變電站在線監(jiān)測系統(tǒng)運行現(xiàn)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(jiān)測系統(tǒng)概述

隨著變電站大規(guī)模的建設(shè)和電力系統(tǒng)電壓等級的提高，對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的要求日益提高，因此，變電站在線監(jiān)測系統(tǒng)成為了電網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢。但實際變電站在運行的在線監(jiān)測裝置并沒完全發(fā)揮其應(yīng)有的效果，一些關(guān)鍵問題亟待解決，本文以某供電公司220kV變電站在線監(jiān)測系統(tǒng)為依據(jù)，分析在線監(jiān)測系統(tǒng)的優(yōu)勢與目前存在的突出問題[1]。

二、220kV變電站在線監(jiān)測系統(tǒng)

220kV變電站于2011年12月建成投運，是國內(nèi)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(nèi)SF6封閉式組合電器布置，在線監(jiān)測系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用是該變電站重要技術(shù)特征之一。

該變電站在線監(jiān)測系統(tǒng)主要包括變壓器油色譜在線監(jiān)測、SF6氣體在線監(jiān)測、開關(guān)柜光纖測溫、避雷器全電流監(jiān)測等部分。一次設(shè)備狀態(tài)參數(shù)的傳輸采用分布式光纖系統(tǒng)，通過傳感器采集信號、經(jīng)信息采集單元（IED）收集，通過光纖傳入后臺主機(jī)，經(jīng)綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)上傳至省公司信息中心，一線生產(chǎn)人員可通過PMS生產(chǎn)管理系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測項目欄查看被監(jiān)測設(shè)備狀態(tài)及運行參數(shù)。

三、在線監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

該變電站的在線監(jiān)測系統(tǒng)的呈金字塔結(jié)構(gòu)，監(jiān)測裝置的傳感器位于最下層，負(fù)責(zé)采集一次設(shè)備的相關(guān)數(shù)據(jù)，信息采集單元（IED）位于第二層，該設(shè)備布置在組合電器的匯控柜內(nèi)部，負(fù)責(zé)收集、初步整理數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)上傳至主控室后臺監(jiān)控主機(jī)，最后經(jīng)綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)上傳至PMS生產(chǎn)管理系統(tǒng)。

四、在線監(jiān)測系統(tǒng)的工作原理

1、電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)參數(shù)的收集

（1）變壓器油色譜監(jiān)測裝置

該變電站共兩臺220kV變壓器，分別設(shè)置了獨立的油色譜在線監(jiān)測裝置，通過強(qiáng)制油循環(huán)的方式，將變壓器油傳送至真空脫氣裝置，將產(chǎn)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(jié)果傳入信息采集單元IED，信息采集單元（IED）將監(jiān)測結(jié)果上傳至后臺監(jiān)控主機(jī)。

（2）SF6氣體監(jiān)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(jiān)測裝置，監(jiān)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(guān)參數(shù)，當(dāng)SF6氣體微水含量增大時，氣體的介電系數(shù)首先發(fā)生變化，導(dǎo)致傳感器內(nèi)置監(jiān)測單元的電容量發(fā)生變化，通過計算電容量，同時通過溫度補(bǔ)償計算，得出準(zhǔn)確的結(jié)果，經(jīng)信息采集單元（IED）上傳至后臺監(jiān)控主機(jī)。

（3）避雷器泄露電流監(jiān)測裝置

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

（4）開關(guān)柜光纖測溫監(jiān)測裝置

該變電站的10kV開關(guān)柜采用光纖測溫的原理，將光纖探頭布置在開關(guān)柜內(nèi)易發(fā)熱的部位，當(dāng)溫度發(fā)生變化時，光纖內(nèi)部SiO2分子發(fā)生變化，造成相應(yīng)的光柵發(fā)生變化，反射光的波長發(fā)生相應(yīng)變化，從而換算為溫度，達(dá)到監(jiān)測目的。

