HVM2000在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在發(fā)電廠的應(yīng)用

王 新

（臺(tái)州發(fā)電廠，浙江 臺(tái)州 31800）

臺(tái)州發(fā)電廠一至三期共6臺(tái)機(jī)組，有110 kV、220 kV升壓站各1座，已運(yùn)行20多年，部分主要電氣設(shè)備絕緣狀況有所下降，存在一定安全隱患。在加強(qiáng)技術(shù)改造的同時(shí)，為了彌補(bǔ)定期預(yù)防性試驗(yàn)的不足，于2005年投入運(yùn)行了HVM2000智能型變電站絕緣狀態(tài)監(jiān)測(cè)及診斷系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)HVM2000系統(tǒng)），使在線(xiàn)監(jiān)測(cè)和預(yù)防性試驗(yàn)相結(jié)合，保證設(shè)備安全可靠運(yùn)行。由于近年來(lái)預(yù)防性試驗(yàn)周期相對(duì)延長(zhǎng)，在線(xiàn)監(jiān)測(cè)工作的開(kāi)展也為設(shè)備的狀態(tài)檢修積累了經(jīng)驗(yàn)和參考依據(jù)。

1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

由于一至三期主要電氣設(shè)備數(shù)量眾多，HVM2000系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)主要針對(duì)運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)的設(shè)備，包括：6臺(tái)220 kV主變、8組220 kV油紙電容型電流互感器（TA）、11組110 kV和220 kV氧化鋅避雷器（MOA）、4組110 kV和220 kV電壓互感器（TV）等，列入在線(xiàn)監(jiān)測(cè)范圍。

HVM2000系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，利用DSP技術(shù)實(shí)現(xiàn)每組設(shè)備絕緣參數(shù)就地?cái)?shù)字化采集，并引入?yún)⒖枷鄿y(cè)量方法，使系統(tǒng)的抗干擾性、測(cè)量的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性得到保證。該系統(tǒng)包含三部分：遠(yuǎn)方管理層、控制層（CMU）和就地智能監(jiān)測(cè)單元（FMU）。加上環(huán)境監(jiān)測(cè)單元，該系統(tǒng)共安裝了38臺(tái)FMU系列智能就地監(jiān)測(cè)單元，具體監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及功能見(jiàn)表1。

表1 在線(xiàn)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

在線(xiàn)監(jiān)測(cè)具有長(zhǎng)期連續(xù)記錄數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)，既能顯示數(shù)據(jù)突變情況，也能反映長(zhǎng)期的變化趨勢(shì)。受現(xiàn)場(chǎng)諸多因素影響，部分在線(xiàn)數(shù)據(jù)中不可避免地含有隨機(jī)性、離散性成份。通過(guò)分析比較長(zhǎng)期積累的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)具有穩(wěn)定性、規(guī)律性的特征，有助于比較客觀地了解、掌握設(shè)備運(yùn)行中絕緣狀況，保證設(shè)備安全可靠運(yùn)行。

2 電容型設(shè)備的監(jiān)測(cè)

對(duì)于體積較小、內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單的TA、套管等電容型設(shè)備，其介損（tgδ）和電容量能夠反映出內(nèi)部的潛在缺陷。根據(jù)16組電容型設(shè)備數(shù)據(jù)可知，電容量的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)十分穩(wěn)定，波動(dòng)極小。表2為2007、2008年3號(hào)主變和6號(hào)主變220 kV TA的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)電容量，按每相TA全年的平均、最大和最小值分別統(tǒng)計(jì)，其中的最大差值不超過(guò)電容量的0.3%。

實(shí)際運(yùn)行情況表明，受現(xiàn)場(chǎng)諸多因素制約，在線(xiàn)精確測(cè)量介損比較困難。雖然介損在線(xiàn)監(jiān)測(cè)與停電預(yù)試有差別，但在線(xiàn)測(cè)量能反映設(shè)備運(yùn)行時(shí)的實(shí)際絕緣狀況。

圖1為某220 kV聯(lián)絡(luò)一線(xiàn)TA、臺(tái)龍2353線(xiàn)TA、州澤2357線(xiàn)TA、3號(hào)主變220 kV TA共4組TA在2007年3月14-26日期間的A相介損記錄，其電壓同取自220 kV正母一段TV。數(shù)據(jù)曲線(xiàn)反映出這4組設(shè)備A相介損在相同的TV、電壓基準(zhǔn)、環(huán)境條件下所受影響十分近似。因此，在線(xiàn)介損數(shù)據(jù)分析應(yīng)結(jié)合采用相對(duì)比較法和趨勢(shì)分析法[1]。相對(duì)比較法就是要與同電壓基準(zhǔn)、同相、同類(lèi)型設(shè)備比較分析，盡量排除現(xiàn)場(chǎng)干擾因素；趨勢(shì)分析法既要看介損絕對(duì)值波動(dòng)，更要研究介損發(fā)展趨勢(shì)，全面、準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)設(shè)備絕緣狀況。

