HVM2000在線監(jiān)測系統(tǒng)在發(fā)電廠的應用

王 新

（臺州發(fā)電廠，浙江 臺州 31800）

臺州發(fā)電廠一至三期共6臺機組，有110 kV、220 kV升壓站各1座，已運行20多年，部分主要電氣設備絕緣狀況有所下降，存在一定安全隱患。在加強技術改造的同時，為了彌補定期預防性試驗的不足，于2005年投入運行了HVM2000智能型變電站絕緣狀態(tài)監(jiān)測及診斷系統(tǒng)（以下簡稱HVM2000系統(tǒng)），使在線監(jiān)測和預防性試驗相結合，保證設備安全可靠運行。由于近年來預防性試驗周期相對延長，在線監(jiān)測工作的開展也為設備的狀態(tài)檢修積累了經(jīng)驗和參考依據(jù)。

1 系統(tǒng)簡介

由于一至三期主要電氣設備數(shù)量眾多，HVM2000系統(tǒng)設計時主要針對運行時間較長的設備，包括：6臺220 kV主變、8組220 kV油紙電容型電流互感器（TA）、11組110 kV和220 kV氧化鋅避雷器（MOA）、4組110 kV和220 kV電壓互感器（TV）等，列入在線監(jiān)測范圍。

HVM2000系統(tǒng)采用分層分布式結構，利用DSP技術實現(xiàn)每組設備絕緣參數(shù)就地數(shù)字化采集，并引入?yún)⒖枷鄿y量方法，使系統(tǒng)的抗干擾性、測量的準確性和穩(wěn)定性得到保證。該系統(tǒng)包含三部分：遠方管理層、控制層（CMU）和就地智能監(jiān)測單元（FMU）。加上環(huán)境監(jiān)測單元，該系統(tǒng)共安裝了38臺FMU系列智能就地監(jiān)測單元，具體監(jiān)測項目及功能見表1。

表1 在線監(jiān)測項目

在線監(jiān)測具有長期連續(xù)記錄數(shù)據(jù)的優(yōu)點，既能顯示數(shù)據(jù)突變情況，也能反映長期的變化趨勢。受現(xiàn)場諸多因素影響，部分在線數(shù)據(jù)中不可避免地含有隨機性、離散性成份。通過分析比較長期積累的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)具有穩(wěn)定性、規(guī)律性的特征，有助于比較客觀地了解、掌握設備運行中絕緣狀況，保證設備安全可靠運行。

2 電容型設備的監(jiān)測

對于體積較小、內部結構相對簡單的TA、套管等電容型設備，其介損（tgδ）和電容量能夠反映出內部的潛在缺陷。根據(jù)16組電容型設備數(shù)據(jù)可知，電容量的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)十分穩(wěn)定，波動極小。表2為2007、2008年3號主變和6號主變220 kV TA的在線監(jiān)測電容量，按每相TA全年的平均、最大和最小值分別統(tǒng)計，其中的最大差值不超過電容量的0.3%。

實際運行情況表明，受現(xiàn)場諸多因素制約，在線精確測量介損比較困難。雖然介損在線監(jiān)測與停電預試有差別，但在線測量能反映設備運行時的實際絕緣狀況。

圖1為某220 kV聯(lián)絡一線TA、臺龍2353線TA、州澤2357線TA、3號主變220 kV TA共4組TA在2007年3月14-26日期間的A相介損記錄，其電壓同取自220 kV正母一段TV。數(shù)據(jù)曲線反映出這4組設備A相介損在相同的TV、電壓基準、環(huán)境條件下所受影響十分近似。因此，在線介損數(shù)據(jù)分析應結合采用相對比較法和趨勢分析法[1]。相對比較法就是要與同電壓基準、同相、同類型設備比較分析，盡量排除現(xiàn)場干擾因素；趨勢分析法既要看介損絕對值波動，更要研究介損發(fā)展趨勢，全面、準確地評價設備絕緣狀況。

監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，正常工況下電容型設備的介損變化具有同步性和穩(wěn)定性，在相對長期的變化趨勢上能正確反映設備的絕緣狀況。