2、信息收集與信號傳輸

數(shù)據(jù)上傳至設(shè)備附近的信息采集單元（IED），經(jīng)初步整理后通過光纖上傳至后臺監(jiān)控主機(jī)，后臺監(jiān)控主機(jī)位于保護(hù)室，后臺監(jiān)控主機(jī)通過普通的雙絞線，將信息傳至綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)屏內(nèi)的服務(wù)器，最終與PMS生產(chǎn)管理系統(tǒng)對接。

五、在線監(jiān)測系統(tǒng)目前存在的突出問題

該變電站在線監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測項目共包含變壓器、SF6氣體、避雷器、開關(guān)柜4大類，其中SF6氣體監(jiān)測傳感器運行中損壞最多，變壓器油色譜在線監(jiān)測裝置運行較穩(wěn)定，監(jiān)測數(shù)據(jù)與離線測試吻合。

目前存在的突出問題為：

（1）在線監(jiān)測系統(tǒng)初期施工安裝不到位

主要表現(xiàn)在運行中監(jiān)測裝置的設(shè)計缺陷，例如：SF6氣體監(jiān)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(shù)據(jù)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(shè)計與技術(shù)問題

主要表現(xiàn)在信號受干擾，上傳數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。例如：

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

（b）在線監(jiān)測后臺主機(jī)運行不穩(wěn)定，出現(xiàn)卡頓、死機(jī)等故障。由于監(jiān)測裝置實時上傳數(shù)據(jù)，后臺主機(jī)計算量較大，造成后期運算速度較慢。

（c）SF6氣體監(jiān)測傳感器內(nèi)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(jiān)測的信息采集單元（IED）電源模塊損壞。

六、實用化改進(jìn)建議與應(yīng)用前景

1、在線監(jiān)測系統(tǒng)實用化改進(jìn)建議：

（1）現(xiàn)場物理裝置的設(shè)計要考慮設(shè)備運行環(huán)境。

在線監(jiān)測裝置的設(shè)計與安裝應(yīng)考慮與一次設(shè)備同等情況的運行環(huán)境，首先應(yīng)有較高的抗電磁干擾能力，其次在惡劣的自然環(huán)境下仍能可靠工作，如在風(fēng)雨雪天氣、夏季高溫炙熱的環(huán)境下，仍能實時上傳準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

（2）裝置的設(shè)計、安裝位置要考慮后期調(diào)試、更換方便。

在線監(jiān)測裝置主要有電子元件、通信裝置組成，與一次設(shè)備相比，容易發(fā)生故障，甚至損壞，因此在設(shè)計初期，就應(yīng)考慮后期維護(hù)更換事宜。

（3）后診斷與報警模塊要符合一線生產(chǎn)的實際應(yīng)用。

當(dāng)前在線監(jiān)測裝置主要通過PMS生產(chǎn)管理系統(tǒng)將數(shù)據(jù)上報至一線生產(chǎn)人員，然而PMS對在線監(jiān)測模塊并未進(jìn)行系統(tǒng)的整合，只是簡單的羅列出變電站上傳的數(shù)據(jù)，未形成有效的預(yù)警系統(tǒng)，造成在線監(jiān)測系統(tǒng)未能發(fā)揮其時效性。

2、在線監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用前景：

隨著傳感器和通信技術(shù)的發(fā)展，在線監(jiān)測系統(tǒng)更加趨于集成化，隨著變電站無人值守與狀態(tài)檢修策略的推廣，降低運維檢修成本，保證電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運行，已成為當(dāng)前電網(wǎng)的發(fā)展趨勢。在線監(jiān)測系統(tǒng)為電網(wǎng)運行及設(shè)備檢修提供第一手的狀態(tài)參數(shù)和判斷依據(jù)，電網(wǎng)設(shè)備在線監(jiān)測便成為了第一道防線，在線監(jiān)測系統(tǒng)必將成為電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的第一道防火墻。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃新波.《變電設(shè)備在線監(jiān)測與故障診斷》.中國電力出版社.