變電站電力設備狀態(tài)監(jiān)測技術分析

陶軍陳莉

（重慶市電力公司萬州供電局，重慶 404000）

1 變電站電力設備狀態(tài)監(jiān)測裝置

按照被監(jiān)測對象的不同，電力設備的狀態(tài)監(jiān)測裝置分為變電設備狀態(tài)監(jiān)測裝置、輸電線路狀態(tài)監(jiān)測裝置及電力電纜狀態(tài)監(jiān)測裝置。

1.1 變電設備狀態(tài)監(jiān)測裝置

目前常見的變電設備狀態(tài)監(jiān)測裝置主要有變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測裝置、變壓器局部放電檢測裝置、鐵心接地電流檢測裝置、電容型設備及金屬氧化物避雷器絕緣在線監(jiān)測裝置、GIS及SF6斷路器氣體壓力和濕度在線監(jiān)測裝置、GIS局部放電在線監(jiān)測裝置、GIS及SF。斷路器分合閘線圈電流在線監(jiān)測裝置等。

1.2 輸電線路狀態(tài)監(jiān)測裝置

較為成熟和廣泛應用的輸電線狀態(tài)檢測裝置主要有輸電線路氣象監(jiān)測裝置、導線溫度監(jiān)測裝置、微風振動監(jiān)測裝置、等值覆冰厚度監(jiān)測裝置、導線舞動監(jiān)測裝置、導線弧垂監(jiān)測裝置、風偏監(jiān)測裝置、現(xiàn)場污穢度監(jiān)測裝置、桿塔傾斜監(jiān)測裝置、圖像視頻監(jiān)控裝置等。

1.3 電力電纜狀態(tài)監(jiān)測裝置

電力電纜狀態(tài)監(jiān)測裝置主要為光纖測溫在線監(jiān)測裝置。

2 狀態(tài)監(jiān)測裝置檢測試驗

2.1 通用檢測試驗

電力設備狀態(tài)監(jiān)測裝置性能檢測試驗是為對監(jiān)測裝置滿足的功能情況進行檢測試驗。監(jiān)測裝置檢測試驗一般需要滿足以下幾方面需求：

（1）裝置基本功能檢驗

對裝置基本功能的檢驗試驗通常按照現(xiàn)場配置方案組成在線監(jiān)測系統(tǒng)，給監(jiān)測裝置通電，施加相應信號，分項檢驗在線監(jiān)測裝置是否具有監(jiān)測、數(shù)據(jù)記錄、報警、自診斷等功能。

（2）裝置電氣性能檢驗

對裝置電氣性能檢驗試驗主要是對裝置絕緣性特性、耐沖擊特性進行檢驗。變電設備狀態(tài)監(jiān)測裝置的電氣性能試驗主要按"GB／T7261繼電保護和安全自動裝置基本試驗方法"第19章的規(guī)定和方法進行絕緣電阻、介質(zhì)強度、沖擊電壓等試驗。輸電線路狀態(tài)監(jiān)測裝置根據(jù)檢測對象種類不同，一般進行可見電暈和無線電干擾試驗、短路電流沖擊試驗或雷電沖擊試驗。

（3）裝置電磁兼容性檢驗

對裝置電磁兼容性檢驗主要按照"GB／T17626電磁兼容試驗和測量技術"中的規(guī)定和方法進行靜電放電抗擾度、射頻電磁場輻射抗擾度、脈沖磁場抗擾度、工頻磁場抗擾度等抗擾度試驗。

（4）裝置環(huán)境適應性檢驗

裝置環(huán)境適應性檢驗主要按照"GB／T2423電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗"的規(guī)定和方法進行高溫、低溫、恒定濕熱、溫度變化、交變濕熱等試驗。

（5）裝置外殼及機械性能檢驗

裝置外殼及機械性能檢驗主要對裝置外觀、防護等級、振動、沖擊、碰撞、運輸?shù)冗M行檢查或試驗。

（6）裝置通信功能檢驗

裝置通信功能檢驗主要按照現(xiàn)場配置方案組成在線監(jiān)測系統(tǒng)，給監(jiān)測裝置通電，利用在線監(jiān)測裝置上位機通信軟件對監(jiān)測裝置進行通信檢測，運行上位機通信軟件的計算機與監(jiān)測裝置通過通信網(wǎng)絡連接。通常檢測數(shù)據(jù)傳輸速率整定情況、數(shù)據(jù)傳送功能等。

除了以上通用的檢測試驗外，不同狀態(tài)監(jiān)測裝置由于監(jiān)測對象不同，其結構和工作原理有很大區(qū)別，在對其某些性能進行檢測時常常需要采用差異化的試驗方法進行試驗。下面簡要介紹幾種典型監(jiān)測裝置的檢測試驗方法。

