變電站變壓器在線監(jiān)測系統(tǒng)及其應用研究

張 亮，高紅強（國網(wǎng)安徽省電力公司檢修公司，安徽合肥230000）

變電站變壓器在線監(jiān)測系統(tǒng)及其應用研究

張 亮，高紅強（國網(wǎng)安徽省電力公司檢修公司，安徽合肥230000）

伴隨電網(wǎng)建設規(guī)模的不斷擴大與信息技術在電網(wǎng)應用的日益成熟，智能電網(wǎng)已成為現(xiàn)代電網(wǎng)的一個重要標志。變電站變壓器作為智能電網(wǎng)的重要組成部分，其正常工作是維護與保障電網(wǎng)正常穩(wěn)定運行的重要條件與基礎。而要想觀察變電站變壓器運行狀態(tài)就需要借助在線監(jiān)測系統(tǒng)，因此本文對在線監(jiān)測技術現(xiàn)狀，變電站變壓器在線監(jiān)測系統(tǒng)的設計，以及在線監(jiān)測系統(tǒng)在變電站變壓器中的應用進行了相關研究。

變電站；變壓器；在線監(jiān)測系統(tǒng)；設計；應用

前言

在線監(jiān)測系統(tǒng)作為智能電網(wǎng)當前及未來發(fā)展的重點方向，對電網(wǎng)建設與運行具有重要的影響和作用。利用在線監(jiān)測系統(tǒng)對電網(wǎng)中的變電站變壓器運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測，對出現(xiàn)的故障進行定位、診斷與分析，不僅可以大大降低故障對變電站變壓器的影響，而且可以顯著提高整個電網(wǎng)運行效率與可靠性。所以在信息化時代下，設計與應用變電站變壓器在線監(jiān)測系統(tǒng)非常重要。

1 在線監(jiān)測技術應用現(xiàn)狀

在線監(jiān)測系統(tǒng)，是指利用現(xiàn)代傳感技術、計算機技術、信息技術、網(wǎng)絡技術、定位技術等多種科學技術，共同研發(fā)而成的輔助運行系統(tǒng)。它具有故障識別與診斷、報警、追蹤定位等多種功能，在電網(wǎng)中的運用可以實現(xiàn)對各電氣設備運行狀態(tài)的實時監(jiān)測，從而保證電氣設備正常運行[1]。目前，由于使用對象不同、技術支持水平不同，用戶要求各異等原因，使得在線監(jiān)測系統(tǒng)大小、開發(fā)標準、功能范圍等尚無統(tǒng)一界定，也沒有建立起統(tǒng)一的標準。

雖然在線監(jiān)測系統(tǒng)在現(xiàn)代電網(wǎng)的變電站變壓器中得到了廣泛的應用，但隨著狀態(tài)檢修的逐漸深入，一些問題開始逐漸暴露出來，如抗電磁干擾性較弱、穩(wěn)定性較差等。這意味著現(xiàn)有在線監(jiān)測系統(tǒng)的設計還需要不斷的改進與完善，所以對變電站變壓器在線監(jiān)測系統(tǒng)的設計與應用進行研究十分必要。

2 變電站變壓器在線監(jiān)測系統(tǒng)的設計

2.1 系統(tǒng)總體方案設計

在現(xiàn)有變電站變壓器在線監(jiān)測系統(tǒng)如JPOWER2000系統(tǒng)中，傳感器、間隔層、站控層、現(xiàn)場處理終端等是大多數(shù)在線監(jiān)測系統(tǒng)所具有的幾個重要組成部分。基于此，變電站變壓器在線監(jiān)測系統(tǒng)總體結構設計應主要包括變壓器局部放電在線監(jiān)測、油色譜在線監(jiān)測、冷卻系統(tǒng)在線監(jiān)測、控制參量在線監(jiān)測、開關柜溫度在線監(jiān)測、斷路器特性在線監(jiān)測等多個子系統(tǒng)[2]。這些子系統(tǒng)通過分別采取相應區(qū)域內裝置的狀態(tài)信息，然后經(jīng)現(xiàn)場控制單元轉換、分類與匯總，最后由IEC61850協(xié)議發(fā)送到站控層，站控層通過運用各種模型、試驗、采集數(shù)據(jù)等來對變電站變壓器運行狀態(tài)進行評估，從而達到在線監(jiān)測的目的。

