智能化變電站在線監(jiān)測技術

摘要：本文主要介紹了智能變電所中所應用的在不影響設備運行的條件下，利用變壓器在線監(jiān)測、GIS在線監(jiān)測、避雷器在線監(jiān)測等在線監(jiān)測技術，實現(xiàn)對全所電氣設備進行數(shù)據(jù)采集、實時顯示、診斷分析、故障報警和參數(shù)設置。并指出了該技術今后的發(fā)展方向。以220kV云會智能變電站為例。

關鍵詞：變壓器在線監(jiān)測；GIS在線監(jiān)測；避雷器在線監(jiān)測；

中圖分類號:TM764 文獻標識碼：A文章編號：1674-098X(2012)03(B)-0000-00

0 引言

智能化變電站是智能電網(wǎng)建設的重要組成部分，是變電站自動化發(fā)展的一個重要方向。智能化變電站采用低功率、緊湊型的電子式電壓、電流互感器代替常規(guī)的CT和PT，采用智能斷路器和智能電子裝置等先進設備，利用高速光纖以太網(wǎng)構成變電站數(shù)據(jù)采集及傳輸系統(tǒng)，實現(xiàn)基于IEC61850標準的統(tǒng)一信息建模，達到智能設備間信息共享和互操作的變電站。在變電站高壓設備裝設在線監(jiān)測系統(tǒng)，就能夠做到對已經(jīng)發(fā)生、正在發(fā)生或可能發(fā)生的故障進行分析、判斷和預報，明確故障的性質(zhì)、類型、程度、原因，指出故障發(fā)生和發(fā)展的趨勢及后果，提出控制故障發(fā)展和消除故障的有效對策避免被監(jiān)測設備事故發(fā)生，保證設備安全、可靠、正常運行。[1]

在線監(jiān)測系統(tǒng)經(jīng)過數(shù)十年的研究，已經(jīng)呈現(xiàn)出快速發(fā)展的趨勢，部分成熟產(chǎn)品正逐漸在電網(wǎng)中推廣和應用，并涵蓋了主要的電氣設備。在線監(jiān)測系統(tǒng)不但本身故障少，而且能夠及時準確地發(fā)現(xiàn)變電站內(nèi)主設備的缺陷，為設備的安全穩(wěn)定運行發(fā)揮了積極作用。[2]

1 220kV云會變電站在線監(jiān)測系統(tǒng)配置

220kV云會智能變電站在線監(jiān)測系統(tǒng)采用分層分布式結構，由現(xiàn)場監(jiān)測單元、系統(tǒng)服務器和客戶端3大部分組成。

1.1 全站在線監(jiān)測整體配置

（1）#1、#2主變壓器配置末屏電流傳感器在線監(jiān)測，油色譜（含微水）在線監(jiān)測，鐵芯接地在線監(jiān)測，溫度及負荷在線監(jiān)測各一套。

（2）220kV斷路器、110kV斷路器和35kV斷路器安裝氣體密度，微水傳感器在線監(jiān)測，PT電壓檢測。220kV斷路器狀態(tài)監(jiān)測安裝于220kVGIS在線監(jiān)測智能組件柜，110kV、35kV斷路器狀態(tài)監(jiān)測安裝于110kVGIS在線監(jiān)測智能組件柜。

（3）每組避雷器在線監(jiān)測傳感器（有線），全站避雷器配置3組監(jiān)測IED，對應監(jiān)測220kV、110kV和35kV避雷器，每組避雷器狀態(tài)監(jiān)測傳感器通過有線傳輸至相應的避雷器狀態(tài)監(jiān)測單元。

（4）全站配置一套統(tǒng)一的狀態(tài)監(jiān)測后臺分析軟件，內(nèi)嵌于全站一體化信息平臺，用于變電站內(nèi)各個設備的狀態(tài)監(jiān)測及數(shù)據(jù)分析。

1.2 現(xiàn)場監(jiān)測單元配置

（1）變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測。每臺變壓器配置6組組分油中溶解氣體進行在線監(jiān)測及分析，氣體組分包括H2、CO、CO2、CH4、C2H4、C2H2、C2H6、H2O。

（2）變壓器套管絕緣在線監(jiān)測。每臺變壓器配置2個末屏電流傳感器，監(jiān)測高壓套管的末屏電流，介質(zhì)損耗和等效電容量。

（3）變壓器鐵芯接地電流在線監(jiān)測。每臺變壓器配置1個電流傳感器，監(jiān)測鐵芯接地電流量。

（4）GIS在線監(jiān)測。每一個GIS氣室配置一個SF6氣體監(jiān)測探頭，監(jiān)測GIS設備氣室內(nèi)SF6氣體的溫度、壓力和微水含量。

