淺析變電站高壓設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

吳裕鋒 周鑫陽(yáng)

摘 ?要：該文在簡(jiǎn)述在線監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展歷程的基礎(chǔ)上，結(jié)合過(guò)往變電站高壓設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中存在的主要問(wèn)題，對(duì)現(xiàn)有試驗(yàn)與診斷方法進(jìn)行數(shù)字化改造，擬定安設(shè)全數(shù)字一體化智能監(jiān)測(cè)單元，推動(dòng)變電站在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)進(jìn)程，以實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站高壓設(shè)備絕緣性能多種狀態(tài)參數(shù)的動(dòng)態(tài)化監(jiān)測(cè)。實(shí)踐證明，該系統(tǒng)能明顯提升設(shè)備缺陷檢出的敏感度與有效性，加快高壓設(shè)備的安全運(yùn)行進(jìn)程。

關(guān)鍵詞：變電站;高壓設(shè)備;在線監(jiān)測(cè);系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TM63 ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

隨著國(guó)內(nèi)電網(wǎng)現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)程的持續(xù)推進(jìn)，我國(guó)電網(wǎng)企業(yè)陸續(xù)加強(qiáng)高壓設(shè)備在線監(jiān)測(cè)工作。有調(diào)查資料表明，對(duì)于電力變壓器、互感器等高壓設(shè)備而言，絕緣失效是誘發(fā)設(shè)備故障的主要因素之一。加強(qiáng)對(duì)傳統(tǒng)試驗(yàn)與診斷方法的調(diào)整、完善，是促進(jìn)高壓設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。該文在設(shè)計(jì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的過(guò)程中，以全數(shù)字智能監(jiān)測(cè)單元為基礎(chǔ)，能精確、全面的監(jiān)測(cè)高壓設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中的主要狀態(tài)指標(biāo)。

1 在線監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展

當(dāng)下，在線監(jiān)測(cè)已從監(jiān)測(cè)單臺(tái)設(shè)備、單個(gè)屬性量發(fā)展至數(shù)臺(tái)、多類屬性量的監(jiān)測(cè)，在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的支撐下采用分散式監(jiān)測(cè)與集中化管理、診斷等形式，解決測(cè)量位點(diǎn)數(shù)目繁多、分布范圍寬廣、機(jī)監(jiān)測(cè)與管理難度高等問(wèn)題。針對(duì)變電站，尤其是設(shè)備類型繁多的變電站而言，其在運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)常應(yīng)用總線式數(shù)據(jù)傳導(dǎo)形式。采樣站建設(shè)通信電纜或光纖與上層系統(tǒng)間進(jìn)行連接，能明顯減少信號(hào)電纜的投入量且成本低廉，但對(duì)戶外采集的抗干擾能力與運(yùn)行可靠性提出較高要求。在“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代中，計(jì)算機(jī)設(shè)備耗用的成本減少，針對(duì)電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)而言，其積極朝著分布式、多參數(shù)在線監(jiān)測(cè)趨向發(fā)展，并呈現(xiàn)出設(shè)備早期故障的相關(guān)信息，把控運(yùn)行設(shè)備緩緩變化的早期征兆。

2 傳統(tǒng)高壓設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題

過(guò)去，國(guó)內(nèi)很多高壓設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)對(duì)象以變壓器鐵芯、CT及避雷器等為主，在具體應(yīng)用過(guò)程中暴露出4個(gè)技術(shù)問(wèn)題。1）介損檢測(cè)結(jié)果缺乏精確性、穩(wěn)定性，重復(fù)性偏低。2）信號(hào)檢測(cè)、收集局部故障，例如傳感器、數(shù)據(jù)通信零部件效能喪失。3）抵御外界環(huán)境因素的能力偏低，環(huán)境溫度、濕度等客觀性因素會(huì)對(duì)檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生較明顯的影響。4）數(shù)據(jù)處理過(guò)程不完善，可能存在軟件遺失等情況。

