淺談變壓器在線(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)在智能變電站的應(yīng)用

王毅剛

摘 要：變電站設(shè)備在線(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)，是智能變電站的重要技術(shù)組成，能夠提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備的故障先兆并及時(shí)處理，避免事故擴(kuò)大，保證變電站的安全可靠運(yùn)行。文章重點(diǎn)介紹了當(dāng)前變壓器在線(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用情況，并結(jié)合實(shí)際，提出了變壓器在線(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)的配置及優(yōu)化方案。

關(guān)鍵詞：在線(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)；智能變電站；變壓器

引言

長(zhǎng)期以來(lái)，電力設(shè)備的維護(hù)都采用定期預(yù)試和檢修的方法，雖然能夠解決一部分設(shè)備缺陷的問(wèn)題，但仍有很大的局限性，這種定期預(yù)試和檢修不能反映設(shè)備在運(yùn)行條件下的各種狀態(tài)，無(wú)法提前預(yù)知突發(fā)性故障。通過(guò)變電站在線(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)，能提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備的故障先兆并及時(shí)處理，可以實(shí)現(xiàn)變電設(shè)備的狀態(tài)檢修，提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性，既保障了運(yùn)行設(shè)備的全壽命周期，還減少了周期性預(yù)試和檢修的工作量，節(jié)約人力成本，是實(shí)現(xiàn)變電設(shè)備智能化的重要手段。

在線(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)，是指對(duì)變電站設(shè)備的電氣、物理和化學(xué)等特性進(jìn)行長(zhǎng)期不間斷的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，通過(guò)其各方面特征量的數(shù)值變化和發(fā)展趨勢(shì)，通過(guò)系統(tǒng)軟件的計(jì)算，判斷出設(shè)備可能出現(xiàn)的故障類(lèi)型、缺陷等級(jí)、緩急程度，并對(duì)設(shè)備的可靠性和使用壽命做出預(yù)測(cè)，以便運(yùn)行人員即時(shí)掌握設(shè)備狀態(tài)信息，及早發(fā)現(xiàn)潛伏的故障，提前采取相關(guān)措施，避免在無(wú)準(zhǔn)備情況下，設(shè)備突發(fā)故障而造成設(shè)備、人力和財(cái)力的損失。

1 變壓器的在線(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)分類(lèi)

1.1 變壓器油中溶解氣體在線(xiàn)監(jiān)測(cè)

油中溶解氣體在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)用于測(cè)量和分析油浸式變壓器絕緣油中所有微量特征氣體，普遍采用油氣相色譜分析法。油氣相色譜分析法的原理是：變壓器出現(xiàn)異?；蚬收蠒r(shí)，其內(nèi)部絕緣油在熱和電的作用下逐漸分解出氫氣（H2）、一氧化碳（CO）、甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、乙烯（C2H4）、乙炔（C2H2）等氣體，通過(guò)分析各種氣體濃度及變化趨勢(shì)，判斷變壓器可能存在的故障類(lèi)型。其分析過(guò)程是從油樣中取出混合氣體，再將混合氣體進(jìn)行分離，通過(guò)氣敏傳感器將各種氣體的含量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后將信息上傳。油氣相色譜分析法的準(zhǔn)確性已被國(guó)內(nèi)外所認(rèn)可，是變壓器在線(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)的重要組成部分。

1.2 變壓器局部放電在線(xiàn)監(jiān)測(cè)

局部放電是變壓器常見(jiàn)故障的主要誘因。目前變壓器局部放電監(jiān)測(cè)最主要的方法是超高頻法，通過(guò)安裝在主變?cè)O(shè)備上的超高頻傳感器（耦合器），對(duì)設(shè)備內(nèi)部的局部放電進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)，耦合器將采集的局放信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)傳輸給高速數(shù)據(jù)采集單元（狀態(tài)監(jiān)測(cè)IED模塊），數(shù)據(jù)采集單元再將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)上傳給后臺(tái)計(jì)算機(jī)，系統(tǒng)軟件將自動(dòng)對(duì)局放數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，按順序識(shí)別出不同的缺陷類(lèi)型，并對(duì)所有可能的外部干擾信號(hào)進(jìn)行歸類(lèi)；由于超高頻放電信號(hào)在絕緣介質(zhì)中的傳播速度一定，檢測(cè)儀根據(jù)輸入的耦合器位置及接收到的局放信號(hào)時(shí)間差，可以計(jì)算出局放點(diǎn)的具體坐標(biāo)。超高頻局部放電在線(xiàn)監(jiān)測(cè)具有抗干擾能力強(qiáng)、靈敏度高、實(shí)時(shí)性好的特點(diǎn)，而且能對(duì)故障定位。

1.3 變壓器鐵芯接地電流在線(xiàn)監(jiān)測(cè)

電力變壓器正常運(yùn)行時(shí)，鐵芯必須一點(diǎn)可靠接地，否則鐵芯對(duì)地產(chǎn)生懸浮電壓或鐵芯多點(diǎn)接地產(chǎn)生發(fā)熱故障，將嚴(yán)重威脅變壓器以及電網(wǎng)的安全。目前，普遍把鐵芯接地電流作為診斷大型變壓器鐵芯短路故障的特征量，利用穿芯電流傳感器進(jìn)行取樣測(cè)量，并將信號(hào)上傳至狀態(tài)監(jiān)測(cè)IED，后臺(tái)系統(tǒng)軟件通過(guò)計(jì)算，確定變壓器鐵芯的運(yùn)行情況。

