浙江電網變電設備在線監(jiān)測裝置應用分析

胡錫幸，馬 濤，王文浩

（1.杭州市電力局，杭州 310009；2.浙江省電力公司電力科學研究院，杭州 310014）

1 浙江電網在線監(jiān)測裝置的現狀及問題

在線監(jiān)測[1-2]是指在設備不停電的情況下，對設備狀況連續(xù)或定時進行的各類檢測。在線監(jiān)測一般利用傳感技術和微電子技術對運行中的設備進行監(jiān)測，獲取反映運行設備的狀態(tài)和發(fā)展趨勢的各種物理量，并對其進行分析處理，預測運行狀況，必要時提供報警和故障診斷信息，避免因故障的進一步擴大而導致事故的發(fā)生。

截至2012年底，浙江全省已實現在線監(jiān)測標準化安裝和數據接入的變電站共601座，其中500kV變電站32座，220kV變電站248座，110kV變電站321座，實現220kV及以上電網設備全覆蓋。共涉及變壓器/電抗器監(jiān)測點992個，電容性設備監(jiān)測點26個，金屬氧化物避雷器監(jiān)測點172個，斷路器/GIS監(jiān)測點675個。具體比例見圖1。

圖1 各類變電設備在線監(jiān)測裝置比例分布

截至2012年底，通過安裝變電設備在線監(jiān)測裝置累計發(fā)現缺陷次數合計8次，其中油色譜在線監(jiān)測發(fā)現主設備缺陷4次，其他在線監(jiān)測裝置發(fā)現電氣連接點發(fā)熱4次。安裝在線監(jiān)測裝置能及時發(fā)現設備故障，大大提升供電可靠性。

但是目前在線監(jiān)測裝置也存在如下問題。

（1）設備配置原則缺乏統一標準。目前在線監(jiān)測裝置如果大面積鋪開應用，必然影響整個電網的經濟性。為了實現供電可靠性和電網經濟性的有效統一，必須研究裝置的配置原則，明確哪些設備應優(yōu)先安裝在線監(jiān)測裝置。

（2）在線監(jiān)測裝置種類繁多，質量良莠不齊，部分裝置投運后存在運行不穩(wěn)定、數據波動異常等諸多問題，必須開展各類在線監(jiān)測裝置的成熟度和有效性分析。

（3）為了進一步發(fā)揮在線監(jiān)測裝置的作用，必須確認裝置的閾值設置原則，從而使裝置數據能更好的應用于設備狀態(tài)分析。

目前，對電網供電可靠性影響較大的設備主要包括重點設備、存在可疑缺陷的設備、老舊設備、新入網設備，如圖2所示。

圖2 在線監(jiān)測裝置優(yōu)先配置的設備

在線監(jiān)測裝置的配置應滿足重點設備、存在可疑缺陷的設備、新入網設備、老舊設備優(yōu)先的原則，兼顧地域特征分層次有步驟地實施，從而實現供電可靠性和電網經濟性的有效統一。

2 裝置成熟度和有效性分析

2.1 變壓器在線監(jiān)測

變壓器在線監(jiān)測主要涉及油色譜在線監(jiān)測、局放在線監(jiān)測[3-4]、鐵芯接地電流在線監(jiān)測、套管在線監(jiān)測等。

油色譜在線監(jiān)測在國內已經有許多成功的應用經驗，技術趨于成熟。油色譜在線監(jiān)測通過油中溶解微量氣體的變化，能及時反映變壓器內部局部過熱、火花放電、電弧放電等危害變壓器安全運行的缺陷。

局部放電在線監(jiān)測比油色譜監(jiān)測能更及時準確地反映變壓器內部的放電情況，在線監(jiān)測方法有脈沖電流法、超高頻法（內置、外置）、超聲法等。脈沖電流法抗干擾能力較差但能直接測出局部放電量的大小，內置天線的超高頻法具有良好的抗干擾性能，但無法標定放電量的大小。超聲法亦存在放電量無法定標，現場干擾較大的問題。目前局放在線監(jiān)測裝置的性能差別較大，該項技術正處于完善過程中。