2.2 應用模塊設計

2.2.1 變壓器油色譜在線監(jiān)測應用設計

變壓器油色譜在線監(jiān)測應用模塊的設計采用色譜法對油中溶解的氣體進行檢測，該色譜法不僅能夠檢測出氫氣、一氧化碳、二氧化碳、甲烷等多種氣體，而且可以實現(xiàn)連續(xù)檢測與記錄，數(shù)據(jù)處理與故障診斷功能較強。變壓器油色譜IED采用8GSDCARD存儲器，由RS485接口連接TROM-600油色譜在線監(jiān)測裝置完成，可以保存一年以上的數(shù)據(jù)，能夠實現(xiàn)在本地網(wǎng)絡環(huán)境中對數(shù)據(jù)信息的采集、存儲與分析等處理[3]。以這種方式設計的變壓器油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)，最小監(jiān)測周期為2h，監(jiān)測周期可依據(jù)實際情況進行相應調整，支撐遠程操作。

2.2.2 局部放電在線監(jiān)測應用設計

根據(jù)變壓器局部放電產生的原因與現(xiàn)有檢測技術，本文對變壓器局部放電在線監(jiān)測應用系統(tǒng)進行如下設計，變壓器局部放電IED采用超高頻法對局部放電進行檢測，對各監(jiān)測點信號進行定期采集，單次采集信號長度為50個工頻周期。監(jiān)測周期可以根據(jù)實際需要以現(xiàn)場操作或遠程控制方式進行靈活調整，最短周期為60s。由于變壓器局部放電在線監(jiān)測IED配備有三個高速數(shù)據(jù)采集通道，因而可以安裝三個超高頻傳感器，以達到更高的數(shù)據(jù)采集效率。利用局部放電在線監(jiān)測應用模塊對變壓器局部放電特征進行分析，需要對放電頻次、相位、幅值等基本參量進行分析，而這些基本參量的采集與存儲則可以通過局部放電IED來較好的實現(xiàn)[4]。局部放電IED通過采用固態(tài)硬盤存儲技術，既可以保存24h的實時數(shù)據(jù)，也可以保存一年以上的放電特征信息。

變壓器局部放電在線監(jiān)測應用模塊的硬件設計以ARM作為主機，以DSP作為從機，ARM采用三星公司出產的32位精簡指令集S3C2440A系列芯片，該芯片具有功耗小、運行穩(wěn)定、計算快速準確等特點。DSP采用浮點型控制器TMS320F28335系列芯片，該芯片具有成本低、性能好、精度高、集成度高、存儲量大等諸多優(yōu)點。整個局部放電IED硬件結構框圖如圖1。

圖1 變壓器局部放電在線監(jiān)測硬件結構框圖

局部放電在線監(jiān)測應用模塊軟件設計由主機根據(jù)事先設定的通信協(xié)議對被檢測設備下發(fā)指令，從機獲取指令后對指令有效位進行截取，然后轉發(fā)給智能終端，智能終端將采集來的數(shù)據(jù)返回給從機，由從機根據(jù)相應協(xié)議進行解析與整合，再進行封裝、打包傳回主機，最終完成整個數(shù)據(jù)處理過程。

2.2.3 冷卻系統(tǒng)在線監(jiān)測應用設計

變壓器冷卻在線監(jiān)測系統(tǒng)應用設計為ARM與DSP相結合的方式。該系統(tǒng)通過對變壓器負荷電流、頂層油溫等數(shù)據(jù)信息的采集與分析，來實現(xiàn)對冷卻系統(tǒng)運行狀態(tài)的檢測與評估，并能夠根據(jù)系統(tǒng)運行要求對電源、風機輪換周期等進行調整，最終實現(xiàn)對變壓器冷卻系統(tǒng)的遠程控制與故障報警功能。

