變電站電氣設備在線監測綜述

丁 濤

（臨沂市陽光熱力有限公司，山東 臨沂 276000）

0 引 言

在電力系統的實際運作環節中，電氣設備在安裝、運作等階段經常會出現故障問題，不但嚴重影響電力系統的安全系數和穩定度，而且對整體配電網的正常運作帶來了較大的威脅[1]。為了更好地提升電力系統的安全性和穩定性，保證配電網的安全運作，需要有效監測并管理變電站的電氣設備，尤其是高壓機器設備。

現階段，電力企業主要選用保護性試驗檢測變電站電氣設備。保護性試驗需要的電壓通常低于具體運作需要的工作電壓，有時低壓監測結果正常，但是高電壓會顯示異常，因此無法準確判斷變電站電氣設備是否存在故障。隨著我國電力技術的提升，在線監測技術的應用越來越普遍，敏感度高的檢測技術能夠精準監測電氣設備的運行狀態，搜集電路運作信息并進行有效處理[2]。

在變電站運作環節，電力常見故障可分成緩慢發展的故障、快速發展的故障以及適中發展的故障。其中緩慢發展的故障通常需要通過維護保養電氣設備才可以有效清除，耗時相對較長。快速發展的故障在發生前通常沒有顯著征兆，會在短期內對電氣設備造成嚴重威脅，即使選用在線監測也很難解決。適中發展的故障是最常見的故障，通常可以通過在線監控進行有效防范，并可以有效消除。常見的變電站如圖1所示。

圖1 電力變電站

1 電氣設備在線監控分析

采用傳統電氣設備維護方式時，假如電氣設備出現異常，通常會造成大規模的斷電狀況[3]。除此之外，傳統維護通常需要定期檢查全部的電氣設備，不僅會浪費大量資源，而且也無法保證其效果。除此之外，傳統式的電氣設備維護方式也有一定局限。為了達到各個行業的電力工程要求，同時確保電力網供電的穩定性，需要選用合理高效的電氣設備檢測方式[4]。通過對在線監測技術應用的合理運用，一方面可以完成電氣設備的保護性監測，另一方面可以及時高效地核查電氣設備中的故障。

變電站電氣設備在線監測系統運用各類高精密感應器實時搜集變電器、電容器、電力工程傳送線路運作狀況，充分發揮電磁感應器和化學量感應器的應用優勢，將搜集到的物理信號轉變成電子器件數據信號形式，隨后將獲取到的數據傳遞給操作技術人員，再由操作技術人員分辨線路是否出現異常、是否需要斷電維護[5]。變電站電氣設備在線監測系統的運用可以提升監管的時效性和精確性，便于及時發現并解決可能存在的故障隱患，減少維護人員的工作量。變壓器油中的溶解氣體檢測部分能夠通過控制處置部分自主形成一個模塊，借助通信工具將檢測結果傳遞到計算機控制系統中，對變壓器油所溶解的氣體進行在線監測。對于阻力電流量檢測，可以根據對應的電壓傳感器獲得數據信號，通過數據信號來對需要處置的部分進行控制，隨后再將獲取到的數據上傳到計算機中，以此來確保電容機器設備和阻力電流量的準確檢測。

目前，運用變壓器油來提升變電器自身的絕緣性能和導熱性較為常見。受水、電等因素的影響，溶解氣體過程中會出現質變，進而造成部分氣體分子出現分裂現象，對此檢測人員可根據色譜氣體分子結構來判斷變壓器油質是否出現異常情況，一旦發現立即更換，避免對變壓器運行帶來不利影響。在檢測過程中，運用特殊復合材料膜的透氣性將變壓器中的質變氣體分離出來，隨后對其進行檢測，并將其檢測結果反饋給系統[6]。

2 變電站相關電氣設備在線監控要點

氧化鋅避雷器在線監測是一種實時在線監測系統，用于解決避雷針使用期間存在的大概率故障隱患。氧化鋅避雷阻性電流測試如圖2所示。通過對避雷針內部結構和運行特點進行分析，提出解決故障的合理方案，保證供電系統的穩定運行。首先線上系統利用串口通信對現場環境產生的信號數據進行讀取；其次將讀取到的數據信息傳遞到監測后臺展示，系統會將數據自動保存下來，便于日后進行查找閱讀；最后在線監測系統還要根據判斷標準開展數據整理工作，借此判斷現場是否存在故障隱。一旦發現故障問題便立即發送告警信息，便于操作人員及時發現安全隱患并妥善處理，避免出現設備停電甚至爆炸等安全隱患，給人們的生命安全造成威脅。目前國外氧化鋅避雷器在線監測技術研究已經取得了一定成就，借助先進科學技術開展智能監測工作，不僅能達到避雷器綜合實時在線監測的目的，而且還能通過系統后臺來完成傳遞、運輸以及打印等一系列工作[7]。

圖2 氧化鋅避雷阻性電流測試

通常來說，進行變壓器診斷時主要依靠油中所含有的氣體特征來判斷，又可將其稱為變壓器油中氣體故障診斷。早在20世紀，加拿大人就已經開始對變壓器進行研究，并提出了最早的變壓器在線監測系統。將油中所溶解出來的氣體通過滲透膜形成一種電信號，通過氣體含量分析來判斷變壓器運行是否存在故障隱患，這種方法被稱為三比值法[8]。三比值法以C2H2/C2H4、CH4/H2和C2H4/C2H6為診斷變壓器故障模式的依據，準確性不高。自適應調整的模糊診斷分析方法糾正了三比值法的故障判斷模式，大大提高了三比值法判斷的準確性，但由于其復雜的歸屬函數和推理規則，因此系統響應速度較慢。大衛三角形分析法利用CH4、C2H4、C2H2這3種氣體進行故障分析和診斷，彌補了三比值法診斷的不足。將三比值法和大衛三角形分析法相結合，大大提高了變壓器運行的穩定性，不僅診斷速度更快，而且效率也有所提高。

變壓器鐵芯多點接地故障出現的頻率較高，并且造成的經濟損失一般較大。變壓器鐵芯接地故障診斷具體可分為兩種類型，即集中診斷和分散診斷。集中診斷屬于對電力設備系統的重復性監測，而分散診斷則是通過單一形式的特征對信號數據進行監測，兩種方式各有優缺點，在實際應用中需要根據具體情況進行選擇。變壓器鐵芯如圖3所示。

圖3 變壓器鐵芯

3 在線監測發展分析

在線監測技術的應用發展空間很大，主要包括以下內容。一是開發完善的分布式在線監測系統，完成全部變電站電氣設備的即時集中監控和診斷，節約時間和資金；二是開發設計多個電氣設備監控系統，返回多個狀態參數，使多用途、多技術參數的綜合性實時監控系統和診斷變成可能；三是在不斷積累監管經驗的條件下，重視技術革新，創建人工神經網絡和數據管理系統，完善變電站電氣設備的在線監測自動化技術[9]。

4 結 論

隨著中國工業水平的提升，變電站電力設備在線監測技術的運用愈發完善，但在具體運用過程中仍具有相應的缺點，造成在線監測的效果和精確性沒法全面提高。在電力企業發展過程中，一方面要綜合性使用各類技術，提升在線監測技術應用的穩定性和敏感度；另一方面需要對在線監測系統加強，創建分布式在線監測系統，完成電氣設備的集中化監測和合理診斷。