2 變壓器在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的配置原則

2.1 總體原則

（1）在線(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)設(shè)備的使用不能影響一次設(shè)備的安全性與可靠性；（2）在線(xiàn)監(jiān)測(cè)與離線(xiàn)監(jiān)測(cè)方式的選擇應(yīng)滿(mǎn)足必要性、合理性和經(jīng)濟(jì)性要求；（3）在線(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)范圍及參量的選擇應(yīng)根據(jù)運(yùn)行需求、應(yīng)用功能、設(shè)備重要性等因素，綜合分析，確定監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的配置方案；（4）監(jiān)測(cè)設(shè)備的選擇，應(yīng)通過(guò)經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，選用成熟可靠、具有良好運(yùn)行業(yè)績(jī)的產(chǎn)品；（5）全站的在線(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)設(shè)備應(yīng)建立統(tǒng)一的后臺(tái)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全站監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一匯總與綜合分析。

2.2 傳感器（采集器）配置原則

（1）對(duì)于預(yù)埋在設(shè)備內(nèi)部的傳感器，其設(shè)計(jì)壽命應(yīng)不少于被監(jiān)測(cè)設(shè)備的使用壽命；（2）在保證傳感器監(jiān)測(cè)靈敏度與覆蓋面前提下，優(yōu)化傳感器配置數(shù)量；（3）局部放電傳感器宜采用內(nèi)置方式安裝，其余參量傳感器宜采用外置方式安裝。油中溶解氣體導(dǎo)油管宜利用主變?cè)蟹庞涂谶M(jìn)行安裝，采用油泵強(qiáng)制循環(huán)，保證油樣無(wú)死區(qū)；（4）內(nèi)置傳感器采用無(wú)源型或僅內(nèi)置無(wú)源部分，內(nèi)置傳感器與外部的聯(lián)絡(luò)通道（接口）應(yīng)符合高壓設(shè)備的密封要求，其與設(shè)備本體宜采用一體化設(shè)計(jì)；（5）外置傳感器若需安裝于高壓部分，其絕緣水平、密封性能、機(jī)械雜質(zhì)含量控制等應(yīng)符合或高于高壓設(shè)備的相應(yīng)要求。

2.3 IED配置原則

狀態(tài)監(jiān)測(cè)IED宜按照電壓等級(jí)和設(shè)備種類(lèi)進(jìn)行配置。在裝置硬件處理能力允許情況下，同一電壓等級(jí)的同一類(lèi)設(shè)備宜多間隔、多參量共用狀態(tài)監(jiān)測(cè)IED，以減少裝置硬件數(shù)量。

2.4 后臺(tái)系統(tǒng)配置原則

全站設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)應(yīng)共用統(tǒng)一的后臺(tái)系統(tǒng)，統(tǒng)一的分析軟件、接口類(lèi)型和傳輸規(guī)約，實(shí)現(xiàn)全站狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一匯總和診斷分析。

3 變壓器在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的集成優(yōu)化

3.1 變壓器傳感器（采集器）的配置

對(duì)于500kV變電站，每組變壓器配置3臺(tái)油色譜傳感器（前端采集器）和3臺(tái)超高頻傳感器（耦合器），即500kV分相變壓器的每臺(tái)變壓器配置1臺(tái)油色譜前端采集器和1臺(tái)超高頻耦合器。

對(duì)于220kV變電站，每臺(tái)變壓器配置1臺(tái)油色譜前端采集器和1臺(tái)超高頻耦合器。

目前，油色譜采集器只能進(jìn)行油中氣體（包括水分）的采樣，暫時(shí)還不具備與超高頻耦合器集成的條件。

3.2 在線(xiàn)監(jiān)測(cè)IED的集成優(yōu)化

目前已經(jīng)研發(fā)出一拖三的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)IED，最多可接入5個(gè)外部傳感器，該設(shè)備可依次采樣三個(gè)油箱，進(jìn)行溶解氣體分析及水分測(cè)量，采樣頻率可以設(shè)定從每天到每小時(shí)，支持IEC61850通信協(xié)議。對(duì)于500kV變電站，每組變壓器配置1臺(tái)狀態(tài)監(jiān)測(cè)IED（500kV采用單相變壓器即3臺(tái)變壓器配置1臺(tái)IED）；對(duì)于220kV變電站，每臺(tái)變壓器配置1臺(tái)狀態(tài)監(jiān)測(cè)IED就足夠了。

狀態(tài)監(jiān)測(cè)IED負(fù)責(zé)處理來(lái)自傳感器的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，并上傳給監(jiān)測(cè)后臺(tái)，每臺(tái)IED都集成了變壓器油色譜監(jiān)測(cè)、變壓器局部放電監(jiān)測(cè)和變壓器鐵芯接地電流監(jiān)測(cè)功能。

3.3 在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)后臺(tái)的集成優(yōu)化

變壓器在線(xiàn)監(jiān)測(cè)與變電站內(nèi)其他設(shè)備的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)共用同一套后臺(tái)系統(tǒng)，使用統(tǒng)一的分析軟件、接口類(lèi)型和通信規(guī)約。故障診斷系統(tǒng)軟件與在線(xiàn)監(jiān)測(cè)工作站管理軟件整合在一起，負(fù)責(zé)分析判斷處理來(lái)自監(jiān)測(cè)IED的實(shí)時(shí)在線(xiàn)數(shù)據(jù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)的不斷發(fā)展，提取相關(guān)設(shè)備的有效信息實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的在線(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)和診斷，有利于制定設(shè)備維護(hù)和狀態(tài)檢修策略，實(shí)現(xiàn)全站電氣設(shè)備狀態(tài)的整體評(píng)估，提高電力設(shè)備的安全性可靠性，提升電力生產(chǎn)管理水平，提高變電站的智能化水平，降低智能變電站的運(yùn)維成本，進(jìn)而推動(dòng)智能電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展。

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