對柴達木換流站站外接地極在線監測系統的設計

摘 要：文章對青藏直流聯網工程起點柴達木換流站站外接地極在線監測系統安裝進行了研究和設計，從而提高設備自動化率，降低運維成本，減少運維人員工作量。

關鍵詞：換流站；站外接地極；在線監測系統

1 引言

±400kV柴達木換流變電站作為青藏直流聯網工程的送端站，且工程為西藏與西北主網唯一的聯絡通道，其重要性與特殊性不言而喻。柴達木換流站站外接地極作為青藏直流輸電系統中一個重要的組成部分，其安全穩定運行直接影響海西電網及藏中電網的穩定。

隨著狀態檢修工作的開展以及在線監測手段的不斷進步，對換流站站外接地極開展在線監測，提高設備自動化率，降低運維成本，減少運維人員工作量具有現實的意義。

2 柴達木換流站站外接地極存在的問題

2.1 接地極距換流站距離遠，運維成本高。±400kV柴達木換流變電站站外接地極極址位于換流站以東約27km處的戈壁灘，離國道3km。周圍為荒漠，常年大風沙、強紫外線照射，設備運行環境惡劣運維人員巡視、維護條件不便。由于監測井蓋板采用防盜設計，每次開展維護工作時，必須從格爾木市租用吊車打開監測井蓋板，運維成本極高。

2.2 接地極檢測周期長，異常難發現

換流站的接地極一處都距離城市較遠，同時接地極的一些設備都處于隱蔽狀況下工作，對于一些電阻超標、設備破損等情況都無法在第一時間內及時的發現，對換流站的正常運行造成影響，嚴重時可能會損壞變壓器及給交流電網帶來較為嚴重的影響。根據國家電網公司相關要求，每月對接地極進行一次監測。同時對于接地極平時運行過程中的數據要求隨時掌握。但現在目前的情況是，我們現在是采用人工現場檢測的方式對換流站接地極進行監測，這樣只能一個月進行一次檢測，對于接地極數據無法做到時時掌握，同時，由于接地級大多都位于城市上百公里以外的地方，所以即使一個月進行一次檢測，其人工費用也是十分高的，一個接地級的終身檢測費用高的甚至達到二百萬元左右。

3 應采取的對策

該接地極在線監測系統主要監測柴達木換流站站外接地極的監測井，共8口，實現實時監測。監測項目包括水位、溫度、濕度、電流。分別設置溫度、濕度、水位傳感器以及電流采集器。通過GPRS無線通信方式把采集數據送到后臺進行數據整理，并以直觀的方式展現給運行人員，通過整套系統，運行人員可以實時查看接地極監測井的數據，為運行維護提供依據。考慮到柴達木換流站站外接地極地理位置偏僻及接地井分散布置，人工監測困難，設置1套微氣象、1套視頻在線監測系統。綜合信息管理系統（后臺）設置在柴達木換流變電站主控室。

系統的主要實現方式是：通過安裝于監測井內的水溫、水位二合一傳感器采集監測井內的水溫和水位，通過固定于入地電纜上的CT傳感器采集入地電流，安裝于主機箱內的RTU采集器負責所采集數據的接收和處理功能，通過GPRS傳輸模塊傳輸到主站端，由主站端軟件把采集到的數據展現給運行人員。

3.1 在線監測系統的總體結構

柴達木換流站接地極在線監測系統由前臺監測系統和后臺管理系統兩部分構成。前者包括傳感器、信號采集、數據處理、數據傳輸及系統電源等，以數字信號處理器（DSP）為芯片作為核心，由多種傳感器采集并處理接地極入地電流、觀測井內的水位、水溫等參數，再通過GSM網絡發送數據，電源采用太陽能電池和鋰電池組成。后者負責數據接收和處理，完成接地極參數管理和狀態診斷及故障自動報警。

3.2 前臺監測系統

3.2.1 直流輸電換流站接地極的信號采集

信號采集直流輸電換流站接地極的電流運行方式有直流線路雙極運行、單極金屬回路運行和單極大地回路3種。前2種的人地電流一般為幾個到幾十安，大地回路運行的入地電流可達幾百安甚至上千安。本項目采用的方法為數據檢測終端采用高速、高精度采樣技術提供準確穩定的數據為整個監測系統中的數據源，也是GSM的主控端。在接地極分支塔上安裝檢測裝置，將整個檢測裝置均置于屏蔽箱中。將從觀測井內引出的水位、水溫傳感器和分支塔上的電流傳感器接人檢測終端。為解決抗干擾問題，在系統硬、軟件兩方面都采取相應措施。

①在硬件方面，前臺單元采用鐵、鋁內外雙層金屬材料屏蔽；對于采集信號采用多層隔離，防止大電流信號燒毀核心電路；所有信號線采用雙層屏蔽線；②在軟件方面，數字信號處理器設置看門狗、錯誤陷阱，多重備份等措施保證系統自動糾錯或復位。前臺系統主要采集接地極的入地電流和水位、水溫等數據。由于在雙極大地回線運行和單極金屬回線運行方式電流傳感器輸出信號很弱，在確保抗干擾措施前提下，對信號采取放大、濾波等。該系統中采樣信號進入微處理系統，先濾波和限幅，再由數字信號處理器控制進入信號放大環節，根據輸入信號幅值對其進行相應倍數的放大，然后由12位A/D分別高速采樣這幾路信號，計算相應周期內的電流值。采集后的信號都存儲在前臺存儲單元中。

3.2.2 前臺監測系統的數據處理模塊構成

3.2.3 數據傳輸方式

雖然在通信方式上有許多種，但對數據進行傳輸時GSM系統具有其他通信方式所無法比擬的優點，其以傳輸的可靠性、較高的傳輸能力和經濟性、擴充性及維護費用低等優點對前臺采集到的數據進行無線網絡傳輸，實現后臺的接收。同時前、后臺采用雙向通信，保證系統得以有效的運行。同時為了保證傳輸數據的高速和可靠性，利用海明碼對數據進行有糾錯和利用數學編碼等壓縮技術等。

3.2.4 系統電源解決方法

系統電源由于需要常年二十四小時不間斷的穩定的供電電源對接地極進行監測，但如何獲取穩定的供電電源是需要考慮的問題。如果從高壓輸電線上進行取電，不僅存在著絕緣隔離和干擾，同時還具有較大的難度，安全性也無法保證，也違反了電力系統安全生產的規程中的相關規定。所以針對于本系統的電源采用了太陽能對鋰電池浮充方式進行充電，同時為了有效的節約系統對電能的消耗，則對系統進行了休眠、待機和定時開關機的設定，另外為了有效的降低整機的電量消耗，在數據處理單元上使用了超低功耗的芯片，并配以大容量的鋰電池進行供電。

3.3 后臺系統的功能

后臺系統功能為數據的接收、存儲、處理、診斷和反饋等。該系統根據前臺發送的接地極人地電流、觀測井內水位、水溫等數據，利用系統設置的安全運行標準診斷、故障定位和報警等功能。后臺圖形界面友好，可實時顯示整個接地極的所有分支塔上的入地電流等數據和接地極當前和歷史運行狀態。前、后系統可雙向通信，后臺可根據診斷結果調整前臺采樣和數據發送周期，滿足在線實時監測要求。

4 結束語

通過本設計方案實施，極大的提高了設備自動化率，符合當前開展在線監測工作的要求，減少運維人員的工作量和工作成本。

參考文獻

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