淺談變壓器在線狀態監測技術在智能變電站的應用

王毅剛

摘 要：變電站設備在線狀態監測，是智能變電站的重要技術組成，能夠提前發現設備的故障先兆并及時處理，避免事故擴大，保證變電站的安全可靠運行。文章重點介紹了當前變壓器在線狀態監測技術的應用情況，并結合實際，提出了變壓器在線狀態監測的配置及優化方案。

關鍵詞：在線狀態監測；智能變電站；變壓器

引言

長期以來，電力設備的維護都采用定期預試和檢修的方法，雖然能夠解決一部分設備缺陷的問題，但仍有很大的局限性，這種定期預試和檢修不能反映設備在運行條件下的各種狀態，無法提前預知突發性故障。通過變電站在線狀態監測，能提前發現設備的故障先兆并及時處理，可以實現變電設備的狀態檢修，提高設備運行的可靠性，既保障了運行設備的全壽命周期，還減少了周期性預試和檢修的工作量，節約人力成本，是實現變電設備智能化的重要手段。

在線狀態監測，是指對變電站設備的電氣、物理和化學等特性進行長期不間斷的實時監測，通過其各方面特征量的數值變化和發展趨勢，通過系統軟件的計算，判斷出設備可能出現的故障類型、缺陷等級、緩急程度，并對設備的可靠性和使用壽命做出預測，以便運行人員即時掌握設備狀態信息，及早發現潛伏的故障，提前采取相關措施，避免在無準備情況下，設備突發故障而造成設備、人力和財力的損失。

1 變壓器的在線狀態監測分類

1.1 變壓器油中溶解氣體在線監測

油中溶解氣體在線監測系統用于測量和分析油浸式變壓器絕緣油中所有微量特征氣體，普遍采用油氣相色譜分析法。油氣相色譜分析法的原理是：變壓器出現異常或故障時，其內部絕緣油在熱和電的作用下逐漸分解出氫氣（H2）、一氧化碳（CO）、甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、乙烯（C2H4）、乙炔（C2H2）等氣體，通過分析各種氣體濃度及變化趨勢，判斷變壓器可能存在的故障類型。其分析過程是從油樣中取出混合氣體，再將混合氣體進行分離，通過氣敏傳感器將各種氣體的含量轉換為電信號，經A/D轉換后將信息上傳。油氣相色譜分析法的準確性已被國內外所認可，是變壓器在線狀態監測技術的重要組成部分。

1.2 變壓器局部放電在線監測

局部放電是變壓器常見故障的主要誘因。目前變壓器局部放電監測最主要的方法是超高頻法，通過安裝在主變設備上的超高頻傳感器（耦合器），對設備內部的局部放電進行持續監測，耦合器將采集的局放信號轉化成電信號傳輸給高速數據采集單元（狀態監測IED模塊），數據采集單元再將電信號轉換成數字信號上傳給后臺計算機，系統軟件將自動對局放數據進行分析，按順序識別出不同的缺陷類型，并對所有可能的外部干擾信號進行歸類；由于超高頻放電信號在絕緣介質中的傳播速度一定，檢測儀根據輸入的耦合器位置及接收到的局放信號時間差，可以計算出局放點的具體坐標。超高頻局部放電在線監測具有抗干擾能力強、靈敏度高、實時性好的特點，而且能對故障定位。

1.3 變壓器鐵芯接地電流在線監測

電力變壓器正常運行時，鐵芯必須一點可靠接地，否則鐵芯對地產生懸浮電壓或鐵芯多點接地產生發熱故障，將嚴重威脅變壓器以及電網的安全。目前，普遍把鐵芯接地電流作為診斷大型變壓器鐵芯短路故障的特征量，利用穿芯電流傳感器進行取樣測量，并將信號上傳至狀態監測IED，后臺系統軟件通過計算，確定變壓器鐵芯的運行情況。

