油色譜載氣余量在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

何思陽

（貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司都勻供電局，貴州 都勻 558000）

油色譜載氣余量在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

何思陽

（貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司都勻供電局，貴州 都勻 558000）

變壓器是變電站中的核心設(shè)備，加強(qiáng)對變壓器運(yùn)行情況的監(jiān)測力度，確保其運(yùn)行的可靠性，對提升電力系統(tǒng)供電可靠性和運(yùn)行的穩(wěn)定性意義重大。變壓器油色譜在線監(jiān)測是變壓器狀態(tài)監(jiān)測中技術(shù)成熟且最為常見的手段，目前油色譜在線監(jiān)測大部分設(shè)備仍然帶有載氣瓶，載氣瓶的更換是日常維護(hù)的重點(diǎn)。本文針對載氣瓶的氣體監(jiān)測、分析，設(shè)計(jì)了變壓器載氣余量監(jiān)測系統(tǒng)，為載氣瓶的更換和設(shè)備的狀態(tài)檢修提供了依據(jù)。

油色譜監(jiān)測；載氣余量；在線監(jiān)測

變壓器是配電網(wǎng)絡(luò)的樞紐設(shè)備，變壓器的正常運(yùn)行關(guān)系著整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行安全。有效監(jiān)測變壓器油中的溶解氣體的各種氣體的含量可以對變壓器的絕緣故障情況進(jìn)行有效掌控，變壓器油溶解氣體色譜分析是檢測油浸式變壓器故障強(qiáng)有力的手段，已經(jīng)廣泛應(yīng)用。變壓器油色譜在線監(jiān)控設(shè)備已經(jīng)相當(dāng)成熟，是變壓器狀態(tài)監(jiān)控的重要監(jiān)測設(shè)備[1]。目前該產(chǎn)品大都帶有載氣瓶，當(dāng)載氣瓶中沒有載氣時(shí)則需要對載氣瓶進(jìn)行更換，由于缺乏實(shí)時(shí)監(jiān)測設(shè)備，如果載氣瓶提前更換，頻繁地更換載氣瓶，會(huì)造成人工和材料過多消耗，容易造成浪費(fèi)；若當(dāng)載氣余量為零時(shí)再去更換，則中間會(huì)出現(xiàn)檢測真空期，造成設(shè)備工作的連續(xù)性被打斷，此時(shí)一旦設(shè)備發(fā)生故障，則不能監(jiān)測到。此外，在監(jiān)控過程中設(shè)備軟件難免出現(xiàn)死機(jī)情況，此時(shí)往往需要斷電重起就能恢復(fù)，常規(guī)的監(jiān)控設(shè)備往往缺乏重起功能，需要工作人員到場進(jìn)行人工操作，浪費(fèi)了大量人力。本文針對這些問題設(shè)計(jì)了變壓器油色譜載氣余量監(jiān)控系統(tǒng)，對變壓器色譜監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行和維護(hù)提供了比較大的便利。

1 變壓器油色譜載氣余量在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 變壓器色譜載氣余量監(jiān)測設(shè)備

實(shí)現(xiàn)載氣余量在線監(jiān)測，首先要對常規(guī)監(jiān)測設(shè)備進(jìn)行改造。將載氣瓶的壓力表進(jìn)行改造，使其具有數(shù)據(jù)通信功能，可以和上級設(shè)備直接進(jìn)行通信。實(shí)時(shí)上傳載氣余量數(shù)據(jù)，以供服務(wù)器進(jìn)行可靠的氣體監(jiān)測、分析、診斷，提供實(shí)時(shí)歷史曲線對比數(shù)據(jù)，初步定位分析氣瓶的載氣余量以及判斷是否存在氣體泄露。同時(shí)在油色譜機(jī)柜中配置一臺(tái)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程化電源控制模塊、一臺(tái)串口服務(wù)器、一個(gè)數(shù)字壓力表、一個(gè)DC24V開關(guān)電源。油色譜載氣余量監(jiān)控系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

圖1 油色譜載氣余量監(jiān)控設(shè)備原理圖

圖1所示設(shè)備中，壓力表為數(shù)字式壓力表，負(fù)責(zé)載氣瓶壓力的實(shí)時(shí)監(jiān)測，電源控制器負(fù)責(zé)設(shè)備電源控制，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)重起功能。壓力表和電源控制器都應(yīng)具有通信功能，且采用相同的通信規(guī)約，以方便遠(yuǎn)程服務(wù)器的遠(yuǎn)程控制[2]。由于串口通信抗干擾能力較弱，容易受到干擾信號(hào)的影響而影響通信，因此，加入光電轉(zhuǎn)換器，將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光纖信號(hào)，從而保證通信數(shù)據(jù)能可靠傳輸[3]。

1.2 色譜載氣余量監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

目前變電在線監(jiān)測系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)流如圖2所示。由于所有IED數(shù)據(jù)都被CAC轉(zhuǎn)發(fā)到省PMS上。而當(dāng)前在線監(jiān)測裝置穩(wěn)定性普遍較差，誤報(bào)警頻發(fā)，無法滿足發(fā)揮其在線監(jiān)測的作用，更導(dǎo)致目前各地區(qū)考核指標(biāo)普遍不理想。有幾種故障問題急需解決：

