江蘇電網(wǎng)輸變電在線監(jiān)測裝置現(xiàn)狀分析及應(yīng)用建議

唐夢穎，路永玲，徐 偉，鐘 丹，胡成博

(國網(wǎng)江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院，江蘇南京211103)

專論與綜述

江蘇電網(wǎng)輸變電在線監(jiān)測裝置現(xiàn)狀分析及應(yīng)用建議

唐夢穎，路永玲，徐 偉，鐘 丹，胡成博

(國網(wǎng)江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院，江蘇南京211103)

文中以變壓器油色譜、直流偏磁、絕緣子污穢度三類成熟度和數(shù)據(jù)有效性較高的在線監(jiān)測裝置為主，對其監(jiān)測應(yīng)用原理進行闡述，并結(jié)合實例對江蘇電網(wǎng)輸變電在線監(jiān)測裝置的現(xiàn)狀和應(yīng)用情況展開分析。分析認為需提高在線監(jiān)測裝置的可靠性并加強在線監(jiān)測數(shù)據(jù)與故障缺陷的關(guān)聯(lián)性，推進在線監(jiān)測裝置智能化發(fā)展。

在線監(jiān)測；油色譜；直流偏磁；絕緣子污穢度

設(shè)備狀態(tài)評價是電網(wǎng)主設(shè)備狀態(tài)檢修的重要依據(jù)，除了定期開展帶電檢測巡查對設(shè)備進行跟蹤管理外，輸變電設(shè)備在線監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用也為設(shè)備狀態(tài)評價、狀態(tài)檢修提供輔助決策。通過對輸變電在線監(jiān)測現(xiàn)狀和應(yīng)用情況進行分析，指出在線監(jiān)測技術(shù)在實際應(yīng)用中尚需解決的問題，并提出應(yīng)用建議，可促進在線監(jiān)測實效性及裝置可靠性的不斷升級，為推進輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修工作提供參考。

輸變電在線監(jiān)測是指在運行情況下，對電力設(shè)備狀況進行連續(xù)或周期性地自動監(jiān)視檢測。在線監(jiān)測系統(tǒng)是指在運行情況下，實現(xiàn)一次設(shè)備在線監(jiān)測數(shù)據(jù)連續(xù)或周期性地采集、處理、診斷分析及傳輸?shù)脑O(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)[1]。

1 江蘇電網(wǎng)輸變電在線監(jiān)測現(xiàn)狀

1.1 變電設(shè)備在線監(jiān)測

江蘇電網(wǎng)已接入變電設(shè)備在線監(jiān)測裝置 1392套，覆蓋全省±500 kV換流站1座、500 kV變電站44座、220 kV變電站59座。在線監(jiān)測裝置主要包括變壓器/高抗油色譜、變壓器直流偏磁、鐵心電流、油溫、金屬氧化物避雷器泄漏電流、GIS密度微水、變電站微氣象等15種類型。其中GIS密度微水、變壓器油色譜、避雷器泄漏電流在線監(jiān)測裝置比例較高，具體比例如圖1所示。

1.2 輸電設(shè)備在線監(jiān)測

江蘇電網(wǎng)已接入輸電在線監(jiān)測裝置300套，主要安裝在3條1000 kV特高壓輸電線路、2條±800 kV特高壓輸電線路、24條500 kV輸電線路和14條220 kV輸電線路。在線監(jiān)測裝置主要類型有導(dǎo)線溫度、導(dǎo)線弧垂、桿塔傾斜、線路微氣象、視頻圖像、微風(fēng)振動、絕緣子污穢度、絕緣子風(fēng)偏。

其中導(dǎo)線溫度、微氣象、視頻監(jiān)控裝置所占比例較高，具體比例如圖2所示。

圖1 變電設(shè)備在線監(jiān)測裝置占比情況

圖2 輸電設(shè)備在線監(jiān)測裝置占比情況

2 主要輸變電在線監(jiān)測技術(shù)原理及應(yīng)用實例

目前，江蘇電網(wǎng)輸變電在線監(jiān)測類型較多，以應(yīng)用比較廣泛的油色譜、直流偏磁及污穢度三類在線監(jiān)測為例，對目前輸變電在線監(jiān)測應(yīng)用實效進行分析。

2.1 變壓器油色譜在線監(jiān)測

2.1.1 監(jiān)測原理分析

油中溶解氣體分析方法（DGA）因不受外界電場和磁場的影響，且能夠在無需停電的情況下進行，已成為診斷油浸電力變壓器早期故障及預(yù)防災(zāi)難性事故的最有效的方法之一[2]。目前，變壓器油色譜在線監(jiān)測裝置占江蘇電網(wǎng)變電在線監(jiān)測裝置總數(shù)的1/4，基本覆蓋所有500 kV及以上變電站。

