220kV變電站一次設備狀態監測技術研究

郭思東

摘要：社會經濟發展使得人們對電能質量要求越來越高。220kV變電站一次設備主要由變壓器、斷路器、避雷器、互感器、母線等部分組成，其發生故障對提供可靠性帶來嚴重的威脅。文章通過對其狀態監測技術進行探討，提高變電站故障分析、診斷、預警和處理的能力，從而提高供電可靠性。

關鍵詞：變電站；一次設備；在線監測

0引言

隨著電力工業的發展，國內變電站智能化建設迅速推進，變電站一次設備狀態監測與綜合故障診斷成為變電站建設與運行的研究重點。傳統的變電站單項監測系統在種類控制、信息傳輸、數據模型的統一、數據共享、生產實用等方面存在較大的問題，不利于設備狀態檢修自動化進程。因此，應用設備狀態監測技術、先進傳感器技術、嵌入式計算機技術、現代通信技術和設備故障診斷技術構建先進的監測系統，做到信息共享，準確、實時的數據分析，對變壓器、斷路器、避雷器等一次設備進行分析、評估、預報、診斷，及時提出排除故障建議，為一線電力工程人員提供及時、準確的參考信息。

1 變電站一次主設備狀態監測系統架構

220kV變電站一次設備狀態監測和故障診斷系統架構包括監控信息一體化平臺（Linux）、在線檢測模塊（變壓器智能組件、斷路器智能組件、避雷器智能組件）、Windows、接口程序、實時/歷史數據庫等。系統基于信息一體化、功能集成化、設備組件化、狀態檢修自動化的設計思路，將系統分為設備層和站控層，設備層負責設備信息收集和預判斷，包括變壓器、斷路器、避雷器等一次設備的智能組件，采用主智能電子設備（IED）、子智能電子設備模塊設備，獨立運行；站控層負責將監測數據與評價結果寫入實時/歷史數據庫存，并在一體化平臺實時展示診斷結果，為用戶提供快捷、高效的數據信息，具有數據容量大、存放統一、易于維護管理等優點。

2變壓器鐵芯在線監測

變壓器鐵芯接地電流監測單元是基于數字信號處理技術、計算機技術、精密傳感器技術，采用高靈敏度電流傳感器，剔除雜波干擾信號，運用自動原理實現泄漏電流的就地式在線監測，得到實際接地泄漏電流信息，在狀態監測系統的配合下對鐵芯的絕緣健康狀態進行分析，判斷和預測，為變壓器的完整性提供了現場保證。系統分為傳感器和監測終端構成數據采集、測量、計算單元的兩大部分，監測終端保持各自獨立性，不會對其他終端運行構成影響。終端數據上傳到智能匯控柜內IED進行分析處理保存，并通過光纖通訊環網匯總全站設備狀態監測服務器，用戶想了解全站設備的運行狀態，只需要通過MIS崗訪問即可。

鐵芯接地電流傳感器有五大特點：一是對現場惡劣的電磁環境有充分的充分的考慮，并且有全面的抑止措施，例如電纜及變壓器外殼的屏蔽措施相當完善、采用多重濾波技術、系統單點接地等等方式，保證系統的EMC特性得到極大的增強；二是對變壓器接地泄漏電流進行實時監測，在不改變原有的電力設備接地模式、接線而進行系統安裝，確保監測系統與電氣系統之間不存在電的聯系，僅有磁的聯系，不用擔心對一次系統造成任何的干擾和影響；三是可以對變壓器鐵芯、夾件的泄漏電流變化進行自動跟蹤，并對其趨勢進行分析；四是傳感器的磁芯使用新型磁性材料，性能優異，電流相移的變化和傳輸比都小于萬分之五，而且穩定性好，軟磁特性和磁化網線不會因長時間運行而發生變化；五是帶有超限報警功能。

3斷路器狀態監測

斷路器智能組件主要實現對斷路器動作特性和SF6微水和密度監測，斷路器整體組件由斷路器本體、斷路器智能組件、信息一體化平臺構成。斷路器本體包括SF6微水和密度傳感器、電流傳感器、行程傳感器；斷路器智能組件包括站控層通信網絡、主IED、過程層通信網絡、冷卻裝置監測IED。斷路器監測智能組件采樣同步技術對開斷電流、分/合閘線圈采集信號，并通過錄波分析完成對斷路器機械特性狀態監測以及電壽命評估。以SF6氣體泄漏評估為例，當斷路器SF6發生泄漏時，智能組件立即對由于漏氣引起的密度和壓力變化作出指標，并發出預警信息。斷路器SF6氣體泄漏故障的診斷通常是采用相對泄漏率比較法和閾值比較法。相對泄漏率比較法是比較相鄰兩只傳感器壓力差的相對變化率來判斷是否存在SF6氣體泄漏，當這個變化率大于設定值時，即可判斷SF6出現泄漏了；閾值比較法是通過監測SF6氣體壓力與設定值進行比較，當監測到的SF6氣體壓力小于設定值，則判斷SF6氣體出現泄漏。斷路器的動作特性監測IED根據采用的三比值對斷路器運行狀況進行評估，并通過過程層網絡向主IED報告診斷和評估結果。

4避雷器狀態監測

避雷器狀態檢測組件由避雷器本體、避雷器智能組件、信息一體化平臺構成。避雷器本體主要由多個現場監測傳感器組成，再通過2.4GHZ無線網絡與避雷器智能組件連接；避雷器智能組件包括站控層通信網絡、主IED、過程層通信網絡、冷卻裝置監測IED，通過多模光纖與信息一體化平臺連接。避雷器智能組件監測原理是基于基波法測量泄漏電流和阻性電流，從而實現對避雷器絕緣狀況的監測。基波法主要是應用模擬濾波技術和數字濾波技術，在采集到的避雷器末屏泄漏總電流中獲得基波分量，再根據阻性電流判斷避雷器的絕緣狀況。監測單元接收集采命令后，采用GPS授時時鐘對系統頻率進行實時采樣，并將結果通過無線網絡傳輸到避雷器監測智能處理器，再由其根據阻性電流、容性電流、泄漏電流的計算結果作出診斷，預警預警，從而實現狀態監測的目的。

5結論

220kV變電站一次設備狀態監測系統是一個綜合的系統設計方案，各部分在實現方案和評估分析都有獨特的特點。變電站在進行智能改造時，一定要注意整體功能的實現。同時智能變電站可優化變電站一次設備資源和抵御各種事故風險方面作用突出，但相關技術還需要進一步探討。

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