220kV變電站一次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)研究

郭思東

摘要：社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展使得人們對(duì)電能質(zhì)量要求越來越高。220kV變電站一次設(shè)備主要由變壓器、斷路器、避雷器、互感器、母線等部分組成，其發(fā)生故障對(duì)提供可靠性帶來嚴(yán)重的威脅。文章通過對(duì)其狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)進(jìn)行探討，提高變電站故障分析、診斷、預(yù)警和處理的能力，從而提高供電可靠性。

關(guān)鍵詞：變電站；一次設(shè)備；在線監(jiān)測

0引言

隨著電力工業(yè)的發(fā)展，國內(nèi)變電站智能化建設(shè)迅速推進(jìn)，變電站一次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與綜合故障診斷成為變電站建設(shè)與運(yùn)行的研究重點(diǎn)。傳統(tǒng)的變電站單項(xiàng)監(jiān)測系統(tǒng)在種類控制、信息傳輸、數(shù)據(jù)模型的統(tǒng)一、數(shù)據(jù)共享、生產(chǎn)實(shí)用等方面存在較大的問題，不利于設(shè)備狀態(tài)檢修自動(dòng)化進(jìn)程。因此，應(yīng)用設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)、先進(jìn)傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)和設(shè)備故障診斷技術(shù)構(gòu)建先進(jìn)的監(jiān)測系統(tǒng)，做到信息共享，準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)分析，對(duì)變壓器、斷路器、避雷器等一次設(shè)備進(jìn)行分析、評(píng)估、預(yù)報(bào)、診斷，及時(shí)提出排除故障建議，為一線電力工程人員提供及時(shí)、準(zhǔn)確的參考信息。

1 變電站一次主設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)

220kV變電站一次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)架構(gòu)包括監(jiān)控信息一體化平臺(tái)（Linux）、在線檢測模塊（變壓器智能組件、斷路器智能組件、避雷器智能組件）、Windows、接口程序、實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫等。系統(tǒng)基于信息一體化、功能集成化、設(shè)備組件化、狀態(tài)檢修自動(dòng)化的設(shè)計(jì)思路，將系統(tǒng)分為設(shè)備層和站控層，設(shè)備層負(fù)責(zé)設(shè)備信息收集和預(yù)判斷，包括變壓器、斷路器、避雷器等一次設(shè)備的智能組件，采用主智能電子設(shè)備（IED）、子智能電子設(shè)備模塊設(shè)備，獨(dú)立運(yùn)行；站控層負(fù)責(zé)將監(jiān)測數(shù)據(jù)與評(píng)價(jià)結(jié)果寫入實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫存，并在一體化平臺(tái)實(shí)時(shí)展示診斷結(jié)果，為用戶提供快捷、高效的數(shù)據(jù)信息，具有數(shù)據(jù)容量大、存放統(tǒng)一、易于維護(hù)管理等優(yōu)點(diǎn)。

2變壓器鐵芯在線監(jiān)測

變壓器鐵芯接地電流監(jiān)測單元是基于數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、精密傳感器技術(shù)，采用高靈敏度電流傳感器，剔除雜波干擾信號(hào)，運(yùn)用自動(dòng)原理實(shí)現(xiàn)泄漏電流的就地式在線監(jiān)測，得到實(shí)際接地泄漏電流信息，在狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的配合下對(duì)鐵芯的絕緣健康狀態(tài)進(jìn)行分析，判斷和預(yù)測，為變壓器的完整性提供了現(xiàn)場保證。系統(tǒng)分為傳感器和監(jiān)測終端構(gòu)成數(shù)據(jù)采集、測量、計(jì)算單元的兩大部分，監(jiān)測終端保持各自獨(dú)立性，不會(huì)對(duì)其他終端運(yùn)行構(gòu)成影響。終端數(shù)據(jù)上傳到智能匯控柜內(nèi)IED進(jìn)行分析處理保存，并通過光纖通訊環(huán)網(wǎng)匯總?cè)驹O(shè)備狀態(tài)監(jiān)測服務(wù)器，用戶想了解全站設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，只需要通過MIS崗訪問即可。

