智能變電站在線監(jiān)測數(shù)據(jù)接入技術(shù)研究與應(yīng)用

張振嶸

（廣州供電局有限公司 廣東 廣州 510000）

摘 要：隨著我國電網(wǎng)智能化改造的推進，目前絕大部分區(qū)域已經(jīng)完成智能變電站改造項目。介紹了智能變電站在線監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用情況；設(shè)計了智能變電站一體化監(jiān)控系統(tǒng)方案，對于變電站數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)接入以及一體化控制進行了分析，智能在線監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用能夠全面、實時的反應(yīng)設(shè)備的運行狀況，可以有效的避免設(shè)備發(fā)生故障，并可為設(shè)備狀態(tài)檢修提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)站內(nèi)設(shè)備自診斷功能。

關(guān)鍵詞：智能變電站；在線監(jiān)測；數(shù)據(jù)接入；一體化控制；3C綠色電網(wǎng)

1.概述

智能變電站釆用先進、可靠、集成、低碳、環(huán)保的智能設(shè)備，以全站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化為基本要求，自動完成信息采集、測量、控制、保護、計量和監(jiān)測、信息接入等基本功能，并可根據(jù)需要支持電網(wǎng)實時自動控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動等高級功能的變電站。

智能變電站在線監(jiān)測釆集斷路器或者GIS、變壓器、CT、PT等高壓設(shè)備信息，通過狀態(tài)監(jiān)測單元實現(xiàn)變壓器油色譜、GIS/PASS等組合電器的局部放電、容性設(shè)備的介質(zhì)損耗、高壓開關(guān)設(shè)備的運行狀態(tài)等主要設(shè)備的在線監(jiān)測。通過對運行設(shè)備狀況進行監(jiān)測、診斷、評估，最終確定是否對該設(shè)備停電進行檢修，最終實現(xiàn)狀態(tài)檢修。全面、實時的反應(yīng)設(shè)備的運行狀況，可以有效的避免設(shè)備發(fā)生故障，并可為設(shè)備狀態(tài)檢修提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)站內(nèi)設(shè)備自診斷功能。

2.在線監(jiān)測技術(shù)

（1）在線監(jiān)測的智能集成

通過具備數(shù)據(jù)智能集成匯總功能的智能控制柜實現(xiàn)變壓器頂層油溫及油位、有載開關(guān)的測控、變壓器在線監(jiān)測相關(guān)數(shù)據(jù)（包括油中溶解氣體分析、局部放電在線監(jiān)測、鐵芯接地電流監(jiān)測等）的智能集成與接入，可實現(xiàn)斷路器、避雷器等設(shè)備在線監(jiān)測數(shù)據(jù)（包括斷路器分合鬧線圈電流、時間、速度、行程曲線、SF6氣體壓力、避雷器泄漏電流、動作次數(shù)等），以及該區(qū)域的輔助系統(tǒng)數(shù)據(jù)（照明控制、振動告警等）的智能集成。在設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測功能方面實現(xiàn)與目前在建的輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的融合[1]。

（2）運行環(huán)境的智能監(jiān)測

整合視頻系統(tǒng)、變電站監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)運行環(huán)境遠程監(jiān)測與綜合自動化系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)等的智能聯(lián)動，通過攝像頭快速定位報警設(shè)備或報警區(qū)域，避免人為的現(xiàn)場定位不準(zhǔn)確問題，同時能夠確認(rèn)火警及其嚴(yán)重程度；通過圖像分析處理功能，發(fā)現(xiàn)變電設(shè)備漏油、異物缺陷，采集斷路器、隔離開關(guān)的分合閘位置，對變電運行巡視及程序化操作提供智能輔助判斷；同時實現(xiàn)視頻系統(tǒng)與安防系統(tǒng)、照明控制系統(tǒng)的智能聯(lián)動，實現(xiàn)人員非法入侵的全天候監(jiān)視；系統(tǒng)集成了戶內(nèi)外環(huán)境溫濕度及氣象監(jiān)測功能，并與空調(diào)、排風(fēng)、排水等系統(tǒng)智能聯(lián)動，實現(xiàn)室內(nèi)溫濕度的自動控制、調(diào)節(jié)，并根據(jù)雨量及場區(qū)水位自動啟動排水系統(tǒng)[1]。