按監(jiān)測對象，可分為單組分監(jiān)測和多組分監(jiān)測。單組分監(jiān)測主要指對某一特征氣體組分含量或以它為主的混合氣體濃度進行監(jiān)測，不進行氣體組分的分離而直接測量氣體混合濃度[3]；多組分監(jiān)測需對變壓器油中溶解氣體進行油氣分離，再對利于診斷和判別變壓器故障的多種氣體[4]進行組分分離和測量。

按監(jiān)測方法，可分為氣相色譜法、光聲光譜法、紅外光譜法和傳感器陣列法。其中氣相色譜法是目前使用最廣泛及有效的氣體分離、分析方法，通過將實驗室檢測技術(shù)現(xiàn)場小型化，利用色譜柱實現(xiàn)對氣體成分的分離。光聲光譜法是基于氣體的光聲效應(yīng)，通過檢測氣體分子吸收電磁輻射后產(chǎn)生的壓力波檢測氣體濃度。紅外光譜法主要基于光的干涉原理，利用光的干涉波經(jīng)傅里葉變化得到紅外光譜圖，結(jié)合圖譜對變壓器油中多種氣體進行分析[5]。傳感器陣列法主要基于多傳感器信息融合技術(shù)，將氣體傳感器組合形成傳感器陣列，結(jié)合模式識別技術(shù)，形成氣體判別系統(tǒng)。多組分在線監(jiān)測方法的比較如表1所示。

表1 多組分在線監(jiān)測方法的比較

按油氣分離技術(shù)，可分為薄膜法、真空脫氣法和頂空法。薄膜法是基于氣體的擴散原理，使用只滲透氣體分子而不能滲透油的高分子膜，利用膜兩側(cè)氣體壓力的不平衡性，使氣體自動從油中向氣室擴散而實現(xiàn)油氣分離[6]。真空脫氣法主要有2種方式：波紋管法和真空泵脫氣法，前者利用小型電機帶動波紋管反復(fù)壓縮，多次抽真空而將油中溶解氣體抽出來；后者利用離線色譜分析中的抽真空脫氣原理，用真空泵抽空氣來抽取油中溶解氣體[7]。頂空法是通過一定的手段（攪拌）使得油中溶解氣體在氣液兩相達到分配平衡，通過測試氣相中的各組分濃度，并根據(jù)奧特瓦爾德系數(shù)計算出油中溶解氣體各組分的濃度[8]。

江蘇地區(qū)采用多組分監(jiān)測，監(jiān)測裝置多為氣相色譜法和光聲光譜法，油氣分離技術(shù)以真空脫氣法和頂空法為主。具體比例如表2所示。

表2 不同監(jiān)測原理油色譜裝置占比 %

通過監(jiān)測變壓器油中溶解氣體含量和絕對產(chǎn)氣速率的變化，可以及時反映變壓器內(nèi)部局部過熱、火花放電、電弧放電等危害變壓器安全穩(wěn)定運行的潛伏性缺陷。常見變壓器故障產(chǎn)生的氣體組分[9]如表3所示。

表3 常見故障產(chǎn)生的氣體組分

目前，江蘇電網(wǎng)輸變電狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)主要運用三比值法和大衛(wèi)三角法作為評價方法，對變壓器油色譜在線監(jiān)測數(shù)據(jù)開展實時分析工作。三比值法是指利用5種氣體（CH4，C2H4，C2H6，C2H2，H2）的三對比值（C2H2/ C2H4，CH4/H2，C2H4/C2H6）的編碼組合來進行故障類型判斷的方法[10]。大衛(wèi)三角法是利用CH4，C2H4，C2H23種氣體進行故障類型判斷[11]。

2.1.2 應(yīng)用實例分析

某500 kV變電站1號主變A相為日本日立公司生產(chǎn)，設(shè)備型號為AFLOC-AMNYCCP，1992年2月投運，2011年10月該主變油色譜在線監(jiān)測裝置接入主站平臺。自接入后，該主變的總烴含量一直超過150 μL/L。圖3為該主變近1年油色譜在線監(jiān)測數(shù)據(jù)與現(xiàn)場定期油化試驗數(shù)據(jù)的對比，2組數(shù)據(jù)總烴含量差異不大。

