于正常狀態，與現場實際吻合。

圖4500kV某變2號主變閾值分析結果

4.2 實例2

某220kV變電站2號主變為特變電工沈陽變壓器集團有限公司生產，型號為OSS9-150000/220，投運日期為2006年7月。該臺主變油色譜在線監測裝置于2012年2月6日測得C2H4含量為 130.79 μL/L，且變化量大于 2 μL/L，達到報警狀態。對應的總烴含量為245.34 μL/L，且變化量大于2 μL/L，達到報警狀態，而其他監測量均處于正常狀態。2月7日總烴和C2H4數值都有所下降，但仍然處于注意狀態，具體如圖5所示。

圖5 C2H4和總烴數據曲線

油色譜在線監測裝置監測到設備報警后，于2012年2月23日進行主變油色譜離線試驗，總烴含量達到172.05 μL/L，與在線監測數據基本吻合。目前該主變已經更換，等待解體結果。

5 結論

通過分析浙江電網變電設備在線監測若干問題，可以得出如下幾點結論：

（1）油色譜在線監測裝置閾值的設置宜采用絕對值和增量相結合的方式，該方法能有效發現變壓器潛在故障，大大提高檢修針對性；

（2）在線監測裝置的配置應優先滿足重點設備優先、存在可疑缺陷的設備優先、新入網設備優先、老舊設備優先的原則兼顧地域特征分層次有步驟的實施；

（3）部分在線監測裝置如變壓器局部放電在線監測裝置、SF6斷路器的密度和微水在線監測裝置的技術水平有待進一步提升。

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