在線監(jiān)測(cè)技術(shù)在智能變電站中的應(yīng)用

梅珞

【摘 要】隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和智能變電站工程項(xiàng)目建設(shè)水平的不斷提高，無人值班制度得以應(yīng)用和推廣。在現(xiàn)代智能變電站技術(shù)不斷發(fā)展的時(shí)代背景下，相關(guān)的設(shè)備智能化程度也越來越高，在線監(jiān)測(cè)技術(shù)在智能變電站中的應(yīng)用已經(jīng)趨于成熟。本文將以某智能變電站為例，就在線監(jiān)測(cè)技術(shù)在智能變電站中的應(yīng)用實(shí)踐，談一下自己的觀點(diǎn)和認(rèn)識(shí)，僅供參考。

【關(guān)鍵詞】智能變電站 在線監(jiān)測(cè) 技術(shù) 應(yīng)用 研究

在線監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用于智能變電站以后，可在確保變電站及相關(guān)設(shè)備正常運(yùn)行的狀態(tài)下，實(shí)時(shí)獲取該設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息，準(zhǔn)確把握周邊環(huán)境狀況。在此基礎(chǔ)上，再利用專家診斷算法，對(duì)系統(tǒng)設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析和綜合判斷，給出較為準(zhǔn)確的預(yù)警信息、發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障問題，這對(duì)確保智能變電站的運(yùn)行安全可靠性，具有非常重大的現(xiàn)實(shí)意義。

1 工況概述

某智能變電站（以下簡(jiǎn)稱為A站），按照220kV、110kV以及35kV等電壓等級(jí)進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，本期主變壓器共有兩臺(tái)，其中220kV電壓等級(jí)利用的是戶外GIS技術(shù)設(shè)備，并且采用雙母線接線方式，共有4回出線；對(duì)于110kV電壓等級(jí)而言，采用的是戶外GIS技術(shù)設(shè)備，而且是單母分段接線方式，共有8回出線。該智能變電站的220kV、110kV電壓等級(jí)都按進(jìn)出線間隔配置敞開式的金屬氧化巧避雷器。

2 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)構(gòu)成

A站配有在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并且采用分布分層開放式結(jié)構(gòu)，主要構(gòu)成是一次設(shè)備傳感器以及在線系統(tǒng)后臺(tái)，其中系統(tǒng)后臺(tái)獨(dú)立配置，并由智能變電站監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用服務(wù)器集成。對(duì)于全站而言，在線監(jiān)測(cè)設(shè)備采用的是統(tǒng)一后臺(tái)，并且通過在線統(tǒng)一監(jiān)測(cè)分析軟件、傳輸規(guī)范以及接口類型，進(jìn)行全站各傳輸設(shè)備綜合分析、決策等。

2.2 一次設(shè)備監(jiān)測(cè)內(nèi)容

對(duì)于220kV變電站而言，其一次設(shè)備的監(jiān)測(cè)內(nèi)容（范圍）主要有主變壓器、GIS設(shè)備以及避雷器等。對(duì)于220kV電壓等級(jí)的主變壓器而言，預(yù)留供檢測(cè)應(yīng)用的特高頻傳感器、測(cè)試接口。對(duì)于220kV高壓GIS而言，也應(yīng)對(duì)預(yù)留供檢測(cè)的特高頻傳感器和測(cè)試接口）。同時(shí)，還有避雷器以及泄漏電流和放電的次數(shù)等。傳感器、后臺(tái)配置以及在線監(jiān)測(cè)過程中，每一臺(tái)主變壓器都要配置一臺(tái)溶解氣體傳感器，以及兩只油溫傳感器和兩只繞組溫度傳感器，預(yù)留出應(yīng)對(duì)局部放電的監(jiān)測(cè)接口。220kV組合電器局部放電傳感器以及斷路器，均為單位配置，其中任何一相斷路器均需配置一只傳感器。實(shí)踐中，還要對(duì)電壓的等級(jí)以及設(shè)備的類型配置進(jìn)行綜合考慮，每一臺(tái)主變壓器都要配置一臺(tái)在線監(jiān)測(cè)設(shè)備（IED）。其中，避雷器根據(jù)電壓等級(jí)配置IED。對(duì)于在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)后臺(tái)而言，其既可以獨(dú)立的配置，又可以由數(shù)據(jù)處理服務(wù)器進(jìn)行集成，提供站內(nèi)人機(jī)界面，并且展現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以及發(fā)展趨勢(shì)等，在此基礎(chǔ)上還可以對(duì)設(shè)備進(jìn)行綜合評(píng)估、故障診斷以及輔助決策。

