輸變電設備在線監測及診斷技術的研究

楊虹++張來福++姜敏++田赟++白鷺

摘 要： 為了對輸變電設備故障進行正確診斷，對輸變電設備狀態在線監測系統進行研究和開發，建立了基于在線監測技術的輸變電設備狀態在線監測系統，并通過一年中的運行數據進行統計綜合分析，詳細介紹了利用在線監測的輸變電設備故障診斷方法的操作流程和執行程序，體現了輸變電設備狀態在線監測系統的強大實用性。

關鍵詞： 輸變電設備； 在線監測； 狀態診斷； 運行分析

中圖分類號： TN913?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2017）09?0163?03

Abstract： In order to diagnose the fault of the power transmission and transformation equipment accurately， the online monitoring system of the power transmission and transformation equipment status is researched and developed. The power transmission and transformation equipment state online monitoring system based on online monitoring technology was established. The statistics comprehensive analysis was performed for the operation data in a year. The operation process and execution procedure of the fault diagnosis online monitoring method of the power transmission and transformation equipment are introduced in detail to show the powerful and practical state online monitoring system of the power transmission and transformation equipment.

Keywords： power transmission and transformation equipment； online monitoring； status diagnosis； operation analysis

0 引 言

伴隨著我國經濟的快速發展，我國的電網建設同樣處于高速發展階段，在這一過程中，出現了兩個問題：一是電力企業由定期維修轉向狀態維修的需求十分迫切，這是因為隨著電網建設規模的不斷擴大，定期維修導致的設備過度維修或漏修事件不斷增加，這一狀況不僅降低了電網的運行可靠性，而且造成了巨大的經濟損失，急需解決；二是國外商家瞅準中國的這一商機，利用商業手段將其在自己國家處于試驗階段的在線監測設備銷售給我國，他們憑借自身從事輸變電設備狀態在線監測累積的經驗，不斷侵占中國市場，而國內的情況卻是截然相反的兩種情況，沒有能力搞技術研發的單位搖身變成國外廠家的代理商，用大量的廣告搶占市場，而具有能力從事技術研發的單位卻受制于資金問題和缺乏市場能力，無法將研制的成果付諸實際應用，也就無法大量的生產，這就導致我國擁有全球最大的輸變電設備狀態在線監測與診斷裝置市場，但卻無力將市場掌握在自己的手中，無法轉化為技術研發的動力。

1 輸變電設備狀態在線監測與診斷技術

輸變電設備的狀態監測技術指所有可以獲取輸變電設備運行狀態數據的方法和手段，常用的有在線監測、離線檢測及試驗、不與運行設備直接接觸的監測三種方法。其中，在線監測技術是指直接安裝在輸變電設備本體上可以實時檢測、記錄表征設備運行狀態特征量的測量系統及技術。

輸變電設備狀態在線監測與診斷技術的產生與發展是伴隨著設備維修思想的變化而進行的。但是需要指出的是，設備狀態在線監測不等于狀態監測，設備狀態診斷也不等于設備狀態在線診斷。

設備狀態診斷是一種思想，而設備狀態在線診斷只是方法之一。設備狀態在線診斷技術是把檢測設置直接安裝在設備上，對設備的故障類型、位置等參數進行獲取，然后結合一些歷史數據做出診斷。所有這些方法都要統攝在設備狀態診斷之下，它要根據某一刻在線監測獲取設備的某一特征量，把這一測量值與歷史數據進行縱向和橫向的比較，縱向比較指將其與歷史數據進行對比分析，橫向比較指將其與同類設備或同一設備不同的在線監測結果進行對比分析。

因此，基于在線診斷的要求，在線監測系統必須具有能反映各種特征量的監測功能、豐富的專家系統和智能化的診斷能力。

2 輸變電設備狀態在線監測系統結構

基于以上分析，設計了一個輸變電設備狀態在線監測系統，建立面向準實時連續型數據的采集、轉換、傳輸、存儲和綜合加工處理的統一系統。

2.1 在線監測系統整體思路

本輸變電設備狀態在線監測系統是在充分借鑒國內外成熟輸變電設備狀態在線監測技術的基礎上，建立的統一框架，并且考慮當前的國內應用水平和未來的發展要求，以先試點后推廣的方式逐步推進該輸變電設備狀態在線監測系統的建設。在線監測系統整體思路見圖1。

（1） 在線監測系統數據處理方面：該系統面向的是準實時連續型數據，建立一個對連續型數據的采集、轉換、傳輸、存儲和綜合加工處理的統一系統框架。

（2） 輸電設備狀態在線監測方面：監測裝置的安裝位置是重要籌劃的內容，對于輸電設備較為重要、而且不容有故障的區域主要有以下幾類：一是電壓高的區域，如超高壓、特高壓骨干網線；二是負載大的區域，如重載線路；三是維修接近困難的區域，如地質不良區、微地形微氣象地區等；四是容易遭到外力破壞導致故障的區域。在這些大區域中都應該安裝和部署在線監測裝置。