鐵芯接地電流傳感器有五大特點(diǎn)：一是對(duì)現(xiàn)場惡劣的電磁環(huán)境有充分的充分的考慮，并且有全面的抑止措施，例如電纜及變壓器外殼的屏蔽措施相當(dāng)完善、采用多重濾波技術(shù)、系統(tǒng)單點(diǎn)接地等等方式，保證系統(tǒng)的EMC特性得到極大的增強(qiáng)；二是對(duì)變壓器接地泄漏電流進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，在不改變?cè)械碾娏υO(shè)備接地模式、接線而進(jìn)行系統(tǒng)安裝，確保監(jiān)測系統(tǒng)與電氣系統(tǒng)之間不存在電的聯(lián)系，僅有磁的聯(lián)系，不用擔(dān)心對(duì)一次系統(tǒng)造成任何的干擾和影響；三是可以對(duì)變壓器鐵芯、夾件的泄漏電流變化進(jìn)行自動(dòng)跟蹤，并對(duì)其趨勢(shì)進(jìn)行分析；四是傳感器的磁芯使用新型磁性材料，性能優(yōu)異，電流相移的變化和傳輸比都小于萬分之五，而且穩(wěn)定性好，軟磁特性和磁化網(wǎng)線不會(huì)因長時(shí)間運(yùn)行而發(fā)生變化；五是帶有超限報(bào)警功能。

3斷路器狀態(tài)監(jiān)測

斷路器智能組件主要實(shí)現(xiàn)對(duì)斷路器動(dòng)作特性和SF6微水和密度監(jiān)測，斷路器整體組件由斷路器本體、斷路器智能組件、信息一體化平臺(tái)構(gòu)成。斷路器本體包括SF6微水和密度傳感器、電流傳感器、行程傳感器；斷路器智能組件包括站控層通信網(wǎng)絡(luò)、主IED、過程層通信網(wǎng)絡(luò)、冷卻裝置監(jiān)測IED。斷路器監(jiān)測智能組件采樣同步技術(shù)對(duì)開斷電流、分/合閘線圈采集信號(hào)，并通過錄波分析完成對(duì)斷路器機(jī)械特性狀態(tài)監(jiān)測以及電壽命評(píng)估。以SF6氣體泄漏評(píng)估為例，當(dāng)斷路器SF6發(fā)生泄漏時(shí)，智能組件立即對(duì)由于漏氣引起的密度和壓力變化作出指標(biāo)，并發(fā)出預(yù)警信息。斷路器SF6氣體泄漏故障的診斷通常是采用相對(duì)泄漏率比較法和閾值比較法。相對(duì)泄漏率比較法是比較相鄰兩只傳感器壓力差的相對(duì)變化率來判斷是否存在SF6氣體泄漏，當(dāng)這個(gè)變化率大于設(shè)定值時(shí)，即可判斷SF6出現(xiàn)泄漏了；閾值比較法是通過監(jiān)測SF6氣體壓力與設(shè)定值進(jìn)行比較，當(dāng)監(jiān)測到的SF6氣體壓力小于設(shè)定值，則判斷SF6氣體出現(xiàn)泄漏。斷路器的動(dòng)作特性監(jiān)測IED根據(jù)采用的三比值對(duì)斷路器運(yùn)行狀況進(jìn)行評(píng)估，并通過過程層網(wǎng)絡(luò)向主IED報(bào)告診斷和評(píng)估結(jié)果。

4避雷器狀態(tài)監(jiān)測

避雷器狀態(tài)檢測組件由避雷器本體、避雷器智能組件、信息一體化平臺(tái)構(gòu)成。避雷器本體主要由多個(gè)現(xiàn)場監(jiān)測傳感器組成，再通過2.4GHZ無線網(wǎng)絡(luò)與避雷器智能組件連接；避雷器智能組件包括站控層通信網(wǎng)絡(luò)、主IED、過程層通信網(wǎng)絡(luò)、冷卻裝置監(jiān)測IED，通過多模光纖與信息一體化平臺(tái)連接。避雷器智能組件監(jiān)測原理是基于基波法測量泄漏電流和阻性電流，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)避雷器絕緣狀況的監(jiān)測。基波法主要是應(yīng)用模擬濾波技術(shù)和數(shù)字濾波技術(shù)，在采集到的避雷器末屏泄漏總電流中獲得基波分量，再根據(jù)阻性電流判斷避雷器的絕緣狀況。監(jiān)測單元接收集采命令后，采用GPS授時(shí)時(shí)鐘對(duì)系統(tǒng)頻率進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣，并將結(jié)果通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奖芾灼鞅O(jiān)測智能處理器，再由其根據(jù)阻性電流、容性電流、泄漏電流的計(jì)算結(jié)果作出診斷，預(yù)警預(yù)警，從而實(shí)現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測的目的。

5結(jié)論

220kV變電站一次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)是一個(gè)綜合的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，各部分在實(shí)現(xiàn)方案和評(píng)估分析都有獨(dú)特的特點(diǎn)。變電站在進(jìn)行智能改造時(shí)，一定要注意整體功能的實(shí)現(xiàn)。同時(shí)智能變電站可優(yōu)化變電站一次設(shè)備資源和抵御各種事故風(fēng)險(xiǎn)方面作用突出，但相關(guān)技術(shù)還需要進(jìn)一步探討。

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