智能變電站設備狀態監測

韓東升　馮艷麗

摘 要：隨著電力市場的發展，使越來越多的供電公司出現繼電保護設備校驗工作量激增、繼電保護人員超負荷工作、繼電保護檢修成本增加等一系列問題出現，只有強化設備狀態監測設備配置，才能盡可能減少上述問題的發生。文章對智能變電站二次設備狀態監測分類、原理及技術指標進行分析與探討。

關鍵詞：智能變電站；二次設備；狀態監測

引言

智能變電站狀態監測系統通過對全站關鍵一次設備運行狀態進行實時監測，保存歷史監測數據，綜合實時監測數據和歷史監測數據對一次設備運行狀態進行評估分析，給出預警信息和診斷結果。目前我國智能變電站狀態監測系統監測的對象主要包含主變壓器、斷路器和GOS等高壓開關設備、金屬氧化物避雷器等性設備，監測項目涵蓋油中溶解氣體監測、主變壓器鐵芯接地電流監測、容性設備介質損耗監測、局部放電監測、SF6微水密度監測、開關機械特性監測等。智能變電站狀態監測系統是一個專業性強、覆蓋面廣、一二次電力設備技術結合緊密的監測系統。

1 智能監測系統分類

智能變電站狀態監測由站控層設備、間隔層設備、過程層設備組成。過程層設備負責直接采集一次設備運行狀態信息，主要由各種傳感器設備組成；間隔層設備負責按間隔對設備匯集過程層設備采集的狀態信息并做初步診斷分析，將采集數據及診斷結果按變電站設備在線監測II借口規范組織并上傳至站控層設備，主要包含各種一次設備智能組件和監測IED；站控層設備負責匯集全站在線監測數據及初步診斷結果，對站內各一次設備運行狀態進行綜合診斷分析，給出檢修建議，并對監測數據及分析結果進行機組展示和歷史數據保存，供遠方主站調用。

目前廣泛采用的在線監測技術主要有：變壓器油中溶解氣體監測；變壓器特高頻局部放電監測；變壓器鐵芯接地電流監測；GIS特高頻局部放電監測；金屬氧化物避雷器絕緣監測；斷路器機械特性監測；SF6微水密度監測。

2 關鍵設備功能原理及技術指標

變壓器油中溶解氣體監測的監測原理：早期預測變壓器等充油電氣設備的內部故障對安全供電、防止事故是極為重要的。在正常情況下，充油電氣設備內的油、紙等絕緣材料在熱和電的作用下，會逐漸老化和分解，產生少量的烴類等氣體。若存在潛伏性過熱或放電等故障時，產生量會增加，產生的氣體種類會增多，這些氣體大部分會溶解于油中。通過對油中溶解氣體的成分及含量進行分析，可以判斷推測出充油電氣設備內部是否發生了故障以及發生故障的種類。

監測油中溶解氣體的方法很多，現有監測產品主要采用以下四種方法：（1）氣象色譜法。變壓器油中不同氣體成分在色譜柱固定相與流動相間的分配系數不同，因此在流動相載氣推動下，各成分沿色譜柱運動的速度也就不同。（2）陳列式氣敏傳感器法。采用由多個氣敏傳感器組成的陳列，由于不用傳感器對不同氣體的敏感度不同，而氣體傳感器的交叉敏感是極其復雜的非線性關系，采用神經結構進行反復的離線訓練可以建立各氣體成分濃度與傳感器陳列響應的對應關系，消除交叉敏感的影響，從而不需要對混合氣體進行分離，能實現對各種氣體濃度的在線監測。（3）紅外光譜法。根據氣體分子吸收紅外光的吸光度定律比耳定律，吸光度與氣體濃度以及光程具有線性關系。因此，由光譜掃描獲得吸光度并通過吸光度定律計算可得到氣體的濃度。（4）光聲光譜法。光聲光譜法監測技術基于光聲效應，即當物質受到周期性強度調制的光照射時，產生聲信號的現象。