3 高壓設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

3.1 設(shè)計(jì)原則

3.1.1 高端性

以現(xiàn)有功能先進(jìn)的監(jiān)測(cè)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等為支撐，設(shè)計(jì)系統(tǒng)架構(gòu)與功能，以確保完建后系統(tǒng)在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)維持有效性，獲得最佳效益。

3.1.2 集成化

為解除傳統(tǒng)設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)信息數(shù)據(jù)共享率偏低、運(yùn)維難度較大等問(wèn)題，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)信息平臺(tái)，系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)部信息的統(tǒng)一、集成化管理，保證信息的互動(dòng)性、共享性。

3.1.3 實(shí)用性

設(shè)計(jì)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一定要符合變電站生產(chǎn)的現(xiàn)實(shí)需求，保證數(shù)據(jù)分析結(jié)果的可參照性，進(jìn)而為高壓設(shè)備運(yùn)維方案的擬定提供可靠支撐。

3.1.4 可拓展性

對(duì)當(dāng)下市面上在線監(jiān)測(cè)裝置的多樣性進(jìn)行分析，要盡量保證所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能迎合不同裝置接入的主觀需求。

3.2 系統(tǒng)架構(gòu)

3.2.1 就地監(jiān)測(cè)層

實(shí)質(zhì)上就是在變電站現(xiàn)場(chǎng)適宜的位置安設(shè)各類狀態(tài)監(jiān)測(cè)終端設(shè)備，進(jìn)而能在線對(duì)電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行整體收集。

3.2.2 站內(nèi)數(shù)據(jù)平臺(tái)

利用安裝在變電站內(nèi)部的服務(wù)器、應(yīng)用軟件等，達(dá)到動(dòng)態(tài)化監(jiān)測(cè)設(shè)備日運(yùn)行狀態(tài)信息，暫時(shí)存儲(chǔ)與解析站內(nèi)數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)互通與深度挖掘等作用。

3.3 技術(shù)特征

其技術(shù)特征主要包括4點(diǎn)。1）在一體化微處理技術(shù)的支撐下構(gòu)建就地智能監(jiān)測(cè)單元（FMU），其能保證變電站高壓設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中能承受強(qiáng)電磁干擾，微小信號(hào)測(cè)算處理的有效性，能全面、安穩(wěn)的收集變電站現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)源。2）利用分層分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，確保FMU能依照變電站現(xiàn)場(chǎng)高壓設(shè)備的部署狀況就地安裝、就地進(jìn)行數(shù)字化檢測(cè)，并以現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)總線等為依托，保證信息的互通性，提升系統(tǒng)的拓展性。3）系統(tǒng)具備分析數(shù)據(jù)與診斷故障的功能，在向用戶反饋高壓設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息的同時(shí)，能對(duì)可能出現(xiàn)的故障做出預(yù)警提示。4）利用數(shù)據(jù)挖掘、信息整合等多種現(xiàn)代化技術(shù)，明顯提升了設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)評(píng)價(jià)與故障診斷結(jié)果的可靠性。

3.4 主要構(gòu)成與功能

該次研究中選擇的目標(biāo)監(jiān)測(cè)對(duì)象是220 kV側(cè)及110 kV側(cè)高壓設(shè)備，主要分系統(tǒng)構(gòu)成如下。

3.4.1 主變壓器的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

3.4.1.1 鐵心監(jiān)測(cè)單元

變電站現(xiàn)場(chǎng)共安置了3套功能完善的主變壓器貼心監(jiān)測(cè)單元，其功能在于監(jiān)測(cè)變壓器鐵心內(nèi)接地電流的流通情況。

3.4.1.2 油色譜監(jiān)測(cè)單元

該單元的設(shè)計(jì)是以強(qiáng)相色譜技術(shù)為基礎(chǔ)的，其能實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器內(nèi)已發(fā)生溶解的多氣體成分進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，并依照預(yù)設(shè)周期在線檢測(cè)變壓器油內(nèi)溶解的氫氣、一氧化碳、甲烷等氣體含量，并在專家系統(tǒng)的協(xié)助下較為精確的判斷系統(tǒng)是否存在潛在性障礙;能辨識(shí)故障類型，并依照事前設(shè)定好的報(bào)警值傳遞聲光報(bào)警信號(hào)。