由互感器與接觸器等組成的風冷控制柜作為變壓器冷卻系統(tǒng)中的一個重要裝置，為保證系統(tǒng)運行安全性，應將其設計成手動控制回路形式，并用該回路來代替自動控制裝置完成冷卻系統(tǒng)的徹底切斷任務，這樣可以有效避免變電站發(fā)生停電風險。變壓器冷卻系統(tǒng)IED結構控制過程如圖2。

圖2 變壓器冷卻系統(tǒng)IED控制結構圖

3 變電站變壓器在線監(jiān)測系統(tǒng)應用案例

某220kV智能變電站改造工程中，應用了變電站變壓器局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)，用于對設備局部放電信息進行采集、分析與處理。①施工人員將超高頻傳感器安裝到變電站變壓器的法拉上，使超高頻傳感器通過變壓器法拉間隙感應到局部放電信號，從而實現(xiàn)對設備局部放電信號的采集與處理。傳感器將采集來的局部放電信號進行相應處理后經(jīng)由光纖傳輸至IED中，然后由IED將其轉換成IEC61850協(xié)議，再傳到后臺監(jiān)控中心，由監(jiān)控中心對數(shù)據(jù)信號進行處理與存儲[5]。②局部放電IED安裝在變壓器附近，以便于油色譜分析儀等其他設備集中安裝和縮短信號傳輸?shù)木嚯x，進而提高數(shù)據(jù)傳輸速率與改造施工效率。

在變壓器局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)的應用下，根據(jù)系統(tǒng)所得放電頻次、電量與相位等基本分量實時圖像分析可以看出，主變局部放電量大多在350PC左右，某一時刻局部放電量較大為440PC左右，此時變壓器運行狀態(tài)仍在正常范圍內。當主變局部放電量超出正常范圍值許多時，系統(tǒng)軟件就會立刻發(fā)出警報，從而有效避免局部放電對電網(wǎng)運行造成進一步影響。

經(jīng)一段時間運行觀察來看，該在線監(jiān)測系統(tǒng)能夠準確有效的對系統(tǒng)設備運行狀態(tài)進行反映。與電網(wǎng)改造前相比，應用了變壓器局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)的220kV智能電網(wǎng)，實現(xiàn)了對各個監(jiān)測點的24h監(jiān)測，并且既可以自啟動監(jiān)測，也可以定時監(jiān)測，非常方便靈活，達到了較高的自動化、智能化與信息化水平。

4 總結

通過上文對變壓器在線監(jiān)測系統(tǒng)及其應用研究可知，雖然現(xiàn)有在線監(jiān)測系統(tǒng)仍不夠完善，但其在智能電網(wǎng)建設中的重要性是不可忽視的，在提高電網(wǎng)運行安全性與可靠性方面所發(fā)揮的巨大作用也是不可否認的。隨著在線監(jiān)測技術的不斷進步，變壓器在線監(jiān)測系統(tǒng)將會更加趨于完善，這對未來電網(wǎng)的信息化發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。

[1]劉福強.虹橋變電站變壓器在線監(jiān)測系統(tǒng)應用研究[D].華北電力大學，2012.

[2]李 凱.變壓器繞組光纖溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)應用研究[D].華北電力大學，2014.

[3]王曉東.內蒙古500kV變壓器在線監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)與應用[D].華北電力大學，2014.

[4]李 祖.變壓器局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)研究及應用[D].華北電力大學，2014.

[5]甘景福，韓克勤，周燕飛.超高頻變壓器局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)在智能變電站的應用[J].電力科學與工程，2012，02：41～45.

TM855

A

2095-2066（2016）05-0071-02

2016-2-1

張 亮（1982-），男，工程師，碩士，主要從事變電運維工作。

高紅強（1982-），男，工程師，本科，主要從事變電運維工作。