220 kV變電站在線監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用

尹玉娟，江川，劉杰，劉鵬，劉寧

（國網(wǎng)山東省電力公司青島供電公司，山東青島266061）

220 kV變電站在線監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用

尹玉娟，江川，劉杰，劉鵬，劉寧

（國網(wǎng)山東省電力公司青島供電公司，山東青島266061）

在線監(jiān)測技術(shù)已應(yīng)用于變電站內(nèi)主要電氣設(shè)備，成為推進(jìn)智能變電站建設(shè)不可或缺的條件。首先闡述一次設(shè)備在線監(jiān)測的發(fā)展應(yīng)用現(xiàn)狀，隨后詳細(xì)介紹青島南京路變電站內(nèi)一次設(shè)備在線監(jiān)測裝置的配置和運(yùn)行情況，為變電站在線監(jiān)測裝置的配置提供參考和借鑒。

在線監(jiān)測；智能變電站；電力設(shè)備

0 引言

電力設(shè)備的定期檢修制度未考慮到設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，不僅耗費(fèi)了大量的財(cái)力和人力，而且對設(shè)備存在的潛伏性故障無法及時(shí)進(jìn)行處理，存在巨大安全隱患。實(shí)施推廣基于設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài)的檢測與診斷系統(tǒng)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷，是檢修發(fā)展的必然方向。

國家電網(wǎng)公司頒布Q／GDW 168—2008《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程》［1］，為輸變電設(shè)備的狀態(tài)檢修提供了參考。狀態(tài)檢修的關(guān)鍵在于通過監(jiān)測系統(tǒng)獲取運(yùn)行設(shè)備的狀態(tài)信息。變電設(shè)備的在線監(jiān)測就是在不影響設(shè)備運(yùn)行的條件下，實(shí)現(xiàn)對電氣設(shè)備的各類狀態(tài)數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示、診斷分析、故障報(bào)警等功能［2］。對各種離線和在線監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，準(zhǔn)確掌握設(shè)備實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，為進(jìn)一步開展?fàn)顟B(tài)檢修工作提供依據(jù)。因此，積極開展輸變電設(shè)備在線監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用具有重要意義。

1 在線監(jiān)測技術(shù)

變電設(shè)備的在線監(jiān)測工作是采用各種測量手段對設(shè)備運(yùn)行中的化學(xué)以及物理量進(jìn)行檢測，以獲取設(shè)備數(shù)據(jù)信息，進(jìn)而判斷運(yùn)行中的設(shè)備處于何種狀態(tài)，并及時(shí)采取相應(yīng)措施［2］。近年來，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，在線監(jiān)測技術(shù)的監(jiān)測精度、抗干擾能力不斷改善。

1.1 變壓器在線監(jiān)測技術(shù)

變壓器是電網(wǎng)的核心設(shè)備，其健康穩(wěn)定運(yùn)行對電網(wǎng)意義重大。由于變壓器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，要完整分析一臺(tái)變壓器的健康狀態(tài)，需要監(jiān)測分析很多信息。目前變壓器的主要監(jiān)測對象和監(jiān)測信息見表1。

表1 變壓器監(jiān)測信息

在表1所述的各項(xiàng)監(jiān)測信息中，油位、油溫、繞組溫度等監(jiān)測信息屬于傳統(tǒng)監(jiān)測信息，由變壓器自帶的傳感器獲取；變壓器運(yùn)行電壓、電流等負(fù)荷信息由SCADA系統(tǒng)實(shí)時(shí)獲??；油色譜、油微水及鐵心接地電流信息等監(jiān)測信息通過離線試驗(yàn)獲取。

近年來，在線監(jiān)測技術(shù)已較為成熟［3］，用于異常信息檢測及故障判定的效果良好。對套管等容性設(shè)備的監(jiān)測技術(shù)已廣泛應(yīng)用。