監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，正常工況下電容型設(shè)備的介損變化具有同步性和穩(wěn)定性，在相對(duì)長(zhǎng)期的變化趨勢(shì)上能正確反映設(shè)備的絕緣狀況。

3 MOA的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)

阻性電流是判斷MOA內(nèi)部絕緣狀況的重要參數(shù)，也是在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)。

圖1 4組設(shè)備A相TA介損變化趨勢(shì)

在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的MOA泄漏電流及阻性電流（Ir）變化趨勢(shì)通常較一致，且相間也按同一規(guī)律變化。晴好天氣時(shí)，所監(jiān)測(cè)的11組MOA的阻性電流占泄漏電流比率均低于20%，與此相對(duì)應(yīng)，MOA每年的停電預(yù)試結(jié)果均合格。

現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下，MOA泄漏電流會(huì)受到相間或相鄰帶電設(shè)備間雜散電容的干擾，耦合電流將改變泄漏電流的幅值和相角[2]，這在一定程度上將造成Ir的測(cè)量誤差?？紤]設(shè)備空間位置相對(duì)固定或距離較遠(yuǎn)，可認(rèn)為這種影響相對(duì)穩(wěn)定或較小。

3.1 系統(tǒng)電壓的影響

圖2 系統(tǒng)電壓與MOA阻性電流變化趨勢(shì)

表2 電容值統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

結(jié)合11組MOA的Ir監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，考察電壓波動(dòng)對(duì)Ir的影響。圖2反映天氣狀況變化相對(duì)較小時(shí)，系統(tǒng)電壓起伏對(duì)Ir產(chǎn)生的影響。由于系統(tǒng)電壓波動(dòng)范圍較窄，對(duì)Ir的影響相對(duì)較小。當(dāng)系統(tǒng)電壓波動(dòng)明顯時(shí)，會(huì)引起Ir的變化，但電壓并不是引起Ir變化的唯一原因。

圖 3（a）、（b）中 2 組曲線(xiàn)分別為 110 kV 正母避雷器和220 kV正母一段避雷器（一）的三相Ir，（c）、（d）曲線(xiàn)分別為污穢電流和環(huán)境濕度。宏觀上看，對(duì)Ir波動(dòng)影響最大的是環(huán)境濕度和瓷套表面的污穢電流，但濕度在雨天通常會(huì)有鈍化現(xiàn)象。因此從趨勢(shì)上分析，污穢電流與阻性電流最具有同步性。

圖3 MOA阻性電流與濕度和污穢電流關(guān)系圖

運(yùn)行中偶然出現(xiàn)的阻性電流和泄漏電流明顯偏小現(xiàn)象，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查均為并接在避雷器接地回路的端子接觸不良導(dǎo)致的分流引起，經(jīng)處理即恢復(fù)正常。

3.2 屏蔽環(huán)的影響

在110 kV副母避雷器A相底部瓷裙上加裝表面電流屏蔽環(huán)，用于污穢電流監(jiān)測(cè)，現(xiàn)用其進(jìn)行MOA阻性電流變化分析。圖4是2005年9月110 kV副母避雷器Ir變化趨勢(shì)，由于A相加裝了屏蔽環(huán)，其Ir數(shù)值及波動(dòng)幅度均相對(duì)較小。通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)，未加屏蔽環(huán)的其它間隔MOA三相間Ir差值穩(wěn)定且波動(dòng)一致。而110 kV副母避雷器A相與B、C相相比，Ir波動(dòng)幅度明顯小得多，屏蔽環(huán)對(duì)MOA表面污穢電流引起的阻性分量增加有明顯抑制作用。圖中2處尖峰是受9月1日臺(tái)風(fēng)泰利和9月11日臺(tái)風(fēng)卡努登陸影響，證明屏蔽環(huán)在潮濕環(huán)境下對(duì)消除表面電流干擾有明顯作用。

圖4 加裝屏蔽環(huán)MOA阻性電流變化趨勢(shì)

4 影響在線(xiàn)監(jiān)測(cè)結(jié)果的因素

影響在線(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的因素較多，如電壓基準(zhǔn)、相間和相鄰設(shè)備干擾、操作方式、運(yùn)行電壓及環(huán)境溫濕度等[3]。

在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的電壓基準(zhǔn)取自母線(xiàn)TV二次側(cè)，因此TV固有角差和二次負(fù)載變化對(duì)關(guān)聯(lián)設(shè)備數(shù)據(jù)測(cè)量的影響相同，不同設(shè)備相互間應(yīng)有可比性。

同組設(shè)備相間存在雜散電容干擾，但因相間位置固定而影響相對(duì)穩(wěn)定。

相鄰間隔設(shè)備若相距較遠(yuǎn)、電壓等級(jí)較低，則相互干擾較小。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，多數(shù)間隔無(wú)論運(yùn)行或停電，對(duì)其相鄰設(shè)備的介損、阻性電流等數(shù)據(jù)均無(wú)明顯影響。