鐵芯接地電流在線監(jiān)測能及時發(fā)現鐵芯及夾件多點接地，有效防止局部過熱。該項技術相對成熟，不存在技術障礙。

套管在線監(jiān)測技術的成熟度和有效性可參見容性設備在線監(jiān)測，由于套管在線監(jiān)測裝置安裝位置過高，安裝過程以及日后的傳感器運行維護都必須結合停電進行。

2.2 斷路器在線監(jiān)測

斷路器在線監(jiān)測主要涉及電壽命監(jiān)測、操作機構監(jiān)測以及SF6氣體密度、微水的監(jiān)測。

斷路器的每次開斷都會對觸頭產生一定程度的損傷，因此斷路器的觸頭電磨損（又稱電壽命）是斷路器性能的重要指標。通過監(jiān)測累計開斷電流，能在一定程度上評估觸頭開斷短路電流后的燒蝕、磨損情況。

通過對斷路器操作機構中的分、合閘線圈與儲能電機電流進行監(jiān)測，能夠及時判斷運行機構有無卡澀、脫扣及機械負載變動情況，目前該項技術已相對成熟。

目前SF6斷路器的密度、微水在線監(jiān)測技術較不成熟，且存在一定的漏氣風險。

2.3 GIS在線監(jiān)測

GIS的電壽命、操作機構以及SF6氣體密度、微水的在線監(jiān)測參考斷路器部分，除此之外，GIS還增加了局部放電在線監(jiān)測。

GIS局部放電在線監(jiān)測主要涉及特高頻法和超聲波法。基于特高頻的局部放電測量，可有效反映GIS內部的絕緣缺陷及異物，目前該技術尚處于完善過程中?；诔暡ǖ木植糠烹姕y量，易受基礎振動的影響，適用于GIS設備的帶電檢測。

2.4 容性設備在線監(jiān)測

容性設備在線監(jiān)測有20多年的研究歷史[5-6]，一直是國內外研究的重點課題，容性設備在線監(jiān)測量如“泄漏電流”、“介損”和“電容量”的測量存在末屏信號安全提取問題，且由于泄漏電流和介損數值較小，容易受溫度、濕度的影響?；谌嗖黄胶怆娏骰蛉嗖黄胶怆妷旱娜菪栽O備在線監(jiān)測裝置由于受溫度、濕度的影響較小，監(jiān)測結果也相對較好。

2.5 避雷器在線監(jiān)測

避雷器在線監(jiān)測主要涉及泄漏電流全電流和阻性電流。目前隨著高精度小電流傳感器技術、無線傳輸技術的發(fā)展，避雷器在線監(jiān)測測量精度、數據穩(wěn)定性、工作的可靠性都有了很大的提高，但是目前避雷器在線監(jiān)測裝置亦存在阻性分量測量精度低、電池容量小等問題。

3 在線監(jiān)測的閾值分析

為了使在線監(jiān)測數據能更好地應用于設備狀態(tài)分析，必須開展相應的閾值確認工作。下面以變壓器油色譜在線監(jiān)測裝置為例，確定各氣體組分的閾值原則。該閾值設置原則已經在500kV瓶窯變2號主變壓器（簡稱主變）上得到應用。

變壓器油色譜在線監(jiān)測裝置監(jiān)測量包括H2，C2H2，CH4，C2H4，C2H6和 CO。各監(jiān)測量的閾值設置采用絕對值和增量相結合的方式，通過閾值設置，設備狀態(tài)可以分為正常、注意和報警3部分。

3.1 H2閾值設置

（1）H2含量在 0～150 μL/L（不含 150 μL/L）之間，設備處于正常狀態(tài)；

（2）H2含量在 150～300 μL/L（不含 300 μL/L）之間且變化量（當前測量值與上次測量值之差）不大于10 μL/L時，設備處于注意狀態(tài)；

（3）H2含量大于 300 μL/L（含 300 μL/L）或者H2含量在 150～300 μL/L（不含 300 μL/L）之間但是變化量大于10 μL/L時，設備處于報警狀態(tài)。

3.2 C2H2閾值設置

（1）C2H2含量在 0～0.5 μL/L（不含 0.5 μL/L）之間，設備處于正常狀態(tài)；

（2）C2H2含量在 0.5～1 μL/L（不含 1 μL/L）之間，或者 C2H2大于 1 μL/L（含 1 μL/L）且變化量小于0.3 μL/L時，設備處于注意狀態(tài)；