圖3 在線監(jiān)測數(shù)據(jù)與離線試驗數(shù)據(jù)對比

通過三比值法和大衛(wèi)三角法對在線監(jiān)測數(shù)據(jù)進行評價診斷，該主變總烴含量超過注意值，與其定期狀態(tài)評價報告中的結(jié)論一致，說明在線監(jiān)測數(shù)據(jù)與現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)較為吻合，其數(shù)據(jù)可靠性較高。

2.2 直流偏磁在線監(jiān)測的應(yīng)用

2.2.1 監(jiān)測原理分析

直流偏磁是指在變壓器繞組中出現(xiàn)直流分量，使變壓器的磁通曲線發(fā)生偏移。當(dāng)直流輸電采用單極大地回線方式或雙極不平衡運行時，大地回流使兩接地極之間產(chǎn)生直流電位差，在直流電位差的作用下，直流電流會部分流入中性點接地的變壓器繞組中導(dǎo)致直流偏磁的產(chǎn)生[12]。

直流偏磁在線監(jiān)測裝置是采用霍爾效應(yīng)測試直流電流，安裝在變壓器中性點引下線上，通過屏蔽信號電纜將數(shù)據(jù)提供給采集單元[13]?？蓪χ绷鬏旊娤到y(tǒng)單極大地運行所引起的變壓器中性點直流電流的變化進行實時監(jiān)測，研究一個地區(qū)的交直流混合電網(wǎng)直流偏磁的分布規(guī)律，避免直流偏磁對電網(wǎng)造成危害。

特高壓入蘇后，江蘇地區(qū)目前在運的換流站5座，都為雙極兩端中性點接地運行方式。當(dāng)換流站運行方式變?yōu)閱螛O運行或雙極不平衡運行時，換流站接地極附近的變壓器不同程度的受到直流偏磁影響，引起本體振動和噪聲加劇、無功損耗和勵磁電流諧波含量增加等問題，嚴(yán)重時可造成變壓器絕緣老化甚至損壞，嚴(yán)重危及交流電網(wǎng)的安全運行。針對這一情況，目前江蘇電網(wǎng)在蘇州和無錫地區(qū)的17臺500 kV重要變壓器、6臺220 kV重要變壓器上安裝直流偏磁在線監(jiān)測裝置，實時跟蹤變壓器中性點電流、振動和噪聲的變化情況。

2.2.2 應(yīng)用實例分析

蘇州地區(qū)某500 kV變電站主變壓器于2012年6月安裝直流偏磁在線監(jiān)測裝置。于2016年5月26日23∶40，某換流站開展直流換流器額定功率考核試驗，期間極I進行額定功率運行，極I、極II成雙極不平衡運行。受換流站雙極不平衡運行影響，該變電站主變直流偏磁在線監(jiān)測數(shù)據(jù)所測的中性點電流出現(xiàn)明顯增長。圖4為2016年5月26日該換流站極I與極II直流電流實測變化曲線，圖5為2016年5月26日該主變直流偏磁在線監(jiān)測數(shù)據(jù)變化曲線。

圖4 2016年5月26日某換流站極I與極II直流電流實測值

圖5 2016年5月26日某主變直流偏磁在線監(jiān)測數(shù)據(jù)變化曲線

對比圖4和圖5可見，23∶40額定功率考核試驗開始，極I電流值上升，極II電流值下降，換流站處于雙極不平衡運行。23∶40至次日07∶00期間，極I最大電流值達到4545 A，最大入地電流達到1970 A。受到換流站運行方式改變及入地電流增大的影響，該500 kV主變壓器中性點直流在23∶40左右由-0.42 A徒增至-1.42 A，期間該主變最大中性點直流達到-1.58 A，最大增幅1.16 A。

當(dāng)換流站處于雙極不平衡運行時，直流偏磁對換流站接地極附近變電站變壓器中性點電流有明顯影響，而安裝的直流偏磁在線監(jiān)測裝置所測數(shù)據(jù)也較為可靠并且及時地反應(yīng)了此類情況。

2.3 絕緣子污穢度在線監(jiān)測的應(yīng)用

2.3.1 監(jiān)測原理分析

絕緣子污穢度在線監(jiān)測是通過對絕緣子表面電導(dǎo)率進行實時監(jiān)測，并依據(jù)專家系統(tǒng)中的評估模型對絕緣子污穢度進行實時評估，預(yù)測惡劣氣候條件下的閃絡(luò)電壓，實現(xiàn)污穢度在線預(yù)警。