而短時(shí)間的系統(tǒng)操作，或運(yùn)行方式、系統(tǒng)電壓基準(zhǔn)改變，均會(huì)導(dǎo)致關(guān)聯(lián)設(shè)備在線(xiàn)數(shù)據(jù)波動(dòng)，但不會(huì)影響其長(zhǎng)期趨勢(shì)。如圖5所示，因220 kV母線(xiàn)檢修需要，6號(hào)主變220 kV TA切換母線(xiàn)運(yùn)行，引起TA三相介損短時(shí)間內(nèi)發(fā)生明顯變化，原運(yùn)行方式恢復(fù)后，介損數(shù)據(jù)逐步趨于正常。

根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，影響電容型設(shè)備介損、MOA泄漏電流和阻性電流等在線(xiàn)數(shù)據(jù)的最顯著因素是環(huán)境濕度和污穢電流，而環(huán)境溫度的影響相對(duì)較小。如果排除陰雨天氣干擾，天氣晴好時(shí)升壓站內(nèi)瓷套表面的污穢電流、溫度、濕度相互關(guān)系見(jiàn)圖6（取自2006年12月2日11∶00-12月3日11∶00）。環(huán)境濕度與污穢電流變化趨勢(shì)一致，環(huán)境溫度與污穢電流趨勢(shì)相反。環(huán)境監(jiān)測(cè)記錄顯示，每天環(huán)境濕度變化有其周期性，最大值出現(xiàn)在早上5∶00～9∶00，最小值通常出現(xiàn)在下午14∶00～17∶00。這些規(guī)律有助于分析在線(xiàn)數(shù)據(jù)變化的原因。

圖5 運(yùn)行方式改變引起介損短期變化

圖6 溫度、濕度和污穢電流關(guān)系圖

5 數(shù)據(jù)交換功能開(kāi)發(fā)

2006年電廠PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)投入運(yùn)行后，為保證準(zhǔn)確、及時(shí)地向?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)送在線(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并有效利用相關(guān)的歷史數(shù)據(jù)，通過(guò)運(yùn)用OPC接口技術(shù)，開(kāi)發(fā)了OPC遠(yuǎn)程服務(wù)程序HVMOpc-Server，實(shí)現(xiàn)了在線(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與PI數(shù)據(jù)庫(kù)的對(duì)接。

HVMOpcServer在工控管理機(jī)上運(yùn)行，當(dāng)HVM2000系統(tǒng)運(yùn)行正常時(shí)，HVMOpcServer定時(shí)刷新數(shù)據(jù)。PI數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)接口程序OPCINT定時(shí)讀取在線(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并提交數(shù)據(jù)庫(kù)。

為與PI數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)信息數(shù)據(jù)相區(qū)分，將所提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行Tag標(biāo)簽點(diǎn)定義。每個(gè)Tagname共有三層含義，第一層為監(jiān)測(cè)單元類(lèi)型標(biāo)志，第二層為監(jiān)測(cè)單元地址，第三層為監(jiān)測(cè)參數(shù)名稱(chēng)。例如：C.25.Tg_A表示州澤2357 TA（地址為25）A相介損。此外對(duì)數(shù)據(jù)類(lèi)型（DataType）、標(biāo)簽值（Value）、更新標(biāo)簽的時(shí)間（TimeStamp）等數(shù)據(jù)屬性也進(jìn)行定義，并在PI服務(wù)器端完成建點(diǎn)和屬性配置工作。

這次接口系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)也是HVM2000系統(tǒng)首次與PI數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)合。為保證在線(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)共享，采用PI-ProcessBook、DataLink等工具軟件開(kāi)發(fā)PDI界面及相關(guān)報(bào)表，為客戶(hù)端提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)及其相關(guān)數(shù)據(jù)趨勢(shì)圖等。這種信息接入和互連模式較之傳統(tǒng)的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)客戶(hù)端瀏覽模式具有明顯優(yōu)勢(shì)，符合發(fā)電廠廠級(jí)信息監(jiān)控系統(tǒng)（SIS）的發(fā)展趨勢(shì)。

6 結(jié)語(yǔ)

HVM2000系統(tǒng)投入運(yùn)行后，經(jīng)受了廠站電磁干擾、高溫、臺(tái)風(fēng)及潮濕等不利條件考驗(yàn)，系統(tǒng)工作正常。運(yùn)行實(shí)踐表明，其提供的在線(xiàn)數(shù)據(jù)穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性較好。對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)一些難以排除的干擾因素，可運(yùn)用對(duì)比法和趨勢(shì)分析法來(lái)降低其影響，使在線(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)能夠比較客觀地反映被監(jiān)測(cè)設(shè)備的健康水平，HVM2000系統(tǒng)的應(yīng)用達(dá)到了預(yù)期目的。

[1] 史保壯，史軼華.高壓設(shè)備在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)條件的原則框架[J].高電壓技術(shù)，2005，31（6）∶24-26.

[2] 周文華，楊曉芳，徐青龍.氧化鋅避雷器阻性電流在線(xiàn)測(cè)試中的誤差分析[J].江蘇電機(jī)工程，2009，28（2）∶20-22.

[3] 史保壯.在線(xiàn)監(jiān)測(cè)電容型設(shè)備絕緣方法研究[J].高電壓技術(shù)，2002，28（4）∶24-25.