利用變壓器局部放電識(shí)別不同部位絕緣缺陷的方法具有較高靈敏度，但目前該方法抗干擾能力較弱，準(zhǔn)確性無法保證，用于在線監(jiān)測難以達(dá)到令人滿意的效果，且目前缺少局部放電監(jiān)測的相關(guān)規(guī)范，因此其推廣應(yīng)用受到限制［4］。

1.2 GIS設(shè)備在線監(jiān)測技術(shù)

GIS組合電器涵蓋了變電站內(nèi)母線、隔離開關(guān)、斷路器、電壓電流互感器等主變以外的其它主要設(shè)備，由于其具有運(yùn)行安全性好、維護(hù)周期長、占地面積小、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，在電網(wǎng)中獲得廣泛應(yīng)用。其監(jiān)測信息見表2。

表2 GIS設(shè)備監(jiān)測信息

GIS局部放電的在線監(jiān)測具有較好效果，在GIS局部放電的多種實(shí)現(xiàn)方法中，超高頻和超聲波法應(yīng)用較為廣泛。超高頻具有抗干擾能力強(qiáng)、靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)，超聲波具有放電源定位準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)，通常將二者結(jié)合使用。SF6氣體密度監(jiān)測技術(shù)已較為成熟，且成本較低，可推廣應(yīng)用，但其微水監(jiān)測目前僅適于近距離監(jiān)測，對于多個(gè)氣室的濕度監(jiān)測，每個(gè)氣室均需加裝傳感器，成本較高［5－6］。

1.3 其他設(shè)備在線監(jiān)測技術(shù)

變電站內(nèi)斷路器、各式容性設(shè)備占據(jù)了變電站內(nèi)設(shè)備數(shù)的一半左右，其在線監(jiān)測對于變電站穩(wěn)定運(yùn)行意義重大，目前主要監(jiān)測信息見表3。

其中，電流互感器、電壓互感器等容性設(shè)備的監(jiān)測技術(shù)已相對較為成熟，應(yīng)用較廣泛。而不同斷路器開關(guān)結(jié)構(gòu)區(qū)別較大，增加安裝在線監(jiān)測裝置的空間難度和技術(shù)難度，其安裝運(yùn)行意義不大，通常都是免維護(hù)設(shè)計(jì)。

表3 其他設(shè)備監(jiān)測信息

2 220kV變電站在線監(jiān)測系統(tǒng)

220 kV南京路變電站是青島市區(qū)樞紐變電站，承擔(dān)市區(qū)多數(shù)重要用電客戶，其站內(nèi)設(shè)備的健康狀態(tài)是重點(diǎn)監(jiān)視對象，任何設(shè)備潛伏性故障都要做到及早發(fā)現(xiàn)、盡快處理，避免事故的發(fā)生。該站設(shè)有3臺(tái)220 MVA主變，站內(nèi)設(shè)備全采用室內(nèi)GIS，目前該站已實(shí)現(xiàn)主變、GIS設(shè)備及避雷器的在線監(jiān)測。按照文獻(xiàn)［2］的要求，南京路變電站設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)采用總線式的分層分布式結(jié)構(gòu)。

2.1 變壓器在線監(jiān)測子系統(tǒng)

2.1.1 在線監(jiān)測系統(tǒng)配置

南京路變電站對站內(nèi)主變采用的是TCDS變壓器綜合在線監(jiān)測系統(tǒng)，主要包括鐵心接地電流監(jiān)測裝置、套管監(jiān)測裝置、綜合監(jiān)測單元（含變壓器負(fù)荷、分接開關(guān)、風(fēng)機(jī)、油泵）監(jiān)測裝置和油色譜監(jiān)測裝置，具體運(yùn)行參數(shù)見表4。