圖2 常規(guī)在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

1）油色譜IED、鐵心等裝置宕機(jī)（死機(jī)），PMS經(jīng)常要到第二天甚至第三天才能判斷異常并做出異常報(bào)警；而當(dāng)PMS出現(xiàn)異常報(bào)警后才通知地區(qū)局相關(guān)負(fù)責(zé)人進(jìn)行處理，地區(qū)局組織相關(guān)廠家技術(shù)人員到現(xiàn)場處理故障，因此往往至少要兩到三天時(shí)間才能將故障排除。嚴(yán)重影響系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

2）油色譜在線監(jiān)測裝置載氣消耗很快，需要耗費(fèi)大量的人工去現(xiàn)場更換載氣瓶，目前由于沒有對載氣余量進(jìn)行監(jiān)測，只有當(dāng)PMS系統(tǒng)進(jìn)行油色譜裝置無載氣報(bào)警時(shí)才派工作人員到現(xiàn)場進(jìn)行更換載氣瓶，無法進(jìn)行計(jì)劃性更換載氣，且裝置廠家采用國產(chǎn)載氣計(jì)量表，精度不高，無法準(zhǔn)確進(jìn)行當(dāng)前氣量檢測，當(dāng)出現(xiàn)大量這種問題時(shí)，油色譜裝置在這段時(shí)間無法進(jìn)行設(shè)備在線監(jiān)測工作，導(dǎo)致PMS長時(shí)間內(nèi)不能提供有效的監(jiān)測數(shù)據(jù)。

3）CAC主機(jī)裝置宕機(jī)（死機(jī)），首先安排專業(yè)人員到變電站現(xiàn)場對 CAC主機(jī)裝置進(jìn)行電源重起操作并檢查，如果數(shù)據(jù)能正常上傳則說明故障已排除，如果數(shù)據(jù)無法正常上傳則需要安排CAC裝置廠家技術(shù)人員再到現(xiàn)場處理故障。

以上三種現(xiàn)象嚴(yán)重影響考核指標(biāo)。整個(gè)系統(tǒng)對異常報(bào)警反應(yīng)慢，故障處理流程多，耗時(shí)長，故障處理不及時(shí)，導(dǎo)致在線監(jiān)測考核指標(biāo)中在線率下降。檢修人員耗費(fèi)大量時(shí)間在去變電站的路上，且維護(hù)量過大，重復(fù)工作較多，直接導(dǎo)致運(yùn)維檢修成本加大。

針對如上所述的這些問題我們對監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行了升級改造，研發(fā)了在線監(jiān)測管理平臺(tái)及遠(yuǎn)程管理模塊（PDU、PCM），加強(qiáng)了對設(shè)備的管理，很好解決了目前在線監(jiān)測相關(guān)問題，改造后的系統(tǒng)圖如圖3所示。

如圖3所示，地區(qū)管理平臺(tái)肩負(fù)起設(shè)備的控制任務(wù)，進(jìn)行設(shè)備的有效監(jiān)控，地區(qū)管理平臺(tái)的建立，分擔(dān)了大量的控制任務(wù)，極大地緩解了省公司的負(fù)擔(dān)，系統(tǒng)的可靠性大大增強(qiáng)。系統(tǒng)的主要功能有：

1）預(yù)警功能

（1）當(dāng) CAC、IED發(fā)生宕機(jī)（死機(jī)）后載氣10min內(nèi)發(fā)出報(bào)警，做到實(shí)時(shí)報(bào)警。

（2）通過系統(tǒng)分析模塊對裝置故障進(jìn)行定位。

（3）通過平臺(tái)檢測模塊，實(shí)時(shí)監(jiān)測當(dāng)前油色譜裝置載氣余量，少于設(shè)定天數(shù)時(shí)，會(huì)在展示頁面進(jìn)行預(yù)警及報(bào)警，提示維護(hù)人員安排更換載氣瓶計(jì)劃。

圖3 在線監(jiān)測系統(tǒng)改造后的結(jié)構(gòu)示意圖

2）遠(yuǎn)程電源管理（遠(yuǎn)程操作軟硬重起功能）

（1）當(dāng)管理平臺(tái)顯示CAC數(shù)據(jù)及通信異常時(shí)，經(jīng)過平臺(tái)分析診斷后，值班人員可通過管理平臺(tái)對CAC裝置進(jìn)行遠(yuǎn)程一系列操控，如電源控制，指令控制等。

（2）當(dāng)管理平臺(tái)顯示IED數(shù)據(jù)及通信異常時(shí)，經(jīng)過平臺(tái)分析診斷后，值班人員可通過管理平臺(tái)對IED裝置進(jìn)行遠(yuǎn)程一系列操控，如電源控制，指令控制等。