（5）避雷器在線監(jiān)測。每臺斷路器配置1臺泄露電流傳感器，監(jiān)測避雷器在工頻電壓的作用下從內(nèi)部和外部向大地流過微小的泄漏電流。

1.3 系統(tǒng)服務器

全站配置1臺系統(tǒng)服務器。系統(tǒng)服務器具有數(shù)據(jù)采集存儲、IEC61850數(shù)據(jù)接口通信、單元配置、故障報警、故障診斷和WEB服務器等功能。系統(tǒng)服務器控制和管理各監(jiān)測單元并采集、存儲在線監(jiān)測數(shù)據(jù)，對電力設備的運行狀況進行評價和分析，并對有關數(shù)據(jù)進行融合，建立電力設備運行與檢修管理數(shù)據(jù)中心。在線監(jiān)測系統(tǒng)服務器可以IEC61850規(guī)約與變電站自動化管理系統(tǒng)進行通訊，可向其提供所需的設備在線監(jiān)測數(shù)據(jù)。

1.4 客戶端

全站配置一套客戶端。客戶端具有監(jiān)測數(shù)據(jù)瀏覽查詢、趨勢分析、報警、數(shù)據(jù)導出、數(shù)據(jù)備份恢復、報表打印等功能。在基于WEB頁面的監(jiān)控平臺下，用戶可對電力設備的綜合狀態(tài)進行遠程實時在線監(jiān)測和診斷，制定維護和檢修策略。[3]

2 220kV云會變電站在線監(jiān)測系統(tǒng)結構

220kV云會智能變電站選用寧波理工監(jiān)測科技股份有限公司的MDS4000輸變電設備狀態(tài)監(jiān)測與評估系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由站控層信息一體化平臺和設備層MDD3000系列智能組件柜組成，MDS4000系統(tǒng)設備層包括MDD3000T變壓器智能組件、MDD3000G GIS監(jiān)測組件和MDD3000N避雷器監(jiān)測智能組件。

2.1 MDD3000T變壓器智能組件

MDD3000T變壓器智能在線監(jiān)測組件是變壓器的智能化裝置，主要由iMGA2020油中氣體微水監(jiān)測IED、iIMM2020變壓器套管絕緣IED、iOCM2020工況監(jiān)測IED以及各種傳感器組成。

iMGA2020油中氣體微水監(jiān)測IED是將變壓器本體油經(jīng)循環(huán)管路循環(huán)并進入脫氣裝置，再由脫氣裝置進入分析儀，經(jīng)數(shù)據(jù)處理打印出可燃氣體等的譜圖及含量值，運用改良三比值法、大衛(wèi)三角形法、立方體圖示法進行變壓器油中的溶解氣體的數(shù)據(jù)分析，提前發(fā)現(xiàn)變壓器過熱或絕緣故障。

iIMM2020變壓器套管絕緣IED是監(jiān)測高壓套管的末屏電流、介質(zhì)損耗和等效電容，反映套管的絕緣狀況變化和發(fā)展趨勢，為變壓器高壓套管在長期運行中因污穢、化學腐蝕、電閃、發(fā)熱、機械力等環(huán)境條件變化的影響，絕緣性能逐漸下降，并可能導致的嚴重缺陷做出判斷，通過對上述監(jiān)測量的同類設備的橫向比較、同一設備的縱向比較來進行套管絕緣分析，進而為狀態(tài)檢修提供可信賴的判據(jù)。

iOCM2020工況監(jiān)測IED采集變壓器的鐵芯接地電流和油溫等變壓器工況信息，來發(fā)現(xiàn)箱體內(nèi)異物、內(nèi)部絕緣受潮和損傷、油箱沉積油泥、鐵芯多點接地等類型的故障。從而及早的發(fā)現(xiàn)隱患，提出預警，避免事故的發(fā)生。

2.2 MDD3000G GIS監(jiān)測組件

MDD3000G在線監(jiān)測系統(tǒng)是在線動態(tài)的綜合型GIS故障診斷系統(tǒng)，由在線監(jiān)測和故障診斷兩大部分組成。主要包括iPDM2020G局部放電監(jiān)測IED、iIEM2020A SF6密度微水監(jiān)測IED、光纖交換機等。

