智能變電站設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測

韓東升　馮艷麗

摘 要：隨著電力市場的發(fā)展，使越來越多的供電公司出現(xiàn)繼電保護(hù)設(shè)備校驗(yàn)工作量激增、繼電保護(hù)人員超負(fù)荷工作、繼電保護(hù)檢修成本增加等一系列問題出現(xiàn)，只有強(qiáng)化設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測設(shè)備配置，才能盡可能減少上述問題的發(fā)生。文章對智能變電站二次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測分類、原理及技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行分析與探討。

關(guān)鍵詞：智能變電站；二次設(shè)備；狀態(tài)監(jiān)測

引言

智能變電站狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)通過對全站關(guān)鍵一次設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，保存歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)，綜合實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)和歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)對一次設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評估分析，給出預(yù)警信息和診斷結(jié)果。目前我國智能變電站狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測的對象主要包含主變壓器、斷路器和GOS等高壓開關(guān)設(shè)備、金屬氧化物避雷器等性設(shè)備，監(jiān)測項(xiàng)目涵蓋油中溶解氣體監(jiān)測、主變壓器鐵芯接地電流監(jiān)測、容性設(shè)備介質(zhì)損耗監(jiān)測、局部放電監(jiān)測、SF6微水密度監(jiān)測、開關(guān)機(jī)械特性監(jiān)測等。智能變電站狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)是一個(gè)專業(yè)性強(qiáng)、覆蓋面廣、一二次電力設(shè)備技術(shù)結(jié)合緊密的監(jiān)測系統(tǒng)。

1 智能監(jiān)測系統(tǒng)分類

智能變電站狀態(tài)監(jiān)測由站控層設(shè)備、間隔層設(shè)備、過程層設(shè)備組成。過程層設(shè)備負(fù)責(zé)直接采集一次設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息，主要由各種傳感器設(shè)備組成；間隔層設(shè)備負(fù)責(zé)按間隔對設(shè)備匯集過程層設(shè)備采集的狀態(tài)信息并做初步診斷分析，將采集數(shù)據(jù)及診斷結(jié)果按變電站設(shè)備在線監(jiān)測II借口規(guī)范組織并上傳至站控層設(shè)備，主要包含各種一次設(shè)備智能組件和監(jiān)測IED；站控層設(shè)備負(fù)責(zé)匯集全站在線監(jiān)測數(shù)據(jù)及初步診斷結(jié)果，對站內(nèi)各一次設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行綜合診斷分析，給出檢修建議，并對監(jiān)測數(shù)據(jù)及分析結(jié)果進(jìn)行機(jī)組展示和歷史數(shù)據(jù)保存，供遠(yuǎn)方主站調(diào)用。

目前廣泛采用的在線監(jiān)測技術(shù)主要有：變壓器油中溶解氣體監(jiān)測；變壓器特高頻局部放電監(jiān)測；變壓器鐵芯接地電流監(jiān)測；GIS特高頻局部放電監(jiān)測；金屬氧化物避雷器絕緣監(jiān)測；斷路器機(jī)械特性監(jiān)測；SF6微水密度監(jiān)測。

2 關(guān)鍵設(shè)備功能原理及技術(shù)指標(biāo)

變壓器油中溶解氣體監(jiān)測的監(jiān)測原理：早期預(yù)測變壓器等充油電氣設(shè)備的內(nèi)部故障對安全供電、防止事故是極為重要的。在正常情況下，充油電氣設(shè)備內(nèi)的油、紙等絕緣材料在熱和電的作用下，會(huì)逐漸老化和分解，產(chǎn)生少量的烴類等氣體。若存在潛伏性過熱或放電等故障時(shí)，產(chǎn)生量會(huì)增加，產(chǎn)生的氣體種類會(huì)增多，這些氣體大部分會(huì)溶解于油中。通過對油中溶解氣體的成分及含量進(jìn)行分析，可以判斷推測出充油電氣設(shè)備內(nèi)部是否發(fā)生了故障以及發(fā)生故障的種類。

監(jiān)測油中溶解氣體的方法很多，現(xiàn)有監(jiān)測產(chǎn)品主要采用以下四種方法：（1）氣象色譜法。變壓器油中不同氣體成分在色譜柱固定相與流動(dòng)相間的分配系數(shù)不同，因此在流動(dòng)相載氣推動(dòng)下，各成分沿色譜柱運(yùn)動(dòng)的速度也就不同。（2）陳列式氣敏傳感器法。采用由多個(gè)氣敏傳感器組成的陳列，由于不用傳感器對不同氣體的敏感度不同，而氣體傳感器的交叉敏感是極其復(fù)雜的非線性關(guān)系，采用神經(jīng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行反復(fù)的離線訓(xùn)練可以建立各氣體成分濃度與傳感器陳列響應(yīng)的對應(yīng)關(guān)系，消除交叉敏感的影響，從而不需要對混合氣體進(jìn)行分離，能實(shí)現(xiàn)對各種氣體濃度的在線監(jiān)測。（3）紅外光譜法。根據(jù)氣體分子吸收紅外光的吸光度定律比耳定律，吸光度與氣體濃度以及光程具有線性關(guān)系。因此，由光譜掃描獲得吸光度并通過吸光度定律計(jì)算可得到氣體的濃度。（4）光聲光譜法。光聲光譜法監(jiān)測技術(shù)基于光聲效應(yīng)，即當(dāng)物質(zhì)受到周期性強(qiáng)度調(diào)制的光照射時(shí)，產(chǎn)生聲信號的現(xiàn)象。