3）誤報(bào)警過濾功能

當(dāng)采集裝置采集到異常數(shù)據(jù)時(shí)，在異常報(bào)警數(shù)據(jù)上傳到PMS之前，系統(tǒng)提示相關(guān)人員判斷數(shù)據(jù)的真實(shí)性，如數(shù)據(jù)為誤報(bào)警數(shù)據(jù)，系統(tǒng)將會(huì)根據(jù)歷史數(shù)據(jù)重新模擬正常數(shù)據(jù)發(fā)送至PMS端，如果是真實(shí)的報(bào)警數(shù)據(jù)，系統(tǒng)將提示是否發(fā)至PMS端，正常情況下，如在規(guī)定時(shí)間內(nèi)不進(jìn)行人為干預(yù)，系統(tǒng)將會(huì)模擬歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)送。

4）其他控制功能

系統(tǒng)根據(jù)管理需要，可以連接打印機(jī)，提供其他統(tǒng)計(jì)報(bào)表，以及進(jìn)行其他遠(yuǎn)程管理控制功能。

2 載氣余量在線監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用

在省電網(wǎng)的大力支持下，變壓器油色譜載氣余量在線監(jiān)測系統(tǒng)在個(gè)別地區(qū)局試點(diǎn)成功，效果明顯，得到了局方的一致認(rèn)可與好評。改造項(xiàng)目整體方案實(shí)施分為三部分：

1）地區(qū)局安裝管理平臺(tái)（內(nèi)網(wǎng)安裝管理平臺(tái)客戶端）。

2）改造CAC裝置電源部分并且再分配一個(gè)IP地址，使變電在線監(jiān)測管理平臺(tái)能對CAC主機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程斷電硬重起（如IP緊張，可配置路由器自由分配IP地址）。

3）改造 IED裝置電源部分，使變電在線監(jiān)測管理平臺(tái)能對IED進(jìn)行遠(yuǎn)程斷電硬重起（加裝PCM電源分配器）。

4）更換油色譜裝置載氣瓶壓力表（更換測量精度較高的進(jìn)口計(jì)量表）。

系統(tǒng)改造施工工作簡單快捷，每個(gè)站安裝所有設(shè)備大約需要2h即可完成。

圖4為監(jiān)控中心服務(wù)器中變壓器載氣余量監(jiān)視畫面。在畫面中通過鼠標(biāo)點(diǎn)擊選擇的方式可以方便形象地看到所需站點(diǎn)的變壓器載氣瓶壓力值。

圖4 變壓器油色譜載氣余量監(jiān)視畫面

3 結(jié)論

通過系統(tǒng)改造實(shí)現(xiàn)載氣瓶里的載氣余量的監(jiān)測，并上傳至監(jiān)控中心。從而提前預(yù)知載氣剩余情況，計(jì)劃性換氣及制定載氣批量更換計(jì)劃，避免IED裝置出現(xiàn)無氣告警及工作斷檔期。通過油色譜 IED遠(yuǎn)程斷電重起，解決了IED死機(jī)問題。整個(gè)系統(tǒng)獲得了極大的成功。從安全角度上說，確保油色譜載氣余量的提前預(yù)知，避免無載氣狀況，保證裝置穩(wěn)定運(yùn)行。并且提高了油色譜裝置的運(yùn)行持續(xù)性，避免了工作真空期，減少裝置的告警率。實(shí)現(xiàn)裝置的遠(yuǎn)程化電源控制，解決了裝置死機(jī)問題，降低故障率。從經(jīng)濟(jì)效益上說，制定批量更換載氣計(jì)劃，工作效率得到顯著提高，維護(hù)次數(shù)大大減少，進(jìn)而降低了系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)成本。裝置遠(yuǎn)程化電源控制的實(shí)現(xiàn)，減輕了人員維護(hù)壓力，人工成本大大降低。

[1]謝齊家,阮鈴,盧軍.變電設(shè)備在線監(jiān)測裝置應(yīng)用情況綜述及配置建議[J].湖北電力,2011(A01):121-123.

[2]胡錫幸,馬濤,王文浩.浙江電網(wǎng)變電設(shè)備在線監(jiān)測裝置應(yīng)用分析[J].浙江電力,2013(11):2-5.

[3]劉君華.智能傳感器系統(tǒng)[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2000.

Design of Spectrum Carrier Gas Online Monitoring System of Residual Oil

He Siyang
(Guizhou Power Supply Bureau of Tuyun Power Grid Co.,Ltd,Duyun,Guizhou 558000)

The transformer is the core equipment in substation,to strengthen the monitoring of the operation of the transformer to ensure the reliability of its operation,to enhance the reliability of power supply system reliability and stability is of great significance.Transformer oil chromatographic on-line monitoring is the transformer condition monitoring technology is mature and the most common means,at present most of the oil chromatographic on-line monitoring equipment is still a gas cylinder carrying,loading cylinder replacement is day-to-day maintenance of the key.In this paper,gas monitoring and analysis of gas cylinders are designed to provide a basis for the replacement of the carrier gas cylinders and the maintenance of the equipment.

monitoring of oil chromatogram;carrier gas allowance;online monitoring

何思陽（1985-），男，工程碩士，研究方向?yàn)樽冸娫O(shè)備在線監(jiān)測、高壓試驗(yàn)。