淺析變電站高壓設備在線監測系統設計

吳裕鋒 周鑫陽

摘 ?要：該文在簡述在線監測技術發展歷程的基礎上，結合過往變電站高壓設備在線監測系統設計中存在的主要問題，對現有試驗與診斷方法進行數字化改造，擬定安設全數字一體化智能監測單元，推動變電站在線監測系統的建設進程，以實現對變電站高壓設備絕緣性能多種狀態參數的動態化監測。實踐證明，該系統能明顯提升設備缺陷檢出的敏感度與有效性，加快高壓設備的安全運行進程。

關鍵詞：變電站;高壓設備;在線監測;系統設計

中圖分類號：TM63 ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

隨著國內電網現代化建設進程的持續推進，我國電網企業陸續加強高壓設備在線監測工作。有調查資料表明，對于電力變壓器、互感器等高壓設備而言，絕緣失效是誘發設備故障的主要因素之一。加強對傳統試驗與診斷方法的調整、完善，是促進高壓設備運行狀態在線監測目標實現的基礎。該文在設計在線監測系統的過程中，以全數字智能監測單元為基礎，能精確、全面的監測高壓設備運行過程中的主要狀態指標。

1 在線監測技術發展

當下，在線監測已從監測單臺設備、單個屬性量發展至數臺、多類屬性量的監測，在網絡系統的支撐下采用分散式監測與集中化管理、診斷等形式，解決測量位點數目繁多、分布范圍寬廣、機監測與管理難度高等問題。針對變電站，尤其是設備類型繁多的變電站而言，其在運行過程中經常應用總線式數據傳導形式。采樣站建設通信電纜或光纖與上層系統間進行連接，能明顯減少信號電纜的投入量且成本低廉，但對戶外采集的抗干擾能力與運行可靠性提出較高要求。在“互聯網+”時代中，計算機設備耗用的成本減少，針對電力設備在線監測系統而言，其積極朝著分布式、多參數在線監測趨向發展，并呈現出設備早期故障的相關信息，把控運行設備緩緩變化的早期征兆。

2 傳統高壓設備在線監測系統設計存在的問題

過去，國內很多高壓設備在線監測系統的監測對象以變壓器鐵芯、CT及避雷器等為主，在具體應用過程中暴露出4個技術問題。1）介損檢測結果缺乏精確性、穩定性，重復性偏低。2）信號檢測、收集局部故障，例如傳感器、數據通信零部件效能喪失。3）抵御外界環境因素的能力偏低，環境溫度、濕度等客觀性因素會對檢測結果產生較明顯的影響。4）數據處理過程不完善，可能存在軟件遺失等情況。

3 高壓設備在線監測系統設計分析

3.1 設計原則

3.1.1 高端性

以現有功能先進的監測技術、網絡技術等為支撐，設計系統架構與功能，以確保完建后系統在較長時間內維持有效性，獲得最佳效益。

3.1.2 集成化

為解除傳統設備在線監測系統信息數據共享率偏低、運維難度較大等問題，建設標準化數據信息平臺，系統能實現對內部信息的統一、集成化管理，保證信息的互動性、共享性。

3.1.3 實用性

設計的監測系統一定要符合變電站生產的現實需求，保證數據分析結果的可參照性，進而為高壓設備運維方案的擬定提供可靠支撐。

3.1.4 可拓展性

對當下市面上在線監測裝置的多樣性進行分析，要盡量保證所設計的系統能迎合不同裝置接入的主觀需求。

3.2 系統架構

3.2.1 就地監測層

實質上就是在變電站現場適宜的位置安設各類狀態監測終端設備，進而能在線對電力設備運行狀態相關數據進行整體收集。

3.2.2 站內數據平臺

利用安裝在變電站內部的服務器、應用軟件等，達到動態化監測設備日運行狀態信息，暫時存儲與解析站內數據、數據互通與深度挖掘等作用。

3.3 技術特征

其技術特征主要包括4點。1）在一體化微處理技術的支撐下構建就地智能監測單元（FMU），其能保證變電站高壓設備運行過程中能承受強電磁干擾，微小信號測算處理的有效性，能全面、安穩的收集變電站現現場的信號源。2）利用分層分布式系統結構特點，確保FMU能依照變電站現場高壓設備的部署狀況就地安裝、就地進行數字化檢測，并以現場工業總線等為依托，保證信息的互通性，提升系統的拓展性。3）系統具備分析數據與診斷故障的功能，在向用戶反饋高壓設備運行狀態信息的同時，能對可能出現的故障做出預警提示。4）利用數據挖掘、信息整合等多種現代化技術，明顯提升了設備運行狀態評價與故障診斷結果的可靠性。