在線監(jiān)測部分包括GIS局部放電監(jiān)測，220kV GIS 45個氣室、110kV GIS 32個氣室的SF6氣體溫度、壓力及微水含量監(jiān)測，以及GIS氣室中SF6氣體的泄露報警等基本單元。

故障診斷部分包括故障有無判斷模塊、故障定性與定位診斷模塊、故障嚴重程度與發(fā)展趨勢分析模塊、故障危害性評估模塊和維修策略模塊。

iPDM2020G局部放電監(jiān)測IED是通過安裝于GIS檢修孔處的超高頻信號（UHF）傳感器檢測GIS內(nèi)部局部放電激發(fā)的電磁波信號，進過RF濾波、射頻前置放大器和檢波器后，經(jīng)由高速數(shù)據(jù)采集模塊進行同步采樣、采用小波分析等數(shù)字處理技術，完成對局部放電信息的二維、三維放電特征圖譜分析。

iIEM2020A SF6密度微水監(jiān)測IED能夠以高于國家標準的測量精度，長期在線監(jiān)測斷路器和GIS等高壓電器設備的SF6氣體溫度、壓力和微水含量及其變化趨勢，能在SF6氣體有關指標出現(xiàn)變化時，給出變化趨勢曲線，有關指標達到報警狀態(tài)時，自動報警或啟動報警裝置，當有關指標達到危險狀況時，自動報到或啟動閉鎖裝置，禁止斷路器動作，以保障設備和變電站整套系統(tǒng)的安全。

2.3 MDD3000N避雷器智能組件

云會變電站全站采用兩套iMOA2020避雷器監(jiān)測IED，現(xiàn)場監(jiān)測38只傳感器安裝在避雷器本體，IED就近安裝在相近區(qū)域的智能組件柜中。

iMOA2020避雷器監(jiān)測IED采用基波法測量氧化鋅避雷器的泄漏電流的全電流、阻性電流來實現(xiàn)動態(tài)監(jiān)測避雷器的絕緣狀況以及避雷器的動作次數(shù)，在通過橫向縱向比較、診斷、預警，從而實現(xiàn)避雷器絕緣狀態(tài)的在線監(jiān)測，經(jīng)過處理后的結果數(shù)據(jù)和設備狀態(tài)通過光纖以太網(wǎng)上傳至主IED和站控層服務器。

3 發(fā)展趨勢

（1）傳感器。在線監(jiān)測能否滿足實際的要求，主要取決于傳感器的抗電磁干擾能力。因此，傳感器技術是在線監(jiān)測的關鍵。因此今后對傳感器在高電位、強磁場的環(huán)境下的抗干擾能力的研究會成為在線監(jiān)測設備研究的一個方向。[4]

（2）對如何根據(jù)檢測到的數(shù)據(jù)作出相應的判斷，以及對新的更有效的檢測項目和檢測方法等方面的基礎研究將得到進一步加強。積累運行經(jīng)驗和測試數(shù)據(jù)，尋找變化規(guī)律，結合停電試驗數(shù)據(jù)，研究制定設備狀態(tài)、壽命評估的標準和方法，逐步達到狀態(tài)檢修的目的。[5]

（3）此外，系統(tǒng)的標準化問題、狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的技術標準、智能分析系統(tǒng)的開發(fā)、設備狀態(tài)評估標準和狀態(tài)檢修的應用等，都是今后要研究的重要問題。

4 結語

本文主要介紹了220kV云會智能變電站應用的在線監(jiān)測技術的總體結構和系統(tǒng)配置。這些在線監(jiān)測系統(tǒng)大都針對變電站的主要設備，其監(jiān)測結果對指導變電站狀態(tài)檢修、防止主設備故障及人身事故產(chǎn)生了重要作用，帶來的經(jīng)濟效應是相當可觀的。

參考文獻

［1］劉昱，許玉香，于崢，尚勇．750 kV智能化變電站在線監(jiān)測系統(tǒng)配置．電網(wǎng)清潔能源，Power System and Clean Energy2010，26(2)．

［2］郭凱軍，孫 波，郭碧翔．變電所電氣設備在線監(jiān)測．中國電力教育2010．

［3］周科峰．變電設備在線監(jiān)測與故障診斷技術．江西電力，2009．

［4］蘇鵬聲．對智能電網(wǎng)電力系統(tǒng)主設備在線監(jiān)測現(xiàn)狀和發(fā)展的幾點看法．電力儀器儀表產(chǎn)品選用年鑒，2010-2011：57．

［5］戴賢哲．變電設備在線監(jiān)測技術與應用科協(xié)論壇． 2011，9．