220 kV變電站在線監測系統的應用

尹玉娟，江川，劉杰，劉鵬，劉寧

（國網山東省電力公司青島供電公司，山東青島266061）

220 kV變電站在線監測系統的應用

尹玉娟，江川，劉杰，劉鵬，劉寧

（國網山東省電力公司青島供電公司，山東青島266061）

在線監測技術已應用于變電站內主要電氣設備，成為推進智能變電站建設不可或缺的條件。首先闡述一次設備在線監測的發展應用現狀，隨后詳細介紹青島南京路變電站內一次設備在線監測裝置的配置和運行情況，為變電站在線監測裝置的配置提供參考和借鑒。

在線監測；智能變電站；電力設備

0 引言

電力設備的定期檢修制度未考慮到設備的運行狀態，不僅耗費了大量的財力和人力，而且對設備存在的潛伏性故障無法及時進行處理，存在巨大安全隱患。實施推廣基于設備實時狀態的檢測與診斷系統，及時發現設備缺陷，是檢修發展的必然方向。

國家電網公司頒布Q／GDW 168—2008《輸變電設備狀態檢修試驗規程》［1］，為輸變電設備的狀態檢修提供了參考。狀態檢修的關鍵在于通過監測系統獲取運行設備的狀態信息。變電設備的在線監測就是在不影響設備運行的條件下，實現對電氣設備的各類狀態數據采集、狀態實時顯示、診斷分析、故障報警等功能［2］。對各種離線和在線監測數據進行綜合分析，準確掌握設備實際運行狀態，為進一步開展狀態檢修工作提供依據。因此，積極開展輸變電設備在線監測技術的應用具有重要意義。

1 在線監測技術

變電設備的在線監測工作是采用各種測量手段對設備運行中的化學以及物理量進行檢測，以獲取設備數據信息，進而判斷運行中的設備處于何種狀態，并及時采取相應措施［2］。近年來，隨著信息技術的發展，在線監測技術的監測精度、抗干擾能力不斷改善。

1.1 變壓器在線監測技術

變壓器是電網的核心設備，其健康穩定運行對電網意義重大。由于變壓器結構復雜，要完整分析一臺變壓器的健康狀態，需要監測分析很多信息。目前變壓器的主要監測對象和監測信息見表1。

表1 變壓器監測信息

在表1所述的各項監測信息中，油位、油溫、繞組溫度等監測信息屬于傳統監測信息，由變壓器自帶的傳感器獲??；變壓器運行電壓、電流等負荷信息由SCADA系統實時獲??；油色譜、油微水及鐵心接地電流信息等監測信息通過離線試驗獲取。

近年來，在線監測技術已較為成熟［3］，用于異常信息檢測及故障判定的效果良好。對套管等容性設備的監測技術已廣泛應用。

利用變壓器局部放電識別不同部位絕緣缺陷的方法具有較高靈敏度，但目前該方法抗干擾能力較弱，準確性無法保證，用于在線監測難以達到令人滿意的效果，且目前缺少局部放電監測的相關規范，因此其推廣應用受到限制［4］。

1.2 GIS設備在線監測技術

GIS組合電器涵蓋了變電站內母線、隔離開關、斷路器、電壓電流互感器等主變以外的其它主要設備，由于其具有運行安全性好、維護周期長、占地面積小、使用方便等優點，在電網中獲得廣泛應用。其監測信息見表2。

表2 GIS設備監測信息

GIS局部放電的在線監測具有較好效果，在GIS局部放電的多種實現方法中，超高頻和超聲波法應用較為廣泛。超高頻具有抗干擾能力強、靈敏度高的優點，超聲波具有放電源定位準確的優點，通常將二者結合使用。SF6氣體密度監測技術已較為成熟，且成本較低，可推廣應用，但其微水監測目前僅適于近距離監測，對于多個氣室的濕度監測，每個氣室均需加裝傳感器，成本較高［5－6］。

1.3 其他設備在線監測技術

變電站內斷路器、各式容性設備占據了變電站內設備數的一半左右，其在線監測對于變電站穩定運行意義重大，目前主要監測信息見表3。

其中，電流互感器、電壓互感器等容性設備的監測技術已相對較為成熟，應用較廣泛。而不同斷路器開關結構區別較大，增加安裝在線監測裝置的空間難度和技術難度，其安裝運行意義不大，通常都是免維護設計。

表3 其他設備監測信息

2 220kV變電站在線監測系統

220 kV南京路變電站是青島市區樞紐變電站，承擔市區多數重要用電客戶，其站內設備的健康狀態是重點監視對象，任何設備潛伏性故障都要做到及早發現、盡快處理，避免事故的發生。該站設有3臺220 MVA主變，站內設備全采用室內GIS，目前該站已實現主變、GIS設備及避雷器的在線監測。按照文獻［2］的要求，南京路變電站設備在線監測系統采用總線式的分層分布式結構。

2.1 變壓器在線監測子系統

2.1.1 在線監測系統配置

南京路變電站對站內主變采用的是TCDS變壓器綜合在線監測系統，主要包括鐵心接地電流監測裝置、套管監測裝置、綜合監測單元（含變壓器負荷、分接開關、風機、油泵）監測裝置和油色譜監測裝置，具體運行參數見表4。

表4 南京站主變在線監測配置

裝置名稱監測參數測量范圍H2體積分數10~2 000 μL／L CO體積分數5~2 000 μL／L油色譜監測裝置CO2體積分數25~2 000 μL／L CH4體積分數50~2 000 μL／L C2H6體積分數10~2 000 μL／L C2H4體積分數10~2 000 μL／L C2H2體積分數1~500 μL／L 10~2 000 μL／L總烴體積分數