2.3 系統(tǒng)配置

根據(jù)智能變電站的實(shí)際情況和需求，優(yōu)化配置主變、避雷器在線監(jiān)測(cè)設(shè)備，GIS設(shè)備配置局部放電傳感器，預(yù)留一定的測(cè)試接口。對(duì)于主變距器監(jiān)測(cè)而言，在線監(jiān)測(cè)過程中，主要是對(duì)油色譜、局部放電、鐵芯接地電流以及繞組溫濕度和負(fù)荷信息進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)。根據(jù)智能變電站工程建設(shè)需要，進(jìn)行上述在線監(jiān)測(cè)；在監(jiān)測(cè)局部放電時(shí)，不配置在線監(jiān)測(cè)設(shè)施，只需預(yù)留合適的測(cè)試接口即可。

2.3.1 在線監(jiān)測(cè)主變油色譜

智能變電站油中溶解氣體分析，作為變壓器在線監(jiān)測(cè)的重要內(nèi)容，可準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)變壓器潛在故障隱患。通過對(duì)油中溶解的氣體進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，即可用于油中氣體（比如氫氣、甲烷、乙烯、乙炔以及一氧化碳和二氧化碳等氣體）、微水含量的檢測(cè)，主要步驟如下：第一，利用負(fù)壓動(dòng)態(tài)頂空脫氣技術(shù)分離油氣，從油中將檢測(cè)到的混合氣體分離出來。第二，樣氣分離以后，再利用色譜柱分離混合氣體，并且基于高靈敏性納米晶半導(dǎo)體傳感器的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)氣體檢測(cè)之目的。第三，基于在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息采集以及A/D的轉(zhuǎn)換，然后將數(shù)據(jù)信息上傳到系統(tǒng)后臺(tái)。第四，在線監(jiān)測(cè)后臺(tái)對(duì)收集到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析，并且對(duì)變壓器的運(yùn)行狀態(tài)綜合評(píng)估。所測(cè)組分濃度增長(zhǎng)率，超過預(yù)設(shè)值以后，利用DGA分析法界定變壓器運(yùn)行故障問題，并以此為基礎(chǔ)對(duì)故障類型、等級(jí)進(jìn)行判斷；通過以上操作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)變壓器絕緣、過熱等故障問題，從而對(duì)其進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)。

2.3.2 油溫、繞組溫度的在線監(jiān)測(cè)

智能變電站變壓器主變繞組的溫度、以及油溫監(jiān)測(cè)過程中，采用的是主變自帶的電阻溫度傳感設(shè)備，配置兩個(gè)，經(jīng)主變端子箱中變送器轉(zhuǎn)變成4至20mA的直流信號(hào)，接入主變智能終端。

2.3.3 對(duì)局部放電進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)

對(duì)智能變電站進(jìn)行局部放電在線監(jiān)測(cè)過程中，利用的是UHF技術(shù)，基于特高頻傳感器對(duì)變壓器內(nèi)部因局部放電而形成的電磁波信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。本文所研究的智能變電站不配置監(jiān)測(cè)傳感設(shè)備，只預(yù)留適當(dāng)?shù)臏y(cè)試接口即可。