3 MOA的在線監(jiān)測

阻性電流是判斷MOA內部絕緣狀況的重要參數(shù)，也是在線監(jiān)測的重點。

圖1 4組設備A相TA介損變化趨勢

在線監(jiān)測的MOA泄漏電流及阻性電流（Ir）變化趨勢通常較一致，且相間也按同一規(guī)律變化。晴好天氣時，所監(jiān)測的11組MOA的阻性電流占泄漏電流比率均低于20%，與此相對應，MOA每年的停電預試結果均合格。

現(xiàn)場環(huán)境下，MOA泄漏電流會受到相間或相鄰帶電設備間雜散電容的干擾，耦合電流將改變泄漏電流的幅值和相角[2]，這在一定程度上將造成Ir的測量誤差。考慮設備空間位置相對固定或距離較遠，可認為這種影響相對穩(wěn)定或較小。

3.1 系統(tǒng)電壓的影響

圖2 系統(tǒng)電壓與MOA阻性電流變化趨勢

表2 電容值統(tǒng)計數(shù)據(jù)

結合11組MOA的Ir監(jiān)測數(shù)據(jù)，考察電壓波動對Ir的影響。圖2反映天氣狀況變化相對較小時，系統(tǒng)電壓起伏對Ir產(chǎn)生的影響。由于系統(tǒng)電壓波動范圍較窄，對Ir的影響相對較小。當系統(tǒng)電壓波動明顯時，會引起Ir的變化，但電壓并不是引起Ir變化的唯一原因。

圖 3（a）、（b）中 2 組曲線分別為 110 kV 正母避雷器和220 kV正母一段避雷器（一）的三相Ir，（c）、（d）曲線分別為污穢電流和環(huán)境濕度。宏觀上看，對Ir波動影響最大的是環(huán)境濕度和瓷套表面的污穢電流，但濕度在雨天通常會有鈍化現(xiàn)象。因此從趨勢上分析，污穢電流與阻性電流最具有同步性。

圖3 MOA阻性電流與濕度和污穢電流關系圖

運行中偶然出現(xiàn)的阻性電流和泄漏電流明顯偏小現(xiàn)象，經(jīng)現(xiàn)場檢查均為并接在避雷器接地回路的端子接觸不良導致的分流引起，經(jīng)處理即恢復正常。

3.2 屏蔽環(huán)的影響

在110 kV副母避雷器A相底部瓷裙上加裝表面電流屏蔽環(huán)，用于污穢電流監(jiān)測，現(xiàn)用其進行MOA阻性電流變化分析。圖4是2005年9月110 kV副母避雷器Ir變化趨勢，由于A相加裝了屏蔽環(huán)，其Ir數(shù)值及波動幅度均相對較小。通過比較發(fā)現(xiàn)，未加屏蔽環(huán)的其它間隔MOA三相間Ir差值穩(wěn)定且波動一致。而110 kV副母避雷器A相與B、C相相比，Ir波動幅度明顯小得多，屏蔽環(huán)對MOA表面污穢電流引起的阻性分量增加有明顯抑制作用。圖中2處尖峰是受9月1日臺風泰利和9月11日臺風卡努登陸影響，證明屏蔽環(huán)在潮濕環(huán)境下對消除表面電流干擾有明顯作用。

圖4 加裝屏蔽環(huán)MOA阻性電流變化趨勢

4 影響在線監(jiān)測結果的因素

影響在線監(jiān)測數(shù)據(jù)的因素較多，如電壓基準、相間和相鄰設備干擾、操作方式、運行電壓及環(huán)境溫濕度等[3]。

在線監(jiān)測的電壓基準取自母線TV二次側，因此TV固有角差和二次負載變化對關聯(lián)設備數(shù)據(jù)測量的影響相同，不同設備相互間應有可比性。

同組設備相間存在雜散電容干擾，但因相間位置固定而影響相對穩(wěn)定。

相鄰間隔設備若相距較遠、電壓等級較低，則相互干擾較小。監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，多數(shù)間隔無論運行或停電，對其相鄰設備的介損、阻性電流等數(shù)據(jù)均無明顯影響。

而短時間的系統(tǒng)操作，或運行方式、系統(tǒng)電壓基準改變，均會導致關聯(lián)設備在線數(shù)據(jù)波動，但不會影響其長期趨勢。如圖5所示，因220 kV母線檢修需要，6號主變220 kV TA切換母線運行，引起TA三相介損短時間內發(fā)生明顯變化，原運行方式恢復后，介損數(shù)據(jù)逐步趨于正常。

