摘要：本文主要介紹了智能變電所中所應(yīng)用的在不影響設(shè)備運行的條件下，利用變壓器在線監(jiān)測、GIS在線監(jiān)測、避雷器在線監(jiān)測等在線監(jiān)測技術(shù)，實現(xiàn)對全所電氣設(shè)備進行數(shù)據(jù)采集、實時顯示、診斷分析、故障報警和參數(shù)設(shè)置。并指出了該技術(shù)今后的發(fā)展方向。以220kV云會智能變電站為例。

關(guān)鍵詞：變壓器在線監(jiān)測；GIS在線監(jiān)測；避雷器在線監(jiān)測；

中圖分類號:TM764 文獻標識碼：A文章編號：1674-098X(2012)03(B)-0000-00

0 引言

智能化變電站是智能電網(wǎng)建設(shè)的重要組成部分，是變電站自動化發(fā)展的一個重要方向。智能化變電站采用低功率、緊湊型的電子式電壓、電流互感器代替常規(guī)的CT和PT，采用智能斷路器和智能電子裝置等先進設(shè)備，利用高速光纖以太網(wǎng)構(gòu)成變電站數(shù)據(jù)采集及傳輸系統(tǒng)，實現(xiàn)基于IEC61850標準的統(tǒng)一信息建模，達到智能設(shè)備間信息共享和互操作的變電站。在變電站高壓設(shè)備裝設(shè)在線監(jiān)測系統(tǒng)，就能夠做到對已經(jīng)發(fā)生、正在發(fā)生或可能發(fā)生的故障進行分析、判斷和預(yù)報，明確故障的性質(zhì)、類型、程度、原因，指出故障發(fā)生和發(fā)展的趨勢及后果，提出控制故障發(fā)展和消除故障的有效對策避免被監(jiān)測設(shè)備事故發(fā)生，保證設(shè)備安全、可靠、正常運行。[1]

在線監(jiān)測系統(tǒng)經(jīng)過數(shù)十年的研究，已經(jīng)呈現(xiàn)出快速發(fā)展的趨勢，部分成熟產(chǎn)品正逐漸在電網(wǎng)中推廣和應(yīng)用，并涵蓋了主要的電氣設(shè)備。在線監(jiān)測系統(tǒng)不但本身故障少，而且能夠及時準確地發(fā)現(xiàn)變電站內(nèi)主設(shè)備的缺陷，為設(shè)備的安全穩(wěn)定運行發(fā)揮了積極作用。[2]

1 220kV云會變電站在線監(jiān)測系統(tǒng)配置

220kV云會智能變電站在線監(jiān)測系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，由現(xiàn)場監(jiān)測單元、系統(tǒng)服務(wù)器和客戶端3大部分組成。

1.1 全站在線監(jiān)測整體配置

（1）#1、#2主變壓器配置末屏電流傳感器在線監(jiān)測，油色譜（含微水）在線監(jiān)測，鐵芯接地在線監(jiān)測，溫度及負荷在線監(jiān)測各一套。

（2）220kV斷路器、110kV斷路器和35kV斷路器安裝氣體密度，微水傳感器在線監(jiān)測，PT電壓檢測。220kV斷路器狀態(tài)監(jiān)測安裝于220kVGIS在線監(jiān)測智能組件柜，110kV、35kV斷路器狀態(tài)監(jiān)測安裝于110kVGIS在線監(jiān)測智能組件柜。

（3）每組避雷器在線監(jiān)測傳感器（有線），全站避雷器配置3組監(jiān)測IED，對應(yīng)監(jiān)測220kV、110kV和35kV避雷器，每組避雷器狀態(tài)監(jiān)測傳感器通過有線傳輸至相應(yīng)的避雷器狀態(tài)監(jiān)測單元。

（4）全站配置一套統(tǒng)一的狀態(tài)監(jiān)測后臺分析軟件，內(nèi)嵌于全站一體化信息平臺，用于變電站內(nèi)各個設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測及數(shù)據(jù)分析。

1.2 現(xiàn)場監(jiān)測單元配置

（1）變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測。每臺變壓器配置6組組分油中溶解氣體進行在線監(jiān)測及分析，氣體組分包括H2、CO、CO2、CH4、C2H4、C2H2、C2H6、H2O。

（2）變壓器套管絕緣在線監(jiān)測。每臺變壓器配置2個末屏電流傳感器，監(jiān)測高壓套管的末屏電流，介質(zhì)損耗和等效電容量。

（3）變壓器鐵芯接地電流在線監(jiān)測。每臺變壓器配置1個電流傳感器，監(jiān)測鐵芯接地電流量。

（4）GIS在線監(jiān)測。每一個GIS氣室配置一個SF6氣體監(jiān)測探頭，監(jiān)測GIS設(shè)備氣室內(nèi)SF6氣體的溫度、壓力和微水含量。

（5）避雷器在線監(jiān)測。每臺斷路器配置1臺泄露電流傳感器，監(jiān)測避雷器在工頻電壓的作用下從內(nèi)部和外部向大地流過微小的泄漏電流。

1.3 系統(tǒng)服務(wù)器

全站配置1臺系統(tǒng)服務(wù)器。系統(tǒng)服務(wù)器具有數(shù)據(jù)采集存儲、IEC61850數(shù)據(jù)接口通信、單元配置、故障報警、故障診斷和WEB服務(wù)器等功能。系統(tǒng)服務(wù)器控制和管理各監(jiān)測單元并采集、存儲在線監(jiān)測數(shù)據(jù)，對電力設(shè)備的運行狀況進行評價和分析，并對有關(guān)數(shù)據(jù)進行融合，建立電力設(shè)備運行與檢修管理數(shù)據(jù)中心。在線監(jiān)測系統(tǒng)服務(wù)器可以IEC61850規(guī)約與變電站自動化管理系統(tǒng)進行通訊，可向其提供所需的設(shè)備在線監(jiān)測數(shù)據(jù)。

1.4 客戶端

全站配置一套客戶端。客戶端具有監(jiān)測數(shù)據(jù)瀏覽查詢、趨勢分析、報警、數(shù)據(jù)導出、數(shù)據(jù)備份恢復、報表打印等功能。在基于WEB頁面的監(jiān)控平臺下，用戶可對電力設(shè)備的綜合狀態(tài)進行遠程實時在線監(jiān)測和診斷，制定維護和檢修策略。[3]

2 220kV云會變電站在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

220kV云會智能變電站選用寧波理工監(jiān)測科技股份有限公司的MDS4000輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與評估系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由站控層信息一體化平臺和設(shè)備層MDD3000系列智能組件柜組成，MDS4000系統(tǒng)設(shè)備層包括MDD3000T變壓器智能組件、MDD3000G GIS監(jiān)測組件和MDD3000N避雷器監(jiān)測智能組件。

2.1 MDD3000T變壓器智能組件

MDD3000T變壓器智能在線監(jiān)測組件是變壓器的智能化裝置，主要由iMGA2020油中氣體微水監(jiān)測IED、iIMM2020變壓器套管絕緣IED、iOCM2020工況監(jiān)測IED以及各種傳感器組成。

iMGA2020油中氣體微水監(jiān)測IED是將變壓器本體油經(jīng)循環(huán)