（3） 變電設備狀態在線監測方面：對于變電設備的監測裝置的部署，應該對變電設備的經濟效益和社會影響進行綜合評估，依據電壓等級的高低不同，運行年限的長短不一，以及實際的運行狀況和周圍環境等進行科學合理的配置。一般而言，變電設備狀態在線監測裝置應該重點安裝在以下區域：要求是500 kV及以上變電站，在其變壓器、斷路器及電抗器、電容器和金屬氧化物避雷器等重要設備上安裝監測設備。

2.2 在線監測系統總體構架

本文提出一種輸變電設備狀態在線監測系統模型，模型框架圖如圖2所示。

由圖2的輸變電設備狀態在線監測系統模型可知，該系統的核心即主站系統。主站系統與生產管理數據庫是一個統一的整體，但又保持彼此相對獨立，主站系統的主要功能是實現對輸變電設備狀態在線監測數據的數據加工、數據服務、輸變電CAG、輸變電監測應用以及生產管理等功能，而生產管理數據庫則是實現獨立的數據存儲功能，二者之間的統一則由PI3000平臺實現。

另外，主站系統還需要實現一定的外界功能，需要把主要的監測結果傳輸出去，供管理者和應用者參考使用。為實現這一功能，主站系統擁有強大的接口功能，主要的接口有：

企業服務總線接口。這一接口的主要功能是為主站系統提供大量的調度、雷電、氣象等數據信息，同時，主站系統也通過企業服務總線把標準化的監測數據傳遞給其他相關橫向系統。

WMS/WFS接口。該接口為主站系統提供地理信息系統平臺的地理信息數據，同時，把相應的設備信息傳輸給地理信息系統（GIS）平臺。

統一視頻平臺接口。該接口方便信息的互通，可以快速準確地下發控制指令，也可以及時接收相關的視頻數據信息。

3 輸變電設備狀態在線監測系統的運行分析

通過一年的運行數據分析，對輸變電設備狀態在線監測系統運行狀況進行客觀評價，列舉說明系統中反映的實際案例。

3.1 變電在線監測應用

通過變電在線監測系統，成功避免了兩起設備重大事故：一是換流變磁屏蔽接觸不良事故；二是電抗器C相等電位連線燒斷事故。這兩起事故的發生都十分突然，而且極具隱蔽性，危害后果十分巨大，通過變電在線監測系統及時有效地處理了這兩起事故隱患，避免導致巨大的財產損失。

2013年6月12日，產品型號為JJDKWY?246670/457（A）的某換流變磁屏蔽故障，該部件曾經在一年之前重新投入運行，在這之后發現該線的乙炔開始增長，雖然速度很緩慢，但是一直持續進行，直到增長到1.6 ppm時，開始趨于穩定，見圖3。而在事發當日，在線監測系統的監測值突然開始大幅度升高，之后又趨于緩慢增長，如圖3所示。根據這一數據的變化基本可以判定是換流變的內部出現了放電現象。據此組織相關人員對該換流變磁屏蔽進行帶電超聲波的局放定位，然后進行排油，并組織內檢，確定依據監測數據的判斷是正確的，并成功排除了故障。

2013年6月5日，某線電抗器在試驗中出現乙炔、乙烯、總烴三項數據均超標的情況，系統查詢該部件的信息發現，該電抗器投運時間已經超過20年，而且是500 kV電抗器，這次試驗之前該電抗器進行過大修，這是大修后的首次投運，在這樣的情況下數據超標，經過數次的反復調看監測數據，顯示指標一直呈現增長的趨勢，而且十分明顯，根據這一數據變化趨勢可以判定電抗器的內部也產生了放電。于是對有問題設備進行停電，迅速組織搶修人員進行維修，并在排油后對其內部進行仔細的檢查，在此驗證了依據輸變電設備在線監測系統的監測數據判斷是正確的。

3.2 輸電在線監測應用

在輸變電設備在線監測系統運行期間，成功解決兩次輸電線路故障：一次是某線微氣象監測500 kV某線跳閘，出現這一突發狀況后，系統的在線監測信息顯示故障線路點的氣溫為-4 ℃，當線路處的氣溫降低到冰點以下后，周圍的空氣濕度就會接近飽和狀態，這是大氣環境所致，然后導致冰水混合物開始在絕緣子表面形成，當達到一定程度，就會造成導電，致使線路跳閘，監測圖如圖4所示。

另一次，某線微氣象監測某1線、某2線30號鐵塔倒塔，系統在線監測的數據顯示倒塔的地方最大風速達到了36 m/s，10 min內的平均風速也已經達到了28 m/s，這遠遠超過了鐵塔的設計抗風標準，由此可以判斷倒塔是大風導致的。

4 結 語

隨著我國電網規模的不斷擴大，輸變電設備變得越來越多樣化，設備的制造結構越來越復雜化，在這樣的前提下，針對輸變電設備狀態在線監測系統進行研究和開發，建立了基于在線監測技術的輸變電設備狀態在線監測系統，并通過對一年中的運行數據進行統計綜合分析，典型的事故案例還原，詳細介紹了在線監測的輸變電設備故障診斷方法的操作流程和執行程序，由此可以看出輸變電設備狀態在線監測系統的強大實用性，實現了最初的目標。

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