3.4 主要構成與功能

該次研究中選擇的目標監測對象是220 kV側及110 kV側高壓設備，主要分系統構成如下。

3.4.1 主變壓器的在線監測系統

3.4.1.1 鐵心監測單元

變電站現場共安置了3套功能完善的主變壓器貼心監測單元，其功能在于監測變壓器鐵心內接地電流的流通情況。

3.4.1.2 油色譜監測單元

該單元的設計是以強相色譜技術為基礎的，其能實現對變壓器內已發生溶解的多氣體成分進行在線監測，并依照預設周期在線檢測變壓器油內溶解的氫氣、一氧化碳、甲烷等氣體含量，并在專家系統的協助下較為精確的判斷系統是否存在潛在性障礙;能辨識故障類型，并依照事前設定好的報警值傳遞聲光報警信號。

3.4.2 局部放電超高頻在線監測單元

大量的研究表明，變壓器中局部放電形成的電磁波被超高頻傳感器接收后，能夠把放電信號轉換為電壓信號，繼而以同軸通信電纜為媒介傳輸至控制室信號調理單元，經調整后的放電信號被傳送到工業控制計算機中，進行數據采集、儲存等系列化處理，利用并行接口有效控制信號調理單元的運行狀態。

局部放電信號內含有大量的絕緣狀態信息，對局部放電信號進行檢測，能及時獲得變壓器絕緣材料老化信息，檢測出生產或安裝過程中存在的缺陷，明確絕緣故障類型與嚴重性，及時傳送出預警信息，保證檢修工作及時開展，將經濟損失降至最低水平。

3.4.3 容性設備的在線監測系統

主要監測的內容有互感器的介損、泄漏電流、電容量及避雷器的阻性電流等狀態屬性參數。

在理想的運行狀態下，避雷器的主要電流以容性電流為主，阻性電流占據的比例很小。如果材料變質或老化、避雷器受潮、內部絕緣零件結構磨損或表層結構嚴重污染時，容性電流指標通常不會產成較大波動，而阻性電流會明顯增加。因此，采用監測交流全電流及其對應的有功分量等指標，能夠較為全面地判斷出避雷器的絕緣狀態，進而為設備檢修工作的開展提供可靠依據。

3.4.4 斷路器的在線監測系統

監測的指標有三相電流、電壽命狀態及機械屬性等。利用觸頭累計損耗量模型，能實現對斷路器機械屬性與電壽命狀態的在線監測。斷路器設備的機械屬性有傳動機構和儲能電機狀態，前者監測的主要內容以分合閘磁鐵線圈的電流波形為主，后者的監測內容為日儲能頻次、單次儲能時間長等。利用在線監測系統監測斷路器運行狀態，能協助相關人員及時發現設備存在的機械故障隱患。

3.5 改造成果

對變電站高壓設備進行智能數字化改造后，斷路器運行故障發生率明顯降低，設備缺陷檢出敏感性與有效性同步提升，設備運行過程安穩性顯著提升。經周密性測算后發現，變電站現場每安設一套智能分析診斷系統，能減少檢修、維護資金98萬/年。

4 結語

對變電站高壓設備運行狀態監測系統進行數字化改造后，能更為全面地分析設備運行狀態、評估其性能指標。且數據管理系統的建設與使用，能在綜合數據平臺的支撐下，獲取設備運行狀態的有效信息，為檢修方案的擬定提供重要依據，協助變電站在運行期間獲得良好的經濟效益與社會效益。

參考文獻

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