變電站在線監測系統運行現狀及其實用化改造

劉哲+安會+郭小燕+閆佳文

一、變電站在線監測系統概述

隨著變電站大規模的建設和電力系統電壓等級的提高，對電網安全穩定運行的要求日益提高，因此，變電站在線監測系統成為了電網發展的必然趨勢。但實際變電站在運行的在線監測裝置并沒完全發揮其應有的效果，一些關鍵問題亟待解決，本文以某供電公司220kV變電站在線監測系統為依據，分析在線監測系統的優勢與目前存在的突出問題[1]。

二、220kV變電站在線監測系統

220kV變電站于2011年12月建成投運，是國內較早投運的220kV智能變電站，共220kV、110kV、10kV三個電壓等級，其中220kV、110kV電壓等級為室內SF6封閉式組合電器布置，在線監測系統的廣泛應用是該變電站重要技術特征之一。

該變電站在線監測系統主要包括變壓器油色譜在線監測、SF6氣體在線監測、開關柜光纖測溫、避雷器全電流監測等部分。一次設備狀態參數的傳輸采用分布式光纖系統，通過傳感器采集信號、經信息采集單元（IED）收集，通過光纖傳入后臺主機，經綜合數據網上傳至省公司信息中心，一線生產人員可通過PMS生產管理系統的狀態監測項目欄查看被監測設備狀態及運行參數。

三、在線監測系統的結構

該變電站的在線監測系統的呈金字塔結構，監測裝置的傳感器位于最下層，負責采集一次設備的相關數據，信息采集單元（IED）位于第二層，該設備布置在組合電器的匯控柜內部，負責收集、初步整理數據，并將數據上傳至主控室后臺監控主機，最后經綜合數據網上傳至PMS生產管理系統。

四、在線監測系統的工作原理

1、電網設備狀態參數的收集

（1）變壓器油色譜監測裝置

該變電站共兩臺220kV變壓器，分別設置了獨立的油色譜在線監測裝置，通過強制油循環的方式，將變壓器油傳送至真空脫氣裝置，將產生的甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、氫氣、水分通過高純氮氣傳送至色譜柱，色譜柱將分析結果傳入信息采集單元IED，信息采集單元（IED）將監測結果上傳至后臺監控主機。

（2）SF6氣體監測裝置

該變電站220kV與110kV組合電器共133個氣室裝有SF6氣體監測裝置，監測SF6氣體的微水含量、密度、壓力等項目，采用目前較流行的阻容法測量SF6氣體相關參數，當SF6氣體微水含量增大時，氣體的介電系數首先發生變化，導致傳感器內置監測單元的電容量發生變化，通過計算電容量，同時通過溫度補償計算，得出準確的結果，經信息采集單元（IED）上傳至后臺監控主機。

（3）避雷器泄露電流監測裝置

該變電站避雷器在線監測裝置只監測避雷器的全電流與雷擊次數，沒有對阻性電流進行監測。其監測原理是通過傳感器在避雷器計數器引線部位監測電流的大小，通過信息采集單元（IED）上傳至后臺監控主機，需注意的是同一間隔的避雷器與SF6氣體監測裝置共同使用一組信息采集單元（IED）。

（4）開關柜光纖測溫監測裝置

該變電站的10kV開關柜采用光纖測溫的原理，將光纖探頭布置在開關柜內易發熱的部位，當溫度發生變化時，光纖內部SiO2分子發生變化，造成相應的光柵發生變化，反射光的波長發生相應變化，從而換算為溫度，達到監測目的。

2、信息收集與信號傳輸

數據上傳至設備附近的信息采集單元（IED），經初步整理后通過光纖上傳至后臺監控主機，后臺監控主機位于保護室，后臺監控主機通過普通的雙絞線，將信息傳至綜合數據網屏內的服務器，最終與PMS生產管理系統對接。

五、在線監測系統目前存在的突出問題

該變電站在線監測系統的監測項目共包含變壓器、SF6氣體、避雷器、開關柜4大類，其中SF6氣體監測傳感器運行中損壞最多，變壓器油色譜在線監測裝置運行較穩定，監測數據與離線測試吻合。

目前存在的突出問題為：

（1）在線監測系統初期施工安裝不到位

主要表現在運行中監測裝置的設計缺陷，例如：SF6氣體監測裝置運行時，斷路器分合閘時的震動，造成RS485信號線從固定螺母中脫落，造成數據無法上傳至匯控柜中的信息采集單元（IED）。由于RS485信號線為多股銅線通過螺母與墊片壓緊的方式固定在傳感器尾部，在收到較大震動時，易造成脫落。

（2）廠家設計與技術問題

主要表現在信號受干擾，上傳數據不準確。例如：

（a）避雷器在線監測裝置在運行中，出現上傳數據亂碼的錯誤，其原因是避雷器泄漏電流監測傳感器的電源線與信號線排列較近，信號受干擾，造成數據上傳錯誤。

（b）在線監測后臺主機運行不穩定，出現卡頓、死機等故障。由于監測裝置實時上傳數據，后臺主機計算量較大，造成后期運算速度較慢。

（c）SF6氣體監測傳感器內部的電路板多次損壞。

（d）該變電站站3號變壓器油色譜在線監測的信息采集單元（IED）電源模塊損壞。

六、實用化改進建議與應用前景

1、在線監測系統實用化改進建議：

（1）現場物理裝置的設計要考慮設備運行環境。

在線監測裝置的設計與安裝應考慮與一次設備同等情況的運行環境，首先應有較高的抗電磁干擾能力，其次在惡劣的自然環境下仍能可靠工作，如在風雨雪天氣、夏季高溫炙熱的環境下，仍能實時上傳準確的數據。

（2）裝置的設計、安裝位置要考慮后期調試、更換方便。

在線監測裝置主要有電子元件、通信裝置組成，與一次設備相比，容易發生故障，甚至損壞，因此在設計初期，就應考慮后期維護更換事宜。

（3）后診斷與報警模塊要符合一線生產的實際應用。

當前在線監測裝置主要通過PMS生產管理系統將數據上報至一線生產人員，然而PMS對在線監測模塊并未進行系統的整合，只是簡單的羅列出變電站上傳的數據，未形成有效的預警系統，造成在線監測系統未能發揮其時效性。

2、在線監測系統的應用前景：

隨著傳感器和通信技術的發展，在線監測系統更加趨于集成化，隨著變電站無人值守與狀態檢修策略的推廣，降低運維檢修成本，保證電網經濟運行，已成為當前電網的發展趨勢。在線監測系統為電網運行及設備檢修提供第一手的狀態參數和判斷依據，電網設備在線監測便成為了第一道防線，在線監測系統必將成為電網安全穩定運行的第一道防火墻。

參考文獻：

[1]黃新波.《變電設備在線監測與故障診斷》.中國電力出版社.