根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，影響電容型設備介損、MOA泄漏電流和阻性電流等在線數(shù)據(jù)的最顯著因素是環(huán)境濕度和污穢電流，而環(huán)境溫度的影響相對較小。如果排除陰雨天氣干擾，天氣晴好時升壓站內瓷套表面的污穢電流、溫度、濕度相互關系見圖6（取自2006年12月2日11∶00-12月3日11∶00）。環(huán)境濕度與污穢電流變化趨勢一致，環(huán)境溫度與污穢電流趨勢相反。環(huán)境監(jiān)測記錄顯示，每天環(huán)境濕度變化有其周期性，最大值出現(xiàn)在早上5∶00～9∶00，最小值通常出現(xiàn)在下午14∶00～17∶00。這些規(guī)律有助于分析在線數(shù)據(jù)變化的原因。

圖5 運行方式改變引起介損短期變化

圖6 溫度、濕度和污穢電流關系圖

5 數(shù)據(jù)交換功能開發(fā)

2006年電廠PI實時數(shù)據(jù)庫投入運行后，為保證準確、及時地向實時數(shù)據(jù)庫發(fā)送在線監(jiān)測數(shù)據(jù)，并有效利用相關的歷史數(shù)據(jù)，通過運用OPC接口技術，開發(fā)了OPC遠程服務程序HVMOpc-Server，實現(xiàn)了在線監(jiān)測數(shù)據(jù)與PI數(shù)據(jù)庫的對接。

HVMOpcServer在工控管理機上運行，當HVM2000系統(tǒng)運行正常時，HVMOpcServer定時刷新數(shù)據(jù)。PI數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)接口程序OPCINT定時讀取在線監(jiān)測數(shù)據(jù)，并提交數(shù)據(jù)庫。

為與PI數(shù)據(jù)庫內信息數(shù)據(jù)相區(qū)分，將所提供的數(shù)據(jù)進行Tag標簽點定義。每個Tagname共有三層含義，第一層為監(jiān)測單元類型標志，第二層為監(jiān)測單元地址，第三層為監(jiān)測參數(shù)名稱。例如：C.25.Tg_A表示州澤2357 TA（地址為25）A相介損。此外對數(shù)據(jù)類型（DataType）、標簽值（Value）、更新標簽的時間（TimeStamp）等數(shù)據(jù)屬性也進行定義，并在PI服務器端完成建點和屬性配置工作。

這次接口系統(tǒng)的開發(fā)也是HVM2000系統(tǒng)首次與PI數(shù)據(jù)庫結合。為保證在線監(jiān)測數(shù)據(jù)共享，采用PI-ProcessBook、DataLink等工具軟件開發(fā)PDI界面及相關報表，為客戶端提供實時數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)及其相關數(shù)據(jù)趨勢圖等。這種信息接入和互連模式較之傳統(tǒng)的在線監(jiān)測系統(tǒng)客戶端瀏覽模式具有明顯優(yōu)勢，符合發(fā)電廠廠級信息監(jiān)控系統(tǒng)（SIS）的發(fā)展趨勢。

6 結語

HVM2000系統(tǒng)投入運行后，經(jīng)受了廠站電磁干擾、高溫、臺風及潮濕等不利條件考驗，系統(tǒng)工作正常。運行實踐表明，其提供的在線數(shù)據(jù)穩(wěn)定性、準確性較好。對于現(xiàn)場一些難以排除的干擾因素，可運用對比法和趨勢分析法來降低其影響，使在線監(jiān)測數(shù)據(jù)能夠比較客觀地反映被監(jiān)測設備的健康水平，HVM2000系統(tǒng)的應用達到了預期目的。

[1] 史保壯，史軼華.高壓設備在線監(jiān)測系統(tǒng)技術條件的原則框架[J].高電壓技術，2005，31（6）∶24-26.

[2] 周文華，楊曉芳，徐青龍.氧化鋅避雷器阻性電流在線測試中的誤差分析[J].江蘇電機工程，2009，28（2）∶20-22.

[3] 史保壯.在線監(jiān)測電容型設備絕緣方法研究[J].高電壓技術，2002，28（4）∶24-25.