2 變壓器在線監測的配置原則

2.1 總體原則

（1）在線狀態監測設備的使用不能影響一次設備的安全性與可靠性；（2）在線監測與離線監測方式的選擇應滿足必要性、合理性和經濟性要求；（3）在線狀態監測范圍及參量的選擇應根據運行需求、應用功能、設備重要性等因素，綜合分析，確定監測系統的配置方案；（4）監測設備的選擇，應通過經濟技術比較，選用成熟可靠、具有良好運行業績的產品；（5）全站的在線狀態監測設備應建立統一的后臺系統，實現全站監測數據的統一匯總與綜合分析。

2.2 傳感器（采集器）配置原則

（1）對于預埋在設備內部的傳感器，其設計壽命應不少于被監測設備的使用壽命；（2）在保證傳感器監測靈敏度與覆蓋面前提下，優化傳感器配置數量；（3）局部放電傳感器宜采用內置方式安裝，其余參量傳感器宜采用外置方式安裝。油中溶解氣體導油管宜利用主變原有放油口進行安裝，采用油泵強制循環，保證油樣無死區；（4）內置傳感器采用無源型或僅內置無源部分，內置傳感器與外部的聯絡通道（接口）應符合高壓設備的密封要求，其與設備本體宜采用一體化設計；（5）外置傳感器若需安裝于高壓部分，其絕緣水平、密封性能、機械雜質含量控制等應符合或高于高壓設備的相應要求。

2.3 IED配置原則

狀態監測IED宜按照電壓等級和設備種類進行配置。在裝置硬件處理能力允許情況下，同一電壓等級的同一類設備宜多間隔、多參量共用狀態監測IED，以減少裝置硬件數量。

2.4 后臺系統配置原則

全站設備狀態監測應共用統一的后臺系統，統一的分析軟件、接口類型和傳輸規約，實現全站狀態監測數據的統一匯總和診斷分析。

3 變壓器在線監測的集成優化

3.1 變壓器傳感器（采集器）的配置

對于500kV變電站，每組變壓器配置3臺油色譜傳感器（前端采集器）和3臺超高頻傳感器（耦合器），即500kV分相變壓器的每臺變壓器配置1臺油色譜前端采集器和1臺超高頻耦合器。

對于220kV變電站，每臺變壓器配置1臺油色譜前端采集器和1臺超高頻耦合器。

目前，油色譜采集器只能進行油中氣體（包括水分）的采樣，暫時還不具備與超高頻耦合器集成的條件。

3.2 在線監測IED的集成優化

目前已經研發出一拖三的在線監測IED，最多可接入5個外部傳感器，該設備可依次采樣三個油箱，進行溶解氣體分析及水分測量，采樣頻率可以設定從每天到每小時，支持IEC61850通信協議。對于500kV變電站，每組變壓器配置1臺狀態監測IED（500kV采用單相變壓器即3臺變壓器配置1臺IED）；對于220kV變電站，每臺變壓器配置1臺狀態監測IED就足夠了。

狀態監測IED負責處理來自傳感器的各項數據，并上傳給監測后臺，每臺IED都集成了變壓器油色譜監測、變壓器局部放電監測和變壓器鐵芯接地電流監測功能。

3.3 在線監測系統后臺的集成優化

變壓器在線監測與變電站內其他設備的在線監測共用同一套后臺系統，使用統一的分析軟件、接口類型和通信規約。故障診斷系統軟件與在線監測工作站管理軟件整合在一起，負責分析判斷處理來自監測IED的實時在線數據。

4 結束語

隨著在線監測技術的不斷發展，提取相關設備的有效信息實現對設備的在線狀態監測和診斷，有利于制定設備維護和狀態檢修策略，實現全站電氣設備狀態的整體評估，提高電力設備的安全性可靠性，提升電力生產管理水平，提高變電站的智能化水平，降低智能變電站的運維成本，進而推動智能電網技術的發展。

參考文獻

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