2.2 變電設備狀態(tài)監(jiān)測裝置

（1）變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測裝置

變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測裝置是安裝在變電站油浸式高壓設備(如油浸式電力變壓油浸式電抗器等)本體上或附近，可對油中溶解氣體信息進行連續(xù)或周期性自動監(jiān)視檢測的裝置。一般由油樣采集、油氣分離、氣體檢測、數(shù)據(jù)采集與控制、通信與輔助等部分組成。按照監(jiān)測氣體成分的多寡分為多組分監(jiān)測裝置(即監(jiān)測變壓器油中溶解氣體成分6種及以上的監(jiān)測裝置)和少組分檢測裝置(監(jiān)測變壓器油中溶解氣體成分少于6種的監(jiān)測裝置)。

與離線變壓器油中溶解氣體檢測相比，在線監(jiān)測裝置具有監(jiān)測及時、反映缺陷快速的特點，這也因此對其測量的準確性和敏感性提出了要求。在對變壓器油中溶解氣體狀態(tài)監(jiān)測裝置性能檢測試驗介紹中，著重介紹其測量誤差試驗和交叉敏感性試驗。

(1)測量誤差試驗

受試狀態(tài)監(jiān)測裝置處于正常工作狀態(tài)，將標油接入受試裝置進行分析測試，試驗期間不允許進行任何設置。同時取相同油樣用實驗室氣象色譜儀進行分析測試。以實驗室氣象色譜儀測量結果為基準。試驗均通過標油進行，標油中所含氣體成分濃度應該包含最低檢測限值、最高檢測限值以及介于兩者之間、氣體含量大致成等差關系的4個其他濃度。部分油樣可以包括多氣體成分，也可以是單氣體成分。各油樣中氣體成分的測量誤差按以下公式計算，監(jiān)測裝置的測量誤差需符合表1、表2中要求。

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表1 多組分在線監(jiān)測裝置技術指標

(2)交叉敏感性試驗

交叉敏感性即某一氣體含量的測量不應受到其它氣體成分的大小的影響。

①配制一油樣，其中一氧化碳CO含量>1000μL／L、二氧化碳 CO2 含量>1O000μL／L，氫氣H2含量<50μL／L，進行在線監(jiān)測裝置油中氣體成分分析。氫氣H2測量結果應仍能滿足表1、表2誤差限制要求。

② 配制一油樣，其中一氧化碳CO含量>1000μL／L、二氧化碳 CO2含量>10000μL／L，氫氣H2 含量>500μL／L，烴類氣體含量<10μL／L，進行在線監(jiān)測裝置油中氣體成分分析。烴類氣體的測量結果應仍能滿足表1、誤差限制要求。

(2)電容型設備及金屬氧化物避雷器絕緣在線監(jiān)測裝置

電容型設備／金屬氧化物避雷器絕緣在線監(jiān)測裝置是用于對電容型設備／金屬氧化物避雷器的絕緣狀態(tài)參量進行連續(xù)實時或周期性自動監(jiān)視監(jiān)測的裝置。

(1)測量誤差試驗

如下圖1所示，將待測的電容型設備／金屬氧化物避雷器絕緣在線監(jiān)測裝置接于狀態(tài)參量模擬裝置(由若干電容、電阻及功率源等組成)，將標準測試儀 (高精度介損電容量／泄漏電流測試裝置)接于同一個狀態(tài)參量模擬裝置，調(diào)整狀態(tài)參量模擬裝置的工作狀態(tài)，同時測得在多個測量點的介質(zhì)損耗因數(shù)、電容量以及全電流及阻性電流值。將兩者在各測量點的測量值一一比較，以標準測試儀檢測數(shù)據(jù)為基準，計算測量誤差，電容型設備絕緣在線監(jiān)測裝置的測量誤差需符合表3中測量誤差要求，避雷器絕緣在線監(jiān)測裝置的測量誤差需符合表4中測量誤差要求。測量誤差計算公式如下：

圖1 電容型設備／金屬氧化物避雷器絕緣在線監(jiān)測裝置測量誤差試驗連接圖

表3 電容型設備絕緣在線監(jiān)測裝置技術指標

表4 金屬氧化物避雷器在線監(jiān)測裝置技術指標

電容型設備在線監(jiān)測裝置測量點的選取，應在全電流和介損的測量范圍內(nèi)選取包括最低監(jiān)測限值、最高檢測限值以及其他4個測量點在內(nèi)的共6個測量點，電容量應選取至少4個典型值，包括100pF、800～1300pF范圍內(nèi)選1點、5000pF、lO000pF及以上選1點。