自2012年開始，逐步對江蘇省內(nèi)部分重要線路安裝絕緣子污穢度在線監(jiān)測裝置，主要集中在徐州、連云港等蘇北少雨及沿海地區(qū)和南京、鎮(zhèn)江、蘇州等沿江工業(yè)地區(qū)的電力通道。結(jié)合江蘇電網(wǎng)污穢預(yù)警系統(tǒng)，建立污閃風(fēng)險綜合評估模型，定時對各類監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析和風(fēng)險核查，實現(xiàn)污穢度預(yù)警，科學(xué)指導(dǎo)江蘇電網(wǎng)防污閃工作的開展。

2.3.2 應(yīng)用實例分析

2015年1月23日至25日，污穢在線監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)顯示儀征地區(qū)某500 kV輸電桿塔泄漏電流異常增大，如圖6所示。

圖6 2015年1月25日泄漏電流值監(jiān)測曲線

泄漏電流值從夜間的2 mA快速上升至清晨的31.2 mA，升高幅度達到29.2 mA，1月25日09∶23泄漏電流達到63.7 mA。經(jīng)現(xiàn)場紫外特巡發(fā)現(xiàn)該線路桿塔上各相運行絕緣子表面放電已十分嚴(yán)重，如圖7所示。建議運行維護部門盡快停電清掃，并適時開展噴涂RTV的工作。

圖7 絕緣子表面放電紫外成像圖

3 輸變電在線監(jiān)測存在問題與應(yīng)用建議

3.1 存在問題

（1）在線監(jiān)測數(shù)據(jù)的有效性與主設(shè)備缺陷或故障時的關(guān)聯(lián)度不夠。如南通某500 kV變電站5號主變A相于2014年中的例行油色譜檢測中發(fā)現(xiàn)油中含有乙炔，并呈持續(xù)增長趨勢。2015年2月該主變加裝油色譜在線監(jiān)測裝置，并將采樣周期設(shè)置為四小時一次。通過跟蹤比較該主變在線監(jiān)測數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)在線監(jiān)測數(shù)據(jù)與離線試驗數(shù)據(jù)有較大的偏差。如2015年2月16日，該主變在線監(jiān)測數(shù)據(jù)測得乙炔含量為0 μL/L，并初步判斷主變?yōu)檎顟B(tài)，無過熱或放電現(xiàn)象。而當(dāng)日在現(xiàn)場開展的離線試驗所測得該主變的乙炔含量為0.7 μL/L，通過后期對主變開展的各項電氣試驗顯示，該主變由于油箱內(nèi)的磁屏蔽接地線螺栓松動，產(chǎn)生懸浮放電導(dǎo)致油色譜中乙炔產(chǎn)生。因在線數(shù)據(jù)與離線數(shù)據(jù)差異較大，其有效性與設(shè)備缺陷關(guān)聯(lián)度不夠，使在線監(jiān)測數(shù)據(jù)目前還不能成為判斷主設(shè)備運行情況的依據(jù)。

（2）在線監(jiān)測裝置類型較多，所涉及的裝置生產(chǎn)廠家較多，產(chǎn)品質(zhì)量及售后服務(wù)參差不齊。站端裝置后臺軟件故障、電子元件老化、耗材不足、傳輸信道異常均影響在線監(jiān)測裝置使用。以油色譜在線監(jiān)測裝置為例，2016年第一季度共發(fā)生油色譜在線監(jiān)測數(shù)據(jù)異常中斷事件34起，主要故障原因為傳輸信道異常、站端裝置后臺軟件故障、耗材不足和場裝置配件老化，其占比分別為50%，23.5%，14.7%和11.8%。而完成相應(yīng)裝置現(xiàn)場消缺周期一般需要3到5個工作日，較為影響在線監(jiān)測的日常巡檢。

（3）裝置投運后存在數(shù)據(jù)傳輸不穩(wěn)定、可靠性較差、波動異常等。如常州地區(qū)某500 kV變電站3號主變A相，該主變乙炔含量一直超出注意值1 μL/L，其離線試驗數(shù)據(jù)在7～8 μL/L小范圍波動，而在線監(jiān)測乙炔含量在0～8 μL/L跳變，上傳數(shù)據(jù)較為不穩(wěn)定，波動較為異常。

3.2 應(yīng)用建議

（1）加強在線監(jiān)測數(shù)據(jù)與主設(shè)備的關(guān)聯(lián)度、細化裝置告警閾值設(shè)定，提高在線監(jiān)測數(shù)據(jù)對主設(shè)備狀態(tài)評價分析能力。

（2）建議運行維護單位定期開展現(xiàn)場裝置的校驗對比工作，提高在線監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

（3）加強在線監(jiān)測裝置入網(wǎng)檢測力度，提升在線監(jiān)測裝置質(zhì)量監(jiān)督管理水平，從源頭上確保在線監(jiān)測裝置本身的可靠性。

