變電檢修中在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的使用研究

王廷艷

[摘要]變電站是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)，在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生故障也在所難免，因此變電站的故障檢修則十分重要。本文從在線監(jiān)測(cè)技術(shù)使用現(xiàn)狀出發(fā)，分析了在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的工作原理與關(guān)鍵技術(shù)，以期為研究人員提供理論參考和依據(jù)。

[關(guān)鍵詞]計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)；安全防護(hù)；網(wǎng)絡(luò)信息

[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2015.42.138

隨著智能電網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的狀態(tài)檢修成為了變電檢修的主流模式。而狀態(tài)檢修的核心技術(shù)，就是對(duì)高壓電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，以便準(zhǔn)確評(píng)估高壓電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，制訂合理的檢修計(jì)劃。因此，對(duì)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究成為了一個(gè)國(guó)內(nèi)外電力行業(yè)的熱門研究方向。

1在線監(jiān)測(cè)技術(shù)相關(guān)概念

1.1在線監(jiān)測(cè)概念

在線監(jiān)測(cè)，指的是在狀態(tài)檢修時(shí)，運(yùn)用各類傳感器與測(cè)量方式對(duì)可以反映出高壓電設(shè)備工作狀態(tài)的一些化學(xué)、物理參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在線監(jiān)測(cè)的主要目的是通過(guò)這些數(shù)據(jù)，分析監(jiān)測(cè)設(shè)備是否在正常運(yùn)行。在線監(jiān)測(cè)主要通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控的方式進(jìn)行，主要包括重點(diǎn)維護(hù)性監(jiān)測(cè)和日常保護(hù)性監(jiān)測(cè)。其中，重點(diǎn)維護(hù)性監(jiān)測(cè)指的是通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控或定期檢查，監(jiān)測(cè)設(shè)備的缺陷，避免嚴(yán)重故障的發(fā)生。日常保護(hù)性監(jiān)測(cè)，則主要通過(guò)對(duì)設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行的參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并在易發(fā)生故障處設(shè)置專門的傳感器，以便實(shí)時(shí)反映設(shè)備的工作情況，一旦出現(xiàn)問(wèn)題則及時(shí)預(yù)警進(jìn)行檢修。

1.2在線監(jiān)測(cè)的內(nèi)容

對(duì)高壓電設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)檢修中在線監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容包括：對(duì)信號(hào)的監(jiān)測(cè)、對(duì)傳感器的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理。詳細(xì)工作內(nèi)容是：通過(guò)布置在設(shè)備上的各類傳感器（光、溫度、振動(dòng)、語(yǔ)音等）來(lái)監(jiān)測(cè)設(shè)備的各類物理、化學(xué)參數(shù)，并將這些數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸、信號(hào)轉(zhuǎn)化，通過(guò)信息處理技術(shù)進(jìn)行采集和處理，最后將信息傳輸?shù)街锌厥冶O(jiān)控主機(jī)的服務(wù)器內(nèi)。其傳輸載體一般是光纖或電纜。

目前，國(guó)內(nèi)常用的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)有兩類：一類是集中式在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，另一類是分散式在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。其中，集中式指的是將監(jiān)測(cè)信號(hào)通過(guò)光纖全部傳輸?shù)街锌厥铱刂浦鳈C(jī)的在線監(jiān)測(cè)屏上，進(jìn)行集中式的監(jiān)測(cè)。這種監(jiān)測(cè)方式可以迅速實(shí)現(xiàn)對(duì)所監(jiān)測(cè)信息的分析和處理，并可以設(shè)置成巡回自動(dòng)監(jiān)測(cè)方式。監(jiān)測(cè)人員待在中控室，就可以監(jiān)控變電站所有高壓電設(shè)備的運(yùn)行工作情況，其監(jiān)測(cè)方式較為靈活，監(jiān)測(cè)的容量大，便于開(kāi)展設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)分析、診斷，常見(jiàn)的集中式在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)如下圖所示。分散式指的是運(yùn)用專門的測(cè)試裝置，在每個(gè)需要監(jiān)測(cè)的高壓電設(shè)備附近獲取設(shè)備上所有傳感器的數(shù)據(jù)。這種監(jiān)測(cè)方法可以就地測(cè)量，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要通過(guò)光纖傳輸，便于推廣。但這種監(jiān)測(cè)方法需要人工進(jìn)行操作，不夠智能，不利于變電站智能化的推廣。

