山西電網(wǎng)在線監(jiān)測發(fā)展探討

田 赟，馮李軍，吳明鋒

（1.國網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西 太原 030001；2.國網(wǎng)山西省電力公司電力調(diào)度控制中心，山西 太原 030001）

0 前言

在線監(jiān)測改善了常規(guī)預(yù)防性實驗周期長、不能實時了解設(shè)備變化趨勢的缺點，能及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備的隱患，為設(shè)備狀態(tài)診斷分析、狀態(tài)預(yù)警提供輔助決策分析依據(jù)。國家電網(wǎng)公司自2009年8月啟動輸變電狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)以來，已完成2批28家網(wǎng)省級單位的部署，各個網(wǎng)省公司因地制宜，各具特色。陜西電網(wǎng)以視頻監(jiān)測為主，通過視頻、圖像監(jiān)測多次發(fā)現(xiàn)線路陷患，采取措施杜絕了異物引起線路跳閘的外力破壞故障。湖南電網(wǎng)注重覆冰在線監(jiān)測研發(fā)，成立覆冰在線監(jiān)測國家重點實驗室，通過覆冰監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)多處線路及桿塔覆冰險情，有效指導(dǎo)了電網(wǎng)抗冰工作。山西電網(wǎng)作為全國第一批在線監(jiān)測試點單位，2010年12月部署完成山西電網(wǎng)輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，桿塔傾斜監(jiān)測等監(jiān)測方式得到了很好的發(fā)展和應(yīng)用[1]。

1 輸電線路在線監(jiān)測

1.1 山西輸電線路在線監(jiān)測概況

輸電線路在線監(jiān)測技術(shù)發(fā)展較快，山西電網(wǎng)目前已安裝、接入輸電監(jiān)測裝置7類155套，覆蓋1 000 kV、500 kV、220 kV及110 kV 4個電壓等級的線路。輸電線路在線監(jiān)測裝置多分布在核心骨干網(wǎng)架的重載線路、戰(zhàn)略輸電通道等區(qū)域，布點過程中不僅宏觀上根據(jù)區(qū)域的特點進行布點，還注意了線與點合理配置裝置類型[2]。如安裝覆冰監(jiān)測裝置時，同時選擇了視頻監(jiān)控以便定型與定量判斷導(dǎo)線覆冰狀況。

在傳輸方式上，如圖1所示，線路上狀態(tài)監(jiān)測代理裝置CMA（Condition Monitoring Agent）采集到的信息通過短信等公網(wǎng)形式傳到廠家，如西安同步、西安金源等，再通過Internet傳到位于省檢修公司的前置子系統(tǒng)，到達前置子系統(tǒng)后通過內(nèi)網(wǎng)的安全平臺接入，再接入主站系統(tǒng)。數(shù)據(jù)通過生產(chǎn)廠家再傳入國網(wǎng)內(nèi)網(wǎng)系統(tǒng)的傳輸方式對監(jiān)測數(shù)據(jù)準確性、及時性均有影響，有部分廠家為避免數(shù)據(jù)準確性考核，在廠端服務(wù)器修改監(jiān)測數(shù)據(jù)，大大降低了監(jiān)測數(shù)據(jù)的真實性。由于現(xiàn)有輸電監(jiān)測裝置采用公網(wǎng)傳輸方式，需要租用移動、聯(lián)通、電信等第三方運營商通信通道，這些通信運營商的通道建設(shè)往往是以城鎮(zhèn)通信業(yè)務(wù)為主要需求對象，并不能滿足電網(wǎng)信息通信覆蓋面廣、偏僻區(qū)域多，高帶寬、高實時性、高可靠性要求；特別對于輸電線路視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)，使用第三方通信通道存在諸多弊端，目前較好的解決思路是采用電力光纖架空地線復(fù)合纜OPGW（Optical Fiber Composite Overhead Ground Wire）光纖通信等新型數(shù)據(jù)傳輸方式，增加數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