特高頻局部放電監(jiān)測的監(jiān)測原理：局部放電是指絕緣結(jié)構(gòu)中由于電場分布不均勻，局部場強(qiáng)過高而導(dǎo)致的絕緣介質(zhì)中局部范圍內(nèi)的放電或擊穿現(xiàn)象。局部放電是造成絕緣劣化的主要原因，也是劣化的重要征兆。因此，對局部放電的在線監(jiān)測對于電流設(shè)備的安全運(yùn)行具有重要意義。局部放電的監(jiān)測以局部放電所產(chǎn)生的各種現(xiàn)象為依據(jù)，通過能表述該現(xiàn)象的物理量來表征局部放電的狀態(tài)及特性，由于局部放電的過程中會(huì)產(chǎn)生電脈沖、電磁輻射、超聲波、光以及一些化學(xué)生產(chǎn)物，并引起局部過熱，相應(yīng)地出現(xiàn)了脈沖電流法、特高頻法、超聲波法、光測法、化學(xué)監(jiān)測法等多種監(jiān)測方法。

容性設(shè)備在線監(jiān)測的監(jiān)測原理：電力系統(tǒng)中高壓容性設(shè)備是指某些絕緣結(jié)構(gòu)可視為一組串聯(lián)電容的設(shè)備，包括變壓器套管、電流互感器、耦合電容器等。容性設(shè)備數(shù)量在變電站中占較大比重，它們的絕緣是否良好直接關(guān)系到整個(gè)變電站能否安全運(yùn)行，因而對其絕緣進(jìn)行監(jiān)測具有重要意義。

避雷器監(jiān)測裝置的監(jiān)測量包括電流、阻性電流和雷擊記錄。變電站設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測范圍較廣，除監(jiān)測裝置外，常見的還包括變壓器套管絕緣在線監(jiān)測裝置、變壓器鐵芯接地監(jiān)測裝置、變壓器繞組測溫、斷路器機(jī)械特性監(jiān)測裝置、SF6環(huán)境在線監(jiān)測系統(tǒng)、開關(guān)柜溫度監(jiān)測裝置等。

3 狀態(tài)監(jiān)測綜合應(yīng)用服務(wù)器

狀態(tài)監(jiān)測綜合應(yīng)用服務(wù)器對外提供統(tǒng)一的基于IEC 61850的通信接口，對各種在線監(jiān)測裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理、分析、保存和診斷，并將信息上送到調(diào)度。綜合應(yīng)用服務(wù)器軟件主要功能包括使用IEC 61850介入各類監(jiān)測數(shù)據(jù)；對變壓器的監(jiān)測數(shù)據(jù)，如氣體含量、局部放電、套管介質(zhì)損耗、鐵芯電流等進(jìn)行綜合狀態(tài)診斷；電流互感器、電壓互感器等設(shè)備的絕緣診斷；根據(jù)監(jiān)測的泄露電流，阻性電流等進(jìn)行狀態(tài)診斷；對監(jiān)測到的開斷電流、分合閘線圈電流、行程等進(jìn)行狀態(tài)診斷；提供各類數(shù)據(jù)查看、分析、診斷等。

在新一代智能變電站中，綜合服務(wù)器除對一次設(shè)備進(jìn)行在線監(jiān)測數(shù)據(jù)接收和處理外，還要接收過程層二次設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過SNMP接收過程層網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息，通過動(dòng)態(tài)記錄裝置接收保護(hù)裝置的狀態(tài)診斷結(jié)果等。

4 二次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測發(fā)展的必然性

隨著智能變電站工程建設(shè)不斷推進(jìn)，設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測領(lǐng)域內(nèi)凸顯一些需要解決的問題：狀態(tài)監(jiān)測功能的集成度和一體化水平不高，部分功能雖然得到整合，但是數(shù)據(jù)未得到重復(fù)融合和利用；裝置硬件屏體不統(tǒng)一，通用性差，設(shè)計(jì)不規(guī)范，限制了進(jìn)一步提供系統(tǒng)的可靠性和適應(yīng)性；裝置可靠性差、誤報(bào)率高，投入生產(chǎn)效應(yīng)比較差；一次和二次之間的信息交互動(dòng)較弱等。

為提高智能化變電站整體技術(shù)水平，滿足新一代智能變電站建設(shè)要求，增強(qiáng)市場的競爭力并支撐智能變電站電網(wǎng)的發(fā)展，必須切實(shí)提高智能變電站設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測裝置的功能集成度、可靠性和穩(wěn)定性，并通過綜合分析多種監(jiān)測數(shù)據(jù)，減少報(bào)誤率。因此，面向?qū)ο蟮娜皵?shù)據(jù)監(jiān)測及綜合診斷評估將成為智能變電站設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)未來的發(fā)展方向。另外，充分利用狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)與監(jiān)測系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)、安防系統(tǒng)有效互動(dòng)，也將成為智能變電站設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)發(fā)展的趨勢。

5 結(jié)束語

變電站二次設(shè)備狀態(tài)檢修是強(qiáng)化變電設(shè)備安全管理及電網(wǎng)可靠性運(yùn)行的重要舉措。也是智能變電站發(fā)展的必然趨勢。在電力系統(tǒng)設(shè)備中，不僅要重視一次設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測，二次設(shè)備也同樣需要進(jìn)行全面的狀態(tài)監(jiān)測，這樣才能保證智能變電站的安全和效率。

參考文獻(xiàn)

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[2]琚軍，施中郎，賴秀炎，等.關(guān)于二次設(shè)備狀態(tài)檢修若干問題的探討[J].浙江電力，2010，12.

作者簡介：韓東升（1980-），男，漢族，河南鄢陵人，助理工程師，從事電力工程監(jiān)理工作。

馮艷麗（1982-），女，漢族，河南項(xiàng)城人，工程師，從事工程設(shè)計(jì)工作。