集中式在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)圖

2在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的使用現(xiàn)狀

目前來(lái)看，我國(guó)對(duì)高壓電設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)已有較多研究，對(duì)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用主要分為變壓器類的監(jiān)測(cè)、電容器設(shè)備類的監(jiān)測(cè)、避雷器設(shè)備的監(jiān)測(cè)、斷路器設(shè)備的監(jiān)測(cè)。

2.1變壓器的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)

目前有數(shù)種在線監(jiān)測(cè)技術(shù)用以監(jiān)測(cè)變壓器的運(yùn)行狀態(tài)，其中應(yīng)用最廣泛的是使用氣相色譜法來(lái)監(jiān)測(cè)變壓器油里面溶解氣體的方法。

由于變壓器油在電和熱的作用下，會(huì)分解出H2、CO、CO2和多種低分子的烴類氣體，這些氣體的組成和氣體的生成速度會(huì)極大地影響到變壓器的故障類型和故障程度。目前對(duì)變壓器油氣體的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，是保證變壓器正常運(yùn)行必不可少的工序之一。

但是氣相色譜法進(jìn)行監(jiān)測(cè)，需要進(jìn)行取樣—分離油氣—色譜分析三個(gè)步驟，操作較為煩瑣，監(jiān)測(cè)周期較長(zhǎng)。近年來(lái)，我國(guó)已研發(fā)出一種小型的變壓器在線氣體監(jiān)測(cè)設(shè)備，可以對(duì)變壓器進(jìn)行連續(xù)的監(jiān)測(cè)。這種監(jiān)測(cè)設(shè)備可以分為：測(cè)總體可燃?xì)怏w含量的監(jiān)測(cè)儀（TCG）、測(cè)多種氣體組分的監(jiān)測(cè)儀、測(cè)單一組分的監(jiān)測(cè)儀。其中，測(cè)TCG含量的監(jiān)測(cè)儀，可以測(cè)出所有可燃?xì)怏w含量的總和，但不能測(cè)出某一組分的單獨(dú)含量，且結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，價(jià)格昂貴。測(cè)多種氣體組分的監(jiān)測(cè)儀，也叫作在線色譜儀，可以測(cè)量H2、CO、CO2三種氣體的各自組分。測(cè)單一組分的監(jiān)測(cè)儀，主要是測(cè)量H2。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，當(dāng)變壓器內(nèi)局部放電或者局部過(guò)熱時(shí)，其變壓器油分解的混合氣體中均有H2，因此通過(guò)測(cè)量變壓器油內(nèi)H2的含量，就可以完成對(duì)變壓器的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。這種設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，較為適用于對(duì)變壓器進(jìn)行監(jiān)測(cè)預(yù)警和現(xiàn)場(chǎng)的初步故障診斷，既可以降低成本，也不會(huì)造成故障漏報(bào)。

2.2電容器的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)

變電站的電容器設(shè)備主要分為：電容式套管、電流互感器等，電容器的絕緣狀態(tài)決定了其是否能正常運(yùn)行。對(duì)電容器設(shè)備進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，主要采用的是過(guò)零比較法來(lái)測(cè)量電容器的介質(zhì)損耗角的正切值與電容量值來(lái)反映其絕緣狀態(tài)。

由于介質(zhì)損耗角的正切值較小，其監(jiān)測(cè)結(jié)果極易受到各種因素的影響。過(guò)零比較法的原理是通過(guò)比較變電站的基準(zhǔn)電壓波形與電容器設(shè)備的泄露電流的波形之間過(guò)零點(diǎn)的相位值，來(lái)計(jì)算出介質(zhì)損耗角，從而計(jì)算出其正切值。還有一種較為常見(jiàn)的監(jiān)測(cè)方法是諧波分析法，主要使用傅氏變換來(lái)對(duì)電壓波形和泄露電流進(jìn)行比較分析。由于傅氏變換可以用到三角函數(shù)的正交性，因此得出的解可以不受各種因素的影響，避免波形畸變等因素，可以極大地提高監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)精度。在實(shí)際應(yīng)用中，可以采用可靠的電壓、電流傳感器與適度分辨率的A/D轉(zhuǎn)換器，并運(yùn)用傅氏變換對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的干擾進(jìn)行清除，就可以得出在線監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。