圖1 輸電在線監(jiān)測裝置數(shù)據(jù)傳輸流程

目前，接入在線監(jiān)測系統(tǒng)的裝置可靠性正處于提升過程中，數(shù)據(jù)有效性較差，存在大量的無效、不連續(xù)數(shù)據(jù)，部分數(shù)據(jù)的準確性無法得到驗證，影響在線監(jiān)測在狀態(tài)監(jiān)控、評價等工作中的應(yīng)用效果。因?qū)е聰?shù)據(jù)無效的情況極其復(fù)雜，山西電網(wǎng)制定了線路監(jiān)測數(shù)據(jù)判斷方法，開展在線監(jiān)測數(shù)據(jù)有效性判斷，對海量的監(jiān)測數(shù)據(jù)通過橫向數(shù)據(jù)對比、縱向歷史數(shù)據(jù)分析等數(shù)據(jù)挖掘算法篩選，判斷數(shù)據(jù)是否有效，減輕人工判斷的工作量，為后續(xù)人工判斷提供參考。開展在線監(jiān)測數(shù)據(jù)有效性判斷為后續(xù)的報警、趨勢預(yù)測等應(yīng)用功能等提供依據(jù)，將合理的數(shù)據(jù)列入數(shù)據(jù)報警、趨勢預(yù)測等二次處理的范圍，不合理的數(shù)據(jù)不進行二次分析，避免無效數(shù)據(jù)應(yīng)用產(chǎn)生的負面影響。

1.2 桿塔傾斜在線監(jiān)測

山西地區(qū)因采空區(qū)、沉降區(qū)較多，桿塔傾斜監(jiān)測為最重要的輸電在線監(jiān)測方式。桿塔傾斜裝置是通過將雙軸傾角傳感器安裝在塔頂和2/3桿塔高度處，測量計算桿塔在沿線路方向和垂直線路方向的傾斜度，最終得出桿塔綜合傾斜度。目前，山西電網(wǎng)使用較多的為國網(wǎng)富達、西安同步等廠家的桿塔傾斜監(jiān)測裝置，均為高精度傳感器，裝置精度和準確度較高，但是傳感器與線路桿塔連接時存在連接不緊密，傳感器難以反映桿塔的實際傾斜程度的問題。傳感器裝置連接片做工粗糙，安裝過程廠家安裝工藝簡陋，安裝完成后監(jiān)測裝置已有初始值。針對這一現(xiàn)象，一方面只有生產(chǎn)廠家不斷優(yōu)化裝置的安裝設(shè)計，才能實現(xiàn)真正意義上監(jiān)測質(zhì)量的提升；另一方面，山西電網(wǎng)修改裝置系統(tǒng)內(nèi)實測值設(shè)置，在日常監(jiān)測中創(chuàng)新性采取“初始實測值+監(jiān)測變化值”的監(jiān)測模式，安裝裝置后測得初始值，作為測量值的基礎(chǔ)，減少了安裝誤差，有效地確保了桿塔傾斜監(jiān)測的準確性。

2 變電在線監(jiān)測

經(jīng)過20多年的探索實踐和發(fā)展，國內(nèi)外已形成相對成熟應(yīng)用于變電設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)。針對變壓器、氣體絕緣組合電器設(shè)備（GIS）、容性設(shè)備等變電站內(nèi)高壓設(shè)備，變電在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)置多項監(jiān)測單元，實時多通道采集各種運行數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對變電站內(nèi)高壓設(shè)備狀態(tài)的綜合數(shù)據(jù)分析與診斷，在第一時間發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部潛伏性故障，根據(jù)綜合監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析結(jié)果，為設(shè)備安全運行提供可靠依據(jù)[3]。

2.1 山西變電監(jiān)測裝置現(xiàn)狀

目前，山西電網(wǎng)已安裝、接入變電監(jiān)測裝置有5類222套，其中油色譜監(jiān)測裝置117套、視頻監(jiān)測裝置28套、局部放電監(jiān)測裝置4套、鐵芯接地電流監(jiān)測裝置1套、絕緣監(jiān)測裝置21套、SF6氣體壓力監(jiān)測裝置7套、SF6氣體微水監(jiān)測裝置7套。使用的變電在線監(jiān)測裝置的廠家較多，產(chǎn)品種類也比較多，但大多數(shù)產(chǎn)品在技術(shù)標準、接口規(guī)約上存在各自為政，不盡統(tǒng)一的情況，為了使不同設(shè)備更好地接入系統(tǒng)，山西電網(wǎng)采取如圖2所示的兩種方式進行改造。山西變電在線監(jiān)測裝置分布嚴格遵循頂層設(shè)計，站內(nèi)過程層監(jiān)測設(shè)備通過設(shè)備終端接入間隔層狀態(tài)信息接入控制器CAC（Condition Information Acquisition Controller），接入變電站內(nèi)網(wǎng)，經(jīng)過安全平臺最終接入站控層主站系統(tǒng)。