3.智能變電站一體化監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

建立站內(nèi)全景式數(shù)據(jù)信息平臺，以模塊化、開放化的設(shè)計思想，實現(xiàn)變電站運行監(jiān)視全景化、安全分析前瞻化、調(diào)整控制動態(tài)化，從時間、空間、業(yè)務(wù)等多個層面和維度實現(xiàn)變電站全方位實時監(jiān)視和在線故障診斷。全站信息通過幵放、標(biāo)準(zhǔn)的接口，進行統(tǒng)一建模，建立信息統(tǒng)一的存取平臺，提供標(biāo)準(zhǔn)的DL/T860通訊功能，為各種高級應(yīng)用提供高效、可靠、穩(wěn)定的一體化信息平臺。研究變電站中SCADA數(shù)據(jù)、電能量數(shù)據(jù)、故障錄波數(shù)據(jù)、保護信息數(shù)據(jù)、無功控制數(shù)據(jù)、一次設(shè)備在線監(jiān)測數(shù)據(jù)等各子系統(tǒng)信息的一體化集成接入方案，變電站中各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)統(tǒng)一建模，提供統(tǒng)一訪問接口，供生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)應(yīng)用；如圖2所示的220kV封開智能化變電站信息一體化平臺系統(tǒng)[2]。

駕駛艙功能駕駛艙應(yīng)具備運行監(jiān)視、運行管理、遠方控制、遠動等基本的功能，還應(yīng)具備一體化電網(wǎng)運行智能系統(tǒng)平臺、順序控制、智能開票、智能告警與分析決策、故障分析與決策、經(jīng)濟運行與優(yōu)化控制等高級應(yīng)用功能。

順序控制

順序控制是由變電站自動化系統(tǒng)根據(jù)設(shè)備狀態(tài)信息發(fā)出整批指令，并且判斷每步操作是否到位，確認(rèn)到位后自動執(zhí)行下一指令，直至完成所有指令。

智能開票

智能開票系統(tǒng)根據(jù)變電站運行操作規(guī)則、當(dāng)前變電站的運行方式，在對變電站進行整體防誤的基礎(chǔ)上，自動生成符合操作規(guī)范的票。

智能告警與分析決策

智能告警與分析決策的主要功能包括多維度識別、規(guī)范化描述、互動告警、智能推理與決策。

故障分析與決策通過對故障信息的分析，根據(jù)故障特征，綜合利用故障推理、故障選相、故障定位等技術(shù)手段，反推出可能的故障類型、故障元件、故障點位置。

電網(wǎng)經(jīng)濟運行與優(yōu)化控制

電網(wǎng)經(jīng)濟運行與優(yōu)化控制功能指的是能將變電站的電壓、無功調(diào)節(jié)設(shè)備納入?yún)^(qū)域無功電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，進行整體策略控制，實現(xiàn)區(qū)域無功電壓自動優(yōu)化調(diào)節(jié)。

4. 智能變電站在線監(jiān)測的應(yīng)用分析

4.1 變壓器的在線監(jiān)測

變壓器在線監(jiān)測系統(tǒng)包括兩大部分，分別為本體監(jiān)測子系統(tǒng)和輔助設(shè)備監(jiān)測子系統(tǒng)。兩個子系統(tǒng)各有監(jiān)測的重點，本體監(jiān)測子系統(tǒng)可以監(jiān)測變壓器溫度、鐵芯接地電流、負荷、局部放電、微水、油中溶解氣和套管絕緣等信息；輔助設(shè)備監(jiān)測子系統(tǒng)可監(jiān)測冷卻系統(tǒng)、有載分接開關(guān)和氣體繼電器的狀態(tài)。如圖2 所示。

在線監(jiān)測系統(tǒng)通過加裝傳感器，采用微電子、故障診斷及計算機技術(shù)等多種先進技術(shù)，實現(xiàn)了對電力變壓器負荷、油中溶解氣體、溫度、局部放電、鐵芯接地電流、套管絕緣、微水、冷卻系統(tǒng)和有載開關(guān)等多種信息全方位的采集，并將采集來的信息，接入到的故障診斷模型中，結(jié)合變壓器的狀態(tài)參數(shù)、型號、使用年限、外力影響等，對變壓器的運行狀況作出準(zhǔn)確評價；預(yù)測變壓器可能出現(xiàn)的問題、程度、類型、故障發(fā)展的趨勢以及可能產(chǎn)生的嚴(yán)重后果，可以采取的積極有效的措施等等，達到保證設(shè)備安全、穩(wěn)定、可靠運行的目的[3]。

4.2變壓器在線監(jiān)測智能控制柜

變壓器智能在線監(jiān)測系統(tǒng)智能柜一般包括以下單元：溫度及負荷監(jiān)測單元、局部放電監(jiān)測單元、鐵芯接地電流監(jiān)測單元、油中微水監(jiān)測單元、油中溶解氣體監(jiān)測單元、套管絕緣監(jiān)測單元和輔助設(shè)備監(jiān)測單元。智能柜就安裝在封開變電站的主變間隔內(nèi)，通過高速網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)接口與監(jiān)測中心的服務(wù)器實時時刻保持通信，將變壓器的所有狀態(tài)信息傳到服務(wù)器中。智能變壓器在線監(jiān)測系統(tǒng)傳感器包括溫濕度傳感器、油溫傳感器、電流傳感器、以及高頻傳感器等，監(jiān)測裝置或監(jiān)測功能組按照變壓器配置，安裝于主變壓器在線監(jiān)測就地控制柜中，如圖3所示。