3.4.2 局部放電超高頻在線監(jiān)測(cè)單元

大量的研究表明，變壓器中局部放電形成的電磁波被超高頻傳感器接收后，能夠把放電信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，繼而以同軸通信電纜為媒介傳輸至控制室信號(hào)調(diào)理單元，經(jīng)調(diào)整后的放電信號(hào)被傳送到工業(yè)控制計(jì)算機(jī)中，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、儲(chǔ)存等系列化處理，利用并行接口有效控制信號(hào)調(diào)理單元的運(yùn)行狀態(tài)。

局部放電信號(hào)內(nèi)含有大量的絕緣狀態(tài)信息，對(duì)局部放電信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，能及時(shí)獲得變壓器絕緣材料老化信息，檢測(cè)出生產(chǎn)或安裝過(guò)程中存在的缺陷，明確絕緣故障類型與嚴(yán)重性，及時(shí)傳送出預(yù)警信息，保證檢修工作及時(shí)開(kāi)展，將經(jīng)濟(jì)損失降至最低水平。

3.4.3 容性設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

主要監(jiān)測(cè)的內(nèi)容有互感器的介損、泄漏電流、電容量及避雷器的阻性電流等狀態(tài)屬性參數(shù)。

在理想的運(yùn)行狀態(tài)下，避雷器的主要電流以容性電流為主，阻性電流占據(jù)的比例很小。如果材料變質(zhì)或老化、避雷器受潮、內(nèi)部絕緣零件結(jié)構(gòu)磨損或表層結(jié)構(gòu)嚴(yán)重污染時(shí)，容性電流指標(biāo)通常不會(huì)產(chǎn)成較大波動(dòng)，而阻性電流會(huì)明顯增加。因此，采用監(jiān)測(cè)交流全電流及其對(duì)應(yīng)的有功分量等指標(biāo)，能夠較為全面地判斷出避雷器的絕緣狀態(tài)，進(jìn)而為設(shè)備檢修工作的開(kāi)展提供可靠依據(jù)。

3.4.4 斷路器的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

監(jiān)測(cè)的指標(biāo)有三相電流、電壽命狀態(tài)及機(jī)械屬性等。利用觸頭累計(jì)損耗量模型，能實(shí)現(xiàn)對(duì)斷路器機(jī)械屬性與電壽命狀態(tài)的在線監(jiān)測(cè)。斷路器設(shè)備的機(jī)械屬性有傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和儲(chǔ)能電機(jī)狀態(tài)，前者監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容以分合閘磁鐵線圈的電流波形為主，后者的監(jiān)測(cè)內(nèi)容為日儲(chǔ)能頻次、單次儲(chǔ)能時(shí)間長(zhǎng)等。利用在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)斷路器運(yùn)行狀態(tài)，能協(xié)助相關(guān)人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的機(jī)械故障隱患。

3.5 改造成果

對(duì)變電站高壓設(shè)備進(jìn)行智能數(shù)字化改造后，斷路器運(yùn)行故障發(fā)生率明顯降低，設(shè)備缺陷檢出敏感性與有效性同步提升，設(shè)備運(yùn)行過(guò)程安穩(wěn)性顯著提升。經(jīng)周密性測(cè)算后發(fā)現(xiàn)，變電站現(xiàn)場(chǎng)每安設(shè)一套智能分析診斷系統(tǒng)，能減少檢修、維護(hù)資金98萬(wàn)/年。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)變電站高壓設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字化改造后，能更為全面地分析設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、評(píng)估其性能指標(biāo)。且數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的建設(shè)與使用，能在綜合數(shù)據(jù)平臺(tái)的支撐下，獲取設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的有效信息，為檢修方案的擬定提供重要依據(jù)，協(xié)助變電站在運(yùn)行期間獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)

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