變電站自動監控系統的應用研究

鈕凱 吳建倫 孟龍

摘要：變電站是利用電流互感原理來實現變壓，用于滿足不同情況下的供電需求，是供電網絡的核心。其工作的穩定性和可靠性直接決定了供電設備的穩定運行。變電站在工作過程中需要承受極大的電壓和變壓沖擊，因此各類電器元件的工作穩定性較低，易產生損壞，嚴重影響供電安全性。目前主要依靠人工定期巡查的方式對變電站的運行狀態進行維護和調整，其效率低下、維護及時性差，一旦出現故障需要對變電站進行全面排查，耗時長，給用電企業造成嚴重的損失。

關鍵詞：變電站;自動監控系統;應用研究

一、變電站自動監控系統

根據變電站的組成及自動控制需求，本文所提出的變電站自動監控系統主要包括遠程控制單元、本地控制中心及自動監控單元，系統采用了模塊化的設計結構，便于進行擴展和控制，能夠實現對變電站核心部件運行狀態的實時監測，提高系統運行的穩定性，其整體結構。

該系統的遠程控制單元和本地控制中心之間采用光纖連接，可確保數據信息傳輸的穩定性和數據量。通過遠程控制中心下達調節控制指令，實現對變電站相應設備運行狀態的遠程調控，確保緊急情況下的運行安全。

本地控制中心主要是對自動監測單元的監測數據信息進行分析和處理，及時識別出異常信息并報警，同時接受遠程控制中心的調節指令，直接控制各設備運行狀態的調整。自動監控單元主要分為變壓器監控、容性儀監控、避雷器監控、開關儀監控四個部分，分別對相應的設備運行狀態進行監控，確保設備的運行安全性。系統內的數據傳遞采用工業以太網，能夠滿足大容量數據快速傳輸的需求，同時具有較強的抗干擾能力。

在監控系統中廣泛地采用了ZigBee協調器節點，將各個監控子單元的監控信息傳輸到協調節點內，經過數據分析處理后將數據通過RS232數據通信接口傳遞給本地監測中心，將相關信息顯示在本地監測中心內，本地監測中心一方面能夠進行數據的存儲，另一方面能夠滿足遠程控制信息的轉換需求，確保監控系統的穩定運行。

二、變壓器運行狀態監測

變壓器是利用電磁感應的原理來改變交流電壓的裝置，是變電站的核心設備。變壓器的故障類型主要包括接地短路、相間短路、過電流等，經過對變壓器故障機理的分析發現，90%以上的故障發生時變壓器內部均會產生局部放電的現象，因此對變壓器運行狀態的監測采用了特高頻監測法。在監測的過程中將變壓器的繞組分別進行中性點接地，利用電流監測方法對變壓器局部放電量進行監控，獲取具體的放電值和放電位置。

由于發生故障時的放電量較小，而且變壓器內部會產生大量的干擾電流，因此為了確保監測的準確性，采用了分段微電流監測的方法。數據采集儀將對局部放電電流的采集頻率進行調整，每個采集周期設置為300ms，在本時間段內獲取的最大采集電流均默認為該區間的最大放電電流，同時系統對電流值進行數字化放大處理，確保在雜波干擾下的監測精確性。根據實際監測結果分析，該監測方案能夠實現對0.01μA電流值的監測，完全滿足變壓器在故障狀態下放電電流的精確監測需求。

三、GIS運行狀態監測

GIS（氣體絕緣金屬封閉開關）是變電站的重要組成部分之一，其運行的安全性直接決定了變電站能否正常工作。由于采用了全封閉結構，因此傳統監測方案中均未對GIS的運行狀態進行監測。經過對GIS運行情況的監測，發現GIS在發生故障前均會產生局部放電現象，而且會持續較長的時間，而GIS故障發生的最主要因素是內部水分超標。但由于變電站在工作的過程中存在大量干擾，因此利用電壓互感的方式進行GIS故障電流監測的方式無法滿足監控需求。

該運行狀態監測系統采用了水分監測和局部放電監測相結合的方式[4]，避免了單一監測方案存在的誤報警情況。對GIS內部水分的監測采用了內置式的露點變送器、壓力傳感器和溫度傳感器，通過對以上三種數據的監測，判斷出內部水分的含量，并通過數字量轉換后傳輸到控制中心。對局部放電電流的監測，則采用了超高頻天線對絕緣子產生的電磁脈沖量，通過信號濾波處理后進行數字量轉換并傳遞到控制中心?？刂浦行耐ㄟ^對水分和局部放電電流的綜合評估來確定GIS設備的運行狀態，從而有效確保變電站的運行安全性。

四、容性裝置運行狀態監測

變電站的容性裝置主要包括電壓互感器及一些含有套管的高壓設備，這些容性設備是整個變電站的重要組成部分，其數量多、分布廣泛，也極易出現故障，而且當變電站出現運行故障時會導致容性裝置的容性電流發生顯著變化。通常情況下，由于容性裝置分布較廣，因此難以進行全面的監控。通過對變電站容性裝置運行情況的分析，本文提出了一種采用對泄漏電流、耦合電容變化情況等進行監測來判斷變電站全局運行狀態的方法。

五、應用情況分析

對變電站進行智能化改造，增加自動監控系統，對變電站的運行狀態進行實時監測。統計表明，采用新的自動監控系統后，能夠自動地對變電站的運行狀態進行監測，當變電站出現異常數據時系統自動進行報警和修正，若超過一定時間系統未修正完成則系統開啟報警，同時顯示異常位置，幫助維修人員進行快速定位;自應用以來，變電站運行故障率降低72%以上、故障處理時間降低了89.3%，顯著地提升了變電站的運行穩定性和安全性。

結束語

綜上所述，目前針對變電站運行狀態監測采用人工巡查效率低、維護及時性差、運行故障率高的難題，提出了一種新的變電站自動監控系統。該系統采用了功能模塊化監控的方案，實現了對變電站運行過程的智能監測、自動報警及總體控制。實際應用表明，該變電站自動監控系統能夠將變電站運行故障率降低72%以上、故障處理時間降低89.3%，顯著提升了變電站運行的穩定性和安全性。

參考文獻

[1]馮婧.變電站自動監控系統的應用研究[J].電力設備管理，2021（02）：171-173.

[2]狄鑫.自動監控系統在礦區變電站中的應用[J].機電工程技術，2020，49（07）：135-136.

[3]燕剛，楊亞麗，劉華，茹東武，侯俊飛，魏芳.智能變電站監控系統雪崩自動測試系統的開發及應用[J].電力系統保護與控制，2019，47（18）：182-187.