金屬氧化物避雷器絕緣在線監(jiān)測裝置測量點的選取，應選取包括在線監(jiān)測裝置最小可測量全電流值、最大可測量全電流值以及其他4個電流值在內(nèi)的共6個不同的電流值。

(2)接入安全性試驗

電容型設備在線監(jiān)測裝置若采用穿心電流互感器取樣方式，要求設備末屏接地引線各處連接牢固，符合通流能力要求；回路導線最小截面積≥4mm2，需要時進行通流能力校驗。要求對電流信號輸入端

(包括串聯(lián)元件方式串入的元件)進行0.1s／1000A交流電流通流能力試驗及2ms／400A方波電流沖擊試驗。試驗之后，要求接地線連接正常，受試裝置工作正常，試驗后測量值不超過表3所示的誤差限值。

金屬氧化物避雷器絕緣在線監(jiān)測裝置要求金屬氧化物避雷器接地線各處連接牢固，符合通流能力要求。對于與計數(shù)器并聯(lián)接入的在線監(jiān)測裝置，不應影響計數(shù)器計數(shù)功能。與計數(shù)器串聯(lián)接入的在線監(jiān)測裝置，應滿足避雷器通流容量，材質(zhì)宜采用多股銅導線。受試裝置還應在正常工作狀態(tài)，對電流信號接入端進行10μs／20kA沖擊電流和2ms／400A方波電流試驗，要求受試裝置工作正常，試驗后測量值不超過表4所示的誤差限值。

2.3 輸電線路狀態(tài)監(jiān)測裝置

輸電線路狀態(tài)監(jiān)測裝置種類較多，這里介紹兩種常見的裝置試驗。

(1)導線溫度監(jiān)測裝置

導線電流耐受試驗

將接觸類導線溫度采集單元安裝在導線上，處于工作狀態(tài)，進行如下導線通流試驗：①將導線電流從零升流至導線允許電流，然后降流至零，重復3次。

對導線通以允許電流值的電流，連續(xù)運行48h。試驗期間及試驗結束后，導線溫度采集單元應能正常工作，電氣系統(tǒng)無損壞。

(2)溫升試驗

在環(huán)境溫度為20 5℃的條件下，將接觸類導線溫度采集單元安裝在400mm2的導線上，對導線通以800A電流，測量導線表面溫度、導線溫度采集單元夾具及表面的溫度。導線溫度采集單元夾具及表面的溫度應不超過導線表面溫度。

(3)等值覆冰厚度監(jiān)測裝置的覆冰試驗

在受試裝置運行狀態(tài)下，工作溫度在-5℃～0℃之間，濕度90%以上，使裝置結冰；工作溫度保持0C30min后，降至-5℃ ，再保持30min后逐漸升至0C，重復3次。整套受試裝置應運行正常，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。

3 檢測試驗中需解決的問題

狀態(tài)監(jiān)測裝置的檢測試驗是否準確、有效，與試驗模擬現(xiàn)場條件相近度有很大關系。在很多情況下，實驗室不具備模擬輸變電設備正常運行條件下電源容量、環(huán)境特性等，如對GIS設備局部放電信號的監(jiān)測、對高壓電纜光纖測溫的監(jiān)測以及部分輸電線路運行環(huán)境的模擬等。這就給這些狀態(tài)監(jiān)測裝置檢測試驗的實現(xiàn)提出了挑戰(zhàn)。要找到解決此類試驗困難的途徑，還需不斷豐富實驗室技術手段，搭建更完備的試驗平臺，同時考慮利用現(xiàn)場設備運行提供的系統(tǒng)資源，在保證電網(wǎng)安全的前提下，對狀態(tài)檢測設備開展性能測試試驗。

結語

隨著輸變電設備狀態(tài)監(jiān)測技術的不斷發(fā)展提高，還會有越來越多的新型監(jiān)測裝置涌現(xiàn)并投入到電網(wǎng)系統(tǒng)實際應用中。對狀態(tài)監(jiān)測裝置性能質(zhì)量的檢驗把關不僅是對此類產(chǎn)品發(fā)展的規(guī)范促進，更是保證電網(wǎng)設備狀態(tài)實時可控的需要。因此研究和完善狀態(tài)監(jiān)測裝置性能試驗方法也將是持續(xù)性工作，也將成為電力系統(tǒng)不可或缺的常態(tài)化工作之一。

[1]變電站智能設備規(guī)約仿真分析系統(tǒng)，2009.

[2]王風雷.電力設備狀態(tài)監(jiān)測新技術的應用研究，2009.