特高頻局部放電監測的監測原理：局部放電是指絕緣結構中由于電場分布不均勻，局部場強過高而導致的絕緣介質中局部范圍內的放電或擊穿現象。局部放電是造成絕緣劣化的主要原因，也是劣化的重要征兆。因此，對局部放電的在線監測對于電流設備的安全運行具有重要意義。局部放電的監測以局部放電所產生的各種現象為依據，通過能表述該現象的物理量來表征局部放電的狀態及特性，由于局部放電的過程中會產生電脈沖、電磁輻射、超聲波、光以及一些化學生產物，并引起局部過熱，相應地出現了脈沖電流法、特高頻法、超聲波法、光測法、化學監測法等多種監測方法。

容性設備在線監測的監測原理：電力系統中高壓容性設備是指某些絕緣結構可視為一組串聯電容的設備，包括變壓器套管、電流互感器、耦合電容器等。容性設備數量在變電站中占較大比重，它們的絕緣是否良好直接關系到整個變電站能否安全運行，因而對其絕緣進行監測具有重要意義。

避雷器監測裝置的監測量包括電流、阻性電流和雷擊記錄。變電站設備狀態監測范圍較廣，除監測裝置外，常見的還包括變壓器套管絕緣在線監測裝置、變壓器鐵芯接地監測裝置、變壓器繞組測溫、斷路器機械特性監測裝置、SF6環境在線監測系統、開關柜溫度監測裝置等。

3 狀態監測綜合應用服務器

狀態監測綜合應用服務器對外提供統一的基于IEC 61850的通信接口，對各種在線監測裝置進行數據采集、處理、分析、保存和診斷，并將信息上送到調度。綜合應用服務器軟件主要功能包括使用IEC 61850介入各類監測數據；對變壓器的監測數據，如氣體含量、局部放電、套管介質損耗、鐵芯電流等進行綜合狀態診斷；電流互感器、電壓互感器等設備的絕緣診斷；根據監測的泄露電流，阻性電流等進行狀態診斷；對監測到的開斷電流、分合閘線圈電流、行程等進行狀態診斷；提供各類數據查看、分析、診斷等。

在新一代智能變電站中，綜合服務器除對一次設備進行在線監測數據接收和處理外，還要接收過程層二次設備監測數據，通過SNMP接收過程層網絡交換機的網絡狀態信息，通過動態記錄裝置接收保護裝置的狀態診斷結果等。

4 二次設備狀態監測發展的必然性

隨著智能變電站工程建設不斷推進，設備狀態監測領域內凸顯一些需要解決的問題：狀態監測功能的集成度和一體化水平不高，部分功能雖然得到整合，但是數據未得到重復融合和利用；裝置硬件屏體不統一，通用性差，設計不規范，限制了進一步提供系統的可靠性和適應性；裝置可靠性差、誤報率高，投入生產效應比較差；一次和二次之間的信息交互動較弱等。

為提高智能化變電站整體技術水平，滿足新一代智能變電站建設要求，增強市場的競爭力并支撐智能變電站電網的發展，必須切實提高智能變電站設備狀態監測裝置的功能集成度、可靠性和穩定性，并通過綜合分析多種監測數據，減少報誤率。因此，面向對象的全景數據監測及綜合診斷評估將成為智能變電站設備狀態監測技術未來的發展方向。另外，充分利用狀態監測數據，實現與監測系統、視頻系統、安防系統有效互動，也將成為智能變電站設備狀態監測技術發展的趨勢。

5 結束語

變電站二次設備狀態檢修是強化變電設備安全管理及電網可靠性運行的重要舉措。也是智能變電站發展的必然趨勢。在電力系統設備中，不僅要重視一次設備的狀態監測，二次設備也同樣需要進行全面的狀態監測，這樣才能保證智能變電站的安全和效率。

參考文獻

[1]羅洪治，淺析智能變電站及二次設備狀態監測技術[J].電力與資源，2013，6.

[2]琚軍，施中郎，賴秀炎，等.關于二次設備狀態檢修若干問題的探討[J].浙江電力，2010，12.

作者簡介：韓東升（1980-），男，漢族，河南鄢陵人，助理工程師，從事電力工程監理工作。

馮艷麗（1982-），女，漢族，河南項城人，工程師，從事工程設計工作。