表4 南京站主變在線監(jiān)測配置

裝置名稱監(jiān)測參數(shù)測量范圍H2體積分?jǐn)?shù)10~2 000 μL／L CO體積分?jǐn)?shù)5~2 000 μL／L油色譜監(jiān)測裝置CO2體積分?jǐn)?shù)25~2 000 μL／L CH4體積分?jǐn)?shù)50~2 000 μL／L C2H6體積分?jǐn)?shù)10~2 000 μL／L C2H4體積分?jǐn)?shù)10~2 000 μL／L C2H2體積分?jǐn)?shù)1~500 μL／L 10~2 000 μL／L總烴體積分?jǐn)?shù)

2.1.2 在線監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行情況

1）油色譜在線監(jiān)測。對變壓器油中溶解氣體的監(jiān)測，無論是在線還是離線分析，都需要依托自身大量歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)分析其變化趨勢，因此單純判斷比較氣體含量數(shù)值不具意義。對裝置運(yùn)行后一個(gè)月內(nèi)的10組數(shù)據(jù)與相應(yīng)離線試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對比分析，10組分析結(jié)果總烴含量的變化趨勢如圖1所示。

圖1 主變總烴含量對比

由圖1可見，在線油色譜數(shù)據(jù)與離線油色譜數(shù)據(jù)的絕對值差異較明顯，但二者的變化趨勢基本一致，且在線監(jiān)測結(jié)果因消除了人為因素的影響，曲線波動(dòng)較為平緩，監(jiān)測結(jié)果準(zhǔn)確度較好。

2）鐵心接地電流在線監(jiān)測。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)及理論分析結(jié)果表明，鐵心一點(diǎn)接地時(shí)，流過變壓器鐵心接地電流的有效值僅為10～100 mA；鐵心多點(diǎn)接地時(shí)，流過鐵心接地線中的電流急劇增加。當(dāng)電流超過0.1 A時(shí)，即認(rèn)為鐵心可能存在多點(diǎn)接地故障。多點(diǎn)接地時(shí)的接地電流可達(dá)10～100 A，但通常在接地回路中串入合適的電阻會(huì)使電流不超過0.1 A?；诖耍扇∪鐖D2所示監(jiān)測回路對鐵心接地電流在線監(jiān)測裝置進(jìn)行模擬校驗(yàn)。圖2中，1為鐵心接地線，2為在線監(jiān)測傳感器。校驗(yàn)的泄漏電流范圍為0～200 mA，監(jiān)測結(jié)果如圖3。

圖2 鐵心接地模擬電路

圖3 鐵心接地電流監(jiān)測結(jié)果

2.2 GIS在線監(jiān)測子系統(tǒng)

南京路變電站對GIS氣室的在線監(jiān)測信息包括局部放電、氣體密度、濕度。變電站對站內(nèi)80個(gè)間隔氣室均設(shè)置了SF6氣體密度與微水的在線監(jiān)測單元。南京站對氣室間隔進(jìn)行局部放電優(yōu)化配置，超聲波和超高頻共同使用，相互配合，充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢，確保監(jiān)測不留死角。所有監(jiān)測狀態(tài)信息通過相應(yīng)綜合監(jiān)測單元匯總、統(tǒng)一上傳至站端監(jiān)測單元。

在線監(jiān)測單元投入運(yùn)行后，我們對氣室進(jìn)行了1個(gè)月的跟蹤分析，圖4（a）所示為氣體壓力離線監(jiān)測與在線監(jiān)測值對比圖，圖4（b）為氣體壓力的10次跟蹤分析對比圖。由圖4（a）可見，氣體壓力在線監(jiān)測值與離線監(jiān)測結(jié)果相差不大，但其中有7個(gè)間隔的氣體壓力測量值存在誤差超標(biāo)（超過3%）的情況。通過對壓力傳感器進(jìn)行調(diào)整后復(fù)測，誤差滿足要求。對于氣體濕度監(jiān)測，由于在線監(jiān)測與常規(guī)測量原理的不同，二者的數(shù)值大小不具對比性，但是1個(gè)月內(nèi)二者的變化趨勢基本相同，在線監(jiān)測可滿足運(yùn)行要求。

圖4 氣體在線監(jiān)測信息對比

2.3 避雷器在線監(jiān)測子系統(tǒng)