2.4 避雷器

對(duì)避雷器進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)時(shí)，主要包括在線監(jiān)測(cè)IED、傳感器。在此過程中，傳感器將收集的泄露電流、動(dòng)作次數(shù)以及阻性電流等數(shù)據(jù)信息，基于RS485給避雷器進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，并將間隔傳感器傳送的數(shù)據(jù)信息進(jìn)集中處理，從而實(shí)現(xiàn)異常告警以及故障診斷等目的。通過RS485功能的有效發(fā)揮，串接在避雷器接地回路上，而且傳感器能夠監(jiān)測(cè)電壓運(yùn)行狀態(tài)下的泄露電流值，并以此來判斷其內(nèi)部受潮與否，元件有無異常等。對(duì)于動(dòng)作次數(shù)計(jì)數(shù)器而言，其應(yīng)用的價(jià)值主要體現(xiàn)在記錄過電壓狀態(tài)下的動(dòng)作次數(shù)。

2.5 綜合評(píng)估和分析

在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行情況、周邊環(huán)境等方面的信息，上傳到系統(tǒng)后臺(tái)，應(yīng)用軟件根據(jù)預(yù)設(shè)參數(shù)對(duì)相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行狀況以及性能等進(jìn)行綜合分析，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行評(píng)估、預(yù)測(cè)故障，對(duì)性能不佳的相關(guān)設(shè)備提前預(yù)警。其功能主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

第一，故障診斷。智能變電站故障診斷過程中，通過在線監(jiān)測(cè)分析高壓電氣設(shè)備的運(yùn)行狀況。在此過程中，還可采用專家系統(tǒng)、ANN、SVM以及模糊理論等故障診斷方法，對(duì)設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行綜合分析，用多種預(yù)測(cè)推理算方法對(duì)被測(cè)設(shè)備狀況預(yù)警，對(duì)其中的故障問題以及可能的隱患進(jìn)行診斷。

第二，輔助決策。在系統(tǒng)建模基礎(chǔ)上，以相關(guān)設(shè)備的狀態(tài)評(píng)價(jià)為基礎(chǔ)，充分考慮該設(shè)備在整個(gè)智能變電站乃至電網(wǎng)系統(tǒng)中的重要性，優(yōu)化檢修次序、計(jì)劃，從而為決策的做出提供支持。

第三，設(shè)備狀態(tài)可視化。在線監(jiān)測(cè)后臺(tái)對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行可視化監(jiān)管，并且將收集到的設(shè)備狀態(tài)信息、參數(shù)以及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等綜合分析，然后可視化展示出來，直觀觀察站內(nèi)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。

2.6 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

上述智能變電站系統(tǒng)已經(jīng)投運(yùn)，而且其中的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)表現(xiàn)出非常理想的應(yīng)用效果。通過對(duì)變壓器、避雷器以及GIS等設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，能夠取得被測(cè)設(shè)備的狀態(tài)參量。以實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)設(shè)備狀態(tài)的預(yù)警和分析，提醒工作人員采取有效的措施進(jìn)行故障防范。220kV的智能變電站應(yīng)用在線監(jiān)測(cè)技術(shù)以后，已經(jīng)成功的投用，從運(yùn)行效果來看，比較良好。通過對(duì)變壓器、避雷器以及GIS等電氣設(shè)備進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，結(jié)合故障問題診斷技術(shù)防范，實(shí)現(xiàn)了對(duì)被測(cè)電氣設(shè)備的運(yùn)行情況分析、狀態(tài)監(jiān)測(cè)和預(yù)警，使電氣設(shè)備檢修措施從原來的定期檢修，轉(zhuǎn)變成現(xiàn)在的狀態(tài)檢修，預(yù)期目的得以實(shí)現(xiàn)。

3 結(jié)語

總而言之，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和智能變電站工程項(xiàng)目建設(shè)水平的不斷提高，無人值班制度得以應(yīng)用和推廣，與此同時(shí)也對(duì)電氣設(shè)備在線監(jiān)測(cè)提出了更高的要求。在線監(jiān)測(cè)技術(shù)在智能變電站中的應(yīng)用，起到了非常好的效果，可在相關(guān)電氣設(shè)備不停電的前提下，實(shí)時(shí)獲取其狀態(tài)下參量，以此為基礎(chǔ)優(yōu)選針對(duì)性的故障診斷技術(shù)和犯法，提前發(fā)現(xiàn)和處理氣體泄露、發(fā)熱以及局部放電等故障，有效保證了智能變電站及電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。

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