2.1.2 在線監測系統運行情況

1）油色譜在線監測。對變壓器油中溶解氣體的監測，無論是在線還是離線分析，都需要依托自身大量歷史監測數據分析其變化趨勢，因此單純判斷比較氣體含量數值不具意義。對裝置運行后一個月內的10組數據與相應離線試驗結果進行了對比分析，10組分析結果總烴含量的變化趨勢如圖1所示。

圖1 主變總烴含量對比

由圖1可見，在線油色譜數據與離線油色譜數據的絕對值差異較明顯，但二者的變化趨勢基本一致，且在線監測結果因消除了人為因素的影響，曲線波動較為平緩，監測結果準確度較好。

2）鐵心接地電流在線監測。運行經驗及理論分析結果表明，鐵心一點接地時，流過變壓器鐵心接地電流的有效值僅為10～100 mA；鐵心多點接地時，流過鐵心接地線中的電流急劇增加。當電流超過0.1 A時，即認為鐵心可能存在多點接地故障。多點接地時的接地電流可達10～100 A，但通常在接地回路中串入合適的電阻會使電流不超過0.1 A。基于此，采取如圖2所示監測回路對鐵心接地電流在線監測裝置進行模擬校驗。圖2中，1為鐵心接地線，2為在線監測傳感器。校驗的泄漏電流范圍為0～200 mA，監測結果如圖3。

圖2 鐵心接地模擬電路

圖3 鐵心接地電流監測結果

2.2 GIS在線監測子系統

南京路變電站對GIS氣室的在線監測信息包括局部放電、氣體密度、濕度。變電站對站內80個間隔氣室均設置了SF6氣體密度與微水的在線監測單元。南京站對氣室間隔進行局部放電優化配置，超聲波和超高頻共同使用，相互配合，充分發揮各自的優勢，確保監測不留死角。所有監測狀態信息通過相應綜合監測單元匯總、統一上傳至站端監測單元。

在線監測單元投入運行后，我們對氣室進行了1個月的跟蹤分析，圖4（a）所示為氣體壓力離線監測與在線監測值對比圖，圖4（b）為氣體壓力的10次跟蹤分析對比圖。由圖4（a）可見，氣體壓力在線監測值與離線監測結果相差不大，但其中有7個間隔的氣體壓力測量值存在誤差超標（超過3%）的情況。通過對壓力傳感器進行調整后復測，誤差滿足要求。對于氣體濕度監測，由于在線監測與常規測量原理的不同，二者的數值大小不具對比性，但是1個月內二者的變化趨勢基本相同，在線監測可滿足運行要求。

圖4 氣體在線監測信息對比

2.3 避雷器在線監測子系統

圖5 A相避雷器阻性電流對比

南京路變電站避雷器采用的是金屬氧化物避雷器，避雷器在線監測子系統主要對站內220 kV進線避雷器、主變高壓側避雷器進行絕緣監測，通過實時檢測其運行泄漏電流、阻性電流，發送到站內在線監測工作站進行數據顯示。對站內220 kVA相避雷器的阻性電流進行了10次離線測試并與在線監測結果進行對比分析，如圖5。A相避雷器阻性電流在線與離線監測結果基本吻合，誤差不超過2%，因此在線監測精度可滿足運行要求。

3 結語

電力設備在線監測技術是開展設備狀態檢修的基礎。首先對目前電力一次設備在線監測技術發展應用情況進行闡述，隨后以220 kV南京路變電站為例，詳細介紹了南京路變電站內一次設備在線監測裝置的配置應用。通過站端監測單元將數據傳至主站，工作人員可實時觀察所有在線監測設備的運行狀況，并根據在線監測的數據對設備安排檢修和維護工作。南京路站在線監測裝置自投運以來，減少了該站停電檢修的時間，節省了人力物力，取得了良好的使用效果，為其它變電站的智能化改造、在線監測技術的升級及深入開展狀態檢修工作提供技術參考。

［1］Q／GDW 168—2008輸變電設備狀態檢修試驗規程［S］.

［2］Q／GDW 534—2010變電設備在線監測系統技術導則［S］.

［3］許坤，周建華，茹秋實，等.變壓器油中溶解氣體在線監測技術發展與展望［J］.高電壓技術，2005，31（8）：30－32，35.

［4］黃興泉，唐志國，李成榕，等.電力變壓器超高頻局部放電的在線檢測［J］.高電壓技術，2003，29（4）：44－45，50.

［5］張金江，郭創新，曹一家，等.變電站設備狀態監測系統及其IEC模型協調［J］.電力系統自動化，2009，33（20）：67－72.

［6］Q／GDW 537—2010電容性設備及金屬氧化物避雷器在線監測裝置技術規范［S］.

Application of the Online Monitoring System in 220 kV Substation

YIN Yujuan，JIANG Chuan，LIU Jie，LIU Peng，LIU Ning
（State Grid Qingdao Power Supply Company，Qingdao 266061，China）

Online monitoring technology has been used on most of power equipment in substations.It has been the indispensable condition for the construction of intelligent substations.Development of online monitoring system on the primary equipment is discussed firstly，and then a detailed introduction of the online monitoring system used in Nanjing Road substation is made，which will prove to be a useful reference for future work of online monitoring system.

online monitoring；intelligent substation；power equipment

TM76

B

1007－9904（2015）05－0068－04

2015－01－02

尹玉娟（1986），女，碩士，從事在線監測工程技術相關工作；

江川（1969），男，碩士，從事電力工程技術相關工作；

劉杰（1975），女，碩士，從事在線監測工程技術相關工作；

劉鵬（1979），男，博士，從事高電壓技術相關工作；

劉寧（1984），男，碩士，從事變壓器故障診斷相關工作。