4.3監(jiān)測中心服務(wù)器

監(jiān)測系統(tǒng)服務(wù)器主要完成各功能單元的數(shù)據(jù)采集存儲，故障診斷、分類報警，各種數(shù)據(jù)分析，主要參數(shù)配置及網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器等功能。支持 IEC61850 規(guī)約，接入變電站綜自系統(tǒng)。故障診斷專家系統(tǒng)將相關(guān)各類數(shù)據(jù)進行融合，通過對變壓器的運行狀況進行綜合分析、評價，建立變壓器運行管理標(biāo)準(zhǔn)庫。如圖4所示。

4.4變壓器鐵芯接地在線監(jiān)測系統(tǒng)

鐵心接地電流的監(jiān)測選用的是復(fù)合電流互感器，采用穿心式結(jié)構(gòu)，集中監(jiān)測局放和鐵心接地信號，采集的信號直接存入 IED，去掉雜亂信號信號，得到實際接地泄漏電流信息；然后利用后臺對鐵心真正的運行情況進行分析、判斷、預(yù)測，及早發(fā)現(xiàn)問題并處理。

4.5變壓器油色譜在線監(jiān)測

變壓器油色譜在線監(jiān)測裝置按預(yù)設(shè)的周期連續(xù)在線監(jiān)測處變壓器油中溶解的 H2、C0、CO2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6 等特征氣體的含量。所取油樣數(shù)入油氣分離裝置進行脫氣，采用真空油氣分離的方式，將分離的氣體接入檢測系統(tǒng)，通過傳感器，色譜柱，將氣體含量轉(zhuǎn)換為便于檢測的電壓信號。如圖5所示。

4.6 斷路器的在線監(jiān)測

斷路器的在線檢測與診斷系統(tǒng)應(yīng)能實現(xiàn)對設(shè)備的各項指標(biāo)的實時在線監(jiān)測，智能開關(guān)設(shè)備將保護、測控、錄波、計量等功能進行了集成，本身具備數(shù)字化通信接口及就地調(diào)試、打印的接口，遵循 IEC61850 通信規(guī)約，以高速通信網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，接入智能化變電站系統(tǒng)。

5.系統(tǒng)軟件的監(jiān)測方法設(shè)計

監(jiān)測軟件平臺實現(xiàn)與“變壓器鐵心接地電流報警系統(tǒng)”、“MIS生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)整合與集中應(yīng)用業(yè)務(wù)平臺”通信，獲取與變壓器相關(guān)數(shù)據(jù)，并整合接入數(shù)據(jù)庫；系統(tǒng)提供“變壓器大修數(shù)據(jù)”以及“變壓器局部放電情況”的錄入、查詢功能，并形成報表可供打?。灰阅戏诫娋W(wǎng)與主變壓器相關(guān)規(guī)程導(dǎo)則為基礎(chǔ)，形成本系統(tǒng)診斷判據(jù)各定值，對數(shù)據(jù)庫中對應(yīng)數(shù)據(jù)項進行診斷，綜合得出診斷結(jié)果，為主變運行狀態(tài)進行評定；具有遠程登陸功能，用戶可評客戶端軟件及相關(guān)權(quán)限，在可連接到供電局局域網(wǎng)的計算機上登陸本系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)查詢、修改、打印等功能，提高工作效率[4]。變壓器在線診斷工作流程圖如下圖6所示。

6. 3C綠色電網(wǎng)建設(shè)

智能、綠色電網(wǎng)的任務(wù)是：運用先進的計算機技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)，建設(shè)一個覆蓋城鄉(xiāng)的智能、高效、可靠的綠色電網(wǎng)（簡稱cccgp，即3C綠色電網(wǎng)）。通過技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的建立和示范工程的建設(shè)，將智能、綠色、節(jié)能等理念逐步融入到電網(wǎng)工程建設(shè)中，不斷提高公司基建工程的建設(shè)管理水平。

結(jié)論

智能變電站作為未來發(fā)展的方向，是智能電網(wǎng)發(fā)展的基礎(chǔ)，是常規(guī)變電站自動化技術(shù)的重大突破，對于變電站和電網(wǎng)的發(fā)展具有非同尋常的影響。介紹了智能變電站在線監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用，重點介紹了智能變電站變壓器的在線監(jiān)測接入技術(shù)和一體化檢測應(yīng)用方案。主要包括變壓器狀態(tài)、變壓器局部放電、變壓器油監(jiān)測等內(nèi)容；同時介紹了監(jiān)測系統(tǒng)軟件流程的設(shè)計及監(jiān)測接入方法。

參考文獻

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[3] 張曉華，劉躍新，劉永欣，孫嘉，邱俊宏.智能變電站二次設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)研究[J].電氣技術(shù)，2011（4）：41-44.

[4] 高明華，王冬，王學(xué)峰，張勇.智能變電站設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)[J].山東電力技術(shù)，2011（1）：18-21.