4 結(jié)束語

通過對江蘇電網(wǎng)輸變電在線監(jiān)測裝置的現(xiàn)狀及應(yīng)用情況進行分析，得出目前變壓器油色譜、直流偏磁及絕緣子污穢在線監(jiān)測技術(shù)在輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測方面相對成熟，在線監(jiān)測數(shù)據(jù)較為可靠，并且已覆蓋江蘇地區(qū)重要變電站及輸電通道，可對主設(shè)備的運行狀態(tài)起輔助監(jiān)測及診斷分析作用。隨著各類在線監(jiān)測裝置在電網(wǎng)生產(chǎn)中的應(yīng)用面不斷擴大、安裝數(shù)量不斷增加，必須繼續(xù)加強在線監(jiān)測數(shù)據(jù)與電網(wǎng)設(shè)備缺陷與故障的關(guān)聯(lián)度、提高在線監(jiān)測裝置的可靠性、推進在線監(jiān)測裝置智能化水平的發(fā)展。

[1]DL/T 1430—2015變電設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)導(dǎo)則[S].

[2]趙笑笑，云玉新，陳偉根.變壓器油中溶解氣體的在線監(jiān)測技術(shù)評述[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2009，37(23)：187-191.

[3]許 坤.基于動態(tài)頂空脫氣技術(shù)的變壓器油中多組分氣體在線監(jiān)測系統(tǒng)研究[D].南京：東南大學(xué)，2006.

[4]DL/T 722—2014變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則[S].

[5]許 坤，周建華，茹秋實，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)：30-35.

[6]賈瑞君.高分子薄膜在變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測中的應(yīng)用[J].變壓器，2001，38(10)：37-40.

[7]賈瑞君.關(guān)于變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測的綜述[J].電網(wǎng)技術(shù)，1998，22(5)：49-55.

[8]黃劍斌，譚建敏，梁湛原，等.變壓器油頂空脫氣法[J].電力科學(xué)與技術(shù)報，2013，28(2)：89-93.

[9]DL/T 722—2014變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則[S].

[10]吳 瑾，謝康健.變壓器油中溶解氣體三比值法應(yīng)用問題的討論[J].技術(shù)交流與應(yīng)用，1997，11(2)：11-15.

[11]苑津莎，秦 英，何亞軍.變壓器大衛(wèi)三角形法故障診斷結(jié)果的基本信任分配函數(shù)研究[J].電測與儀表，2015，52(1)：13-18.

[12]董 霞.變壓器直流偏磁研究[D].濟南：山東大學(xué)，2013.

[13]吳 鵬，田 猛，陸云才，等.錦—蘇特高壓直流對江蘇電網(wǎng)變壓器直流偏磁的影響[J].江蘇電機工程，2014，33(1)：5-8.

Status Analysis and Application Suggestions of Online Monitoring Device on Power Transmission and Transformation Equipment in Jiangsu Power Grid

TANG Mengying，LU Yongling，XU Wei，ZHONG Dan，HU Chengbo
(State Grid Jiangsu Electric Power Company Electric Power Research Institute,Nanjing 211103,China)

This paper pays attention to three mature types of online monitoring devices,namely transformer oil chromatography,dc magnetic bias and insulator pollution degree,which have high data availability.The principles of monitoring devices are illustrated in the paper.By practical application cases,the status of online monitoring devices utilized in Jiangsu power grid transmission and distribution system are analyzed.The result of analysis shows it is necessary to improve the reliability of online monitoring device and to strengthen the relationship between online monitoring data and fault defects detection which will promotes the intelligent development of online monitoring devices.

online monitoring;oil chromatographic;dc magnetic bias;insulator pollution degree

TM63；TP277

A

1009-0665（2016）06-0001-04

唐夢穎（1988），女，江蘇南京人，助理工程師，從事電網(wǎng)主設(shè)備在線監(jiān)測數(shù)據(jù)巡視和分析工作；

路永玲（1988），女，甘肅白銀人，工程師，從事設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測評價、故障分析及技術(shù)監(jiān)督工作；

徐 偉（1987），男，江蘇南京人，助理工程師，從事電網(wǎng)主設(shè)備在線監(jiān)測數(shù)據(jù)巡視和分析工作；鐘 丹（1988），男，江蘇南京人，助理工程師，從事電網(wǎng)主設(shè)備在線監(jiān)測數(shù)據(jù)巡視和分析工作；胡成博（1984），男，江西贛榆人，工程師，從事開關(guān)類設(shè)備狀態(tài)評價、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)分析管理及專業(yè)信息系統(tǒng)設(shè)計工作。

2016-08-08；

2016-09-23