2.3避雷器的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)

目前來(lái)看，十千伏電壓以上等級(jí)的變電站大多都使用了無(wú)間隙的氧化鋅避雷器（MOA），通過(guò)在線監(jiān)測(cè)MOA的阻性電流值的異常，就可以監(jiān)測(cè)到MOA是否老化或者發(fā)生故障。對(duì)MOA阻性電流進(jìn)行監(jiān)測(cè)，是目前最主流的在線監(jiān)測(cè)手段。

目前我國(guó)已研發(fā)了多種對(duì)MOA阻性電流值大小的在線監(jiān)測(cè)裝置，對(duì)保障MOA正常運(yùn)行發(fā)揮極大的作用。比如，日本的LCD-4監(jiān)測(cè)儀，主要通過(guò)從泄露電流里分離出阻性電流值的諧波分析法來(lái)監(jiān)測(cè)MOA的運(yùn)行狀態(tài)，還有運(yùn)用交流電的伏安特性變化來(lái)監(jiān)測(cè)阻性電流值，以此分析MOA運(yùn)行狀態(tài)的方法。

2.4斷路器的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)

斷路器的重要原件是其操作線圈，使用各種測(cè)量電流的傳感器，可以對(duì)其操作線圈中形成的電流波形進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，再通過(guò)對(duì)波形變化數(shù)據(jù)的分析與解讀，分析出斷路器的運(yùn)行故障。

而斷路器觸頭的磨損狀況監(jiān)測(cè)，則需要監(jiān)測(cè)12T的積累量，由于電流是由互感器的二次側(cè)決定，時(shí)間是由開(kāi)關(guān)輔助接點(diǎn)的動(dòng)作時(shí)間決定的。其監(jiān)測(cè)主操作桿的機(jī)械負(fù)載情況，則是由開(kāi)關(guān)剛分與剛合還有接觸壓力、連桿斷裂、松動(dòng)、卡死、設(shè)備負(fù)載特性等各個(gè)機(jī)構(gòu)的輸出特性來(lái)反映其設(shè)備的真實(shí)性能。

當(dāng)前斷路器在線監(jiān)測(cè)有三樣主要的方法：一是記錄斷路器分合閘操作行程——時(shí)間特性曲線，將其機(jī)械運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行提取，從而監(jiān)控其操作運(yùn)動(dòng)特性，以此來(lái)對(duì)其中存在的機(jī)械故障進(jìn)行判斷；二是對(duì)操作線圈中的電流及其電壓波形進(jìn)行監(jiān)測(cè)，有利于對(duì)拒動(dòng)和誤動(dòng)等機(jī)械故障進(jìn)行判斷；三是斷路器在運(yùn)行中，會(huì)產(chǎn)生一些機(jī)械振動(dòng)的信號(hào)，其含有比較豐富的信息，可以對(duì)其進(jìn)行體外監(jiān)測(cè)，對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分析，從而對(duì)高壓開(kāi)關(guān)機(jī)械系統(tǒng)的相應(yīng)狀態(tài)進(jìn)行有效診斷。

2.5電能質(zhì)量的監(jiān)測(cè)

目前，電能質(zhì)量類型的在線監(jiān)測(cè)工作主要目標(biāo)是：對(duì)不同種類的電能質(zhì)量的指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)更新與測(cè)量，通過(guò)數(shù)據(jù)的采集，對(duì)于電力系統(tǒng)運(yùn)行狀況進(jìn)行觀察和記錄，并進(jìn)行科學(xué)的動(dòng)態(tài)分析工作；綜合每個(gè)監(jiān)測(cè)到的指標(biāo)特征，對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行分層監(jiān)測(cè)；準(zhǔn)確識(shí)別與提取各種監(jiān)測(cè)信息，并對(duì)其進(jìn)行理性分析。

3結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著電力技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，在線監(jiān)測(cè)技術(shù)作為一種新型的監(jiān)測(cè)手段，也逐漸應(yīng)用到變電維修中，可以極大地提高變電檢修的效果以及變電站的智能程度和穩(wěn)定程度，其應(yīng)用具有十分重要的作用和意義。

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