2.2 油色譜在線監(jiān)測

油色譜在線監(jiān)測通過對絕緣油中溶解氣體的測量和分析，實現(xiàn)了對大型變壓器內(nèi)部運行狀態(tài)的在線監(jiān)控，能夠及時發(fā)現(xiàn)和診斷其內(nèi)部故障，隨時掌握設(shè)備的運行狀況，彌補了實驗室色譜分析監(jiān)測周期長的不足，為變壓器安全經(jīng)濟運行提供了技術(shù)支持。山西電網(wǎng)使用的多為北京華電云通、河南中分、寧波理工、上海思源等廠家的油色譜在線監(jiān)測裝置，通過脫氣、混合氣體分離、氣體檢測實現(xiàn)油色譜監(jiān)測。在變壓器油氣相色譜分析過程中，IEC標準要求油中脫氣效率應(yīng)達到97%[4]，一般情況油色譜在線監(jiān)測裝置難以達到這一要求，這是制約其發(fā)展的重要因素；同時，監(jiān)測裝置標氣瓶純度難以保持，實驗室進行油色譜試驗時標氣瓶半年更換一次，現(xiàn)場在線監(jiān)測裝置需要兩個月更換一次，增加了運行巡檢人員的勞動強度，制約了油色譜在線監(jiān)測的應(yīng)用和發(fā)展[5]。針對這一問題，山西電網(wǎng)不斷研發(fā)新的標氣瓶誤差自動較驗技術(shù)并在晉中站得以掛網(wǎng)應(yīng)用，該裝置通過誤差自動校驗功能使變壓器油氣在線測試數(shù)據(jù)始終處于動態(tài)的誤差允許范圍內(nèi)。

圖2 變電在線監(jiān)測裝置數(shù)據(jù)傳輸流程

3 目前存在的問題及建議

a）監(jiān)測主站系統(tǒng)功能尚需進一步完善[6]。目前狀態(tài)監(jiān)測主站系統(tǒng)功能主要是實現(xiàn)數(shù)據(jù)基本展示、告警及統(tǒng)計，精細化預(yù)警、自動評價、分析等應(yīng)用功能尚顯不足，缺乏支撐運維檢修精益化管理的高級應(yīng)用功能，因此如何提高主站系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析應(yīng)用功能，是主站系統(tǒng)建設(shè)下一步工作的重要內(nèi)容。

b）在線監(jiān)測技術(shù)有待提高。在線監(jiān)測技術(shù)雖然運行多年，但是相對于傳統(tǒng)的離線方法及儀器而言并未成熟，且運行現(xiàn)場條件較差，獲取的傳感信號微弱，電磁干擾和穩(wěn)定性設(shè)計不足以及相關(guān)診斷標準缺乏，導(dǎo)致系統(tǒng)運行有待提高。輸電線路溫度在線監(jiān)測電源問題、避雷器在線監(jiān)測數(shù)據(jù)受天氣、空間電場干擾以及傳感器質(zhì)量等因素影響波動問題都需要進一步積累運行經(jīng)驗，實現(xiàn)在線監(jiān)測技術(shù)的新突破。

c）裝置入網(wǎng)審核急需加強。由于在線監(jiān)測系統(tǒng)實用化應(yīng)用是一個長期過程，需要在裝置布點、入網(wǎng)審核、數(shù)據(jù)分析應(yīng)用各方面進行長遠規(guī)劃，才能產(chǎn)生最大的經(jīng)濟和社會效益。在線監(jiān)測裝置需在生產(chǎn)廠家完成型式試驗、出廠實驗，送國網(wǎng)電力科學(xué)研究院等第三方開展入網(wǎng)檢測，進行產(chǎn)品所在省份的網(wǎng)省抽查。目前，只有浙江電網(wǎng)、江蘇電網(wǎng)具有入網(wǎng)檢測能力，可以開展網(wǎng)省抽檢的工作，山西尚沒有建成入網(wǎng)檢測實驗室，入網(wǎng)檢測能力有待進一步提高。

[1]武國亮.山西電網(wǎng)輸變電狀態(tài)監(jiān)測中心的設(shè)計實現(xiàn)[J].山西電力，2011（1）：8-12.

[2]黃新波，程榮貴.輸電線路在線監(jiān)測與故障診斷[M].北京：中國電力出版社，2012：3-12.

[3]王鵬，連建華，曹靜.山西電網(wǎng)變電設(shè)備在線監(jiān)測裝置規(guī)范化應(yīng)用探討[J].山西電力，2012（5）：8-10.

[4]帥軍慶，張麗英.電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)檢測技術(shù)應(yīng)用典型案例[M].北京：中國電力出版社，2012：41-126.

[5]楊杰，連建華.在線監(jiān)測技術(shù)在山西電網(wǎng)中的應(yīng)用探討[J].山西電力，2005（5）：45-53.

[6]黃新波.變電設(shè)備在線監(jiān)測與故障診斷[M].北京：中國電力出版社，2010：6-9.