（3）C2H2含量大于 1 μL/L（含 1 μL/L）且變化量大于 0.3 μL/L（含 0.3 μL/L）時，設備處于報警狀態(tài)。

3.3 總烴閾值設置

油色譜在線監(jiān)測裝置的總烴含量為C2H2，CH4，C2H4，C2H6這4種氣體含量的疊加，其閾值設置原則如下：

（1）總烴含量在 0～150 μL/L（不含 150 μL/L）之間，設備處于正常狀態(tài)；

（2）總烴含量在 150～300 μL/L（不含 300 μL/L）之間且變化量小于2 μL/L時，設備處于注意狀態(tài)；

（3）總烴含量大于 300 μL/L（含 300 μL/L），或者總烴含量在 150～300 μL/L（不含 300 μL/L）之間但是變化量大于 2 μL/L（含 2 μL/L）時，設備處于報警狀態(tài)；

（4）CH4，C2H4，C2H6的閾值設置參考總烴。

3.4 CO閾值設置

（1）CO 含量在 0～2000 μL/L（不含 2000 μL/L）之間，設備處于正常狀態(tài)；

（2）CO 含量在 2000～10000 μL/L（不含 10000 μL/L）之間，設備處于注意狀態(tài)；

（3）CO 含量大于 10000 μL/L（含 10000 μL/L）時，設備處于報警狀態(tài)。

4 油色譜在線監(jiān)測裝置應用實例

4.1 實例1

某500kV變電站2號主變B相為保定天威保變電氣股份有限公司生產，型號為ODFPSZ-250000/500，1992年6月投運，于2012年10月11日安裝油色譜在線監(jiān)測裝置。圖3是主變在線監(jiān)測裝置近2個月的H2和總烴數據曲線，從圖3可以看到，在線監(jiān)測數據相對較穩(wěn)定。

圖3 近2個月的油色譜在線監(jiān)測數據曲線

圖4是主變油中溶解氣體在線監(jiān)測裝置2012年12月24日上傳的油色譜數據，其中H2為 6.81 μL/L，C2H2為 0 μL/L，總烴為 23.78 μL/L，CO為71.03 μL/L，根據在線監(jiān)測閾值分析，主變處于正常狀態(tài)，與現場實際吻合。

圖4500kV某變2號主變閾值分析結果

4.2 實例2

某220kV變電站2號主變?yōu)樘刈冸姽ど蜿栕儔浩骷瘓F有限公司生產，型號為OSS9-150000/220，投運日期為2006年7月。該臺主變油色譜在線監(jiān)測裝置于2012年2月6日測得C2H4含量為 130.79 μL/L，且變化量大于 2 μL/L，達到報警狀態(tài)。對應的總烴含量為245.34 μL/L，且變化量大于2 μL/L，達到報警狀態(tài)，而其他監(jiān)測量均處于正常狀態(tài)。2月7日總烴和C2H4數值都有所下降，但仍然處于注意狀態(tài)，具體如圖5所示。

圖5 C2H4和總烴數據曲線

油色譜在線監(jiān)測裝置監(jiān)測到設備報警后，于2012年2月23日進行主變油色譜離線試驗，總烴含量達到172.05 μL/L，與在線監(jiān)測數據基本吻合。目前該主變已經更換，等待解體結果。

5 結論

通過分析浙江電網變電設備在線監(jiān)測若干問題，可以得出如下幾點結論：

（1）油色譜在線監(jiān)測裝置閾值的設置宜采用絕對值和增量相結合的方式，該方法能有效發(fā)現變壓器潛在故障，大大提高檢修針對性；

（2）在線監(jiān)測裝置的配置應優(yōu)先滿足重點設備優(yōu)先、存在可疑缺陷的設備優(yōu)先、新入網設備優(yōu)先、老舊設備優(yōu)先的原則兼顧地域特征分層次有步驟的實施；

（3）部分在線監(jiān)測裝置如變壓器局部放電在線監(jiān)測裝置、SF6斷路器的密度和微水在線監(jiān)測裝置的技術水平有待進一步提升。

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