圖5 A相避雷器阻性電流對比

南京路變電站避雷器采用的是金屬氧化物避雷器，避雷器在線監(jiān)測子系統(tǒng)主要對站內(nèi)220 kV進(jìn)線避雷器、主變高壓側(cè)避雷器進(jìn)行絕緣監(jiān)測，通過實(shí)時(shí)檢測其運(yùn)行泄漏電流、阻性電流，發(fā)送到站內(nèi)在線監(jiān)測工作站進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示。對站內(nèi)220 kVA相避雷器的阻性電流進(jìn)行了10次離線測試并與在線監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行對比分析，如圖5。A相避雷器阻性電流在線與離線監(jiān)測結(jié)果基本吻合，誤差不超過2%，因此在線監(jiān)測精度可滿足運(yùn)行要求。

3 結(jié)語

電力設(shè)備在線監(jiān)測技術(shù)是開展設(shè)備狀態(tài)檢修的基礎(chǔ)。首先對目前電力一次設(shè)備在線監(jiān)測技術(shù)發(fā)展應(yīng)用情況進(jìn)行闡述，隨后以220 kV南京路變電站為例，詳細(xì)介紹了南京路變電站內(nèi)一次設(shè)備在線監(jiān)測裝置的配置應(yīng)用。通過站端監(jiān)測單元將數(shù)據(jù)傳至主站，工作人員可實(shí)時(shí)觀察所有在線監(jiān)測設(shè)備的運(yùn)行狀況，并根據(jù)在線監(jiān)測的數(shù)據(jù)對設(shè)備安排檢修和維護(hù)工作。南京路站在線監(jiān)測裝置自投運(yùn)以來，減少了該站停電檢修的時(shí)間，節(jié)省了人力物力，取得了良好的使用效果，為其它變電站的智能化改造、在線監(jiān)測技術(shù)的升級(jí)及深入開展?fàn)顟B(tài)檢修工作提供技術(shù)參考。

［1］Q／GDW 168—2008輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程［S］.

［2］Q／GDW 534—2010變電設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)導(dǎo)則［S］.

［3］許坤，周建華，茹秋實(shí)，等.變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測技術(shù)發(fā)展與展望［J］.高電壓技術(shù)，2005，31（8）：30－32，35.

［4］黃興泉，唐志國，李成榕，等.電力變壓器超高頻局部放電的在線檢測［J］.高電壓技術(shù)，2003，29（4）：44－45，50.

［5］張金江，郭創(chuàng)新，曹一家，等.變電站設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)及其IEC模型協(xié)調(diào)［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2009，33（20）：67－72.

［6］Q／GDW 537—2010電容性設(shè)備及金屬氧化物避雷器在線監(jiān)測裝置技術(shù)規(guī)范［S］.

Application of the Online Monitoring System in 220 kV Substation

YIN Yujuan，JIANG Chuan，LIU Jie，LIU Peng，LIU Ning
（State Grid Qingdao Power Supply Company，Qingdao 266061，China）

Online monitoring technology has been used on most of power equipment in substations.It has been the indispensable condition for the construction of intelligent substations.Development of online monitoring system on the primary equipment is discussed firstly，and then a detailed introduction of the online monitoring system used in Nanjing Road substation is made，which will prove to be a useful reference for future work of online monitoring system.

online monitoring；intelligent substation；power equipment

TM76

B

1007－9904（2015）05－0068－04

2015－01－02

尹玉娟（1986），女，碩士，從事在線監(jiān)測工程技術(shù)相關(guān)工作；

江川（1969），男，碩士，從事電力工程技術(shù)相關(guān)工作；

劉杰（1975），女，碩士，從事在線監(jiān)測工程技術(shù)相關(guān)工作；

劉鵬（1979），男，博士，從事高電壓技術(shù)相關(guān)工作；

劉寧（1984），男，碩士，從事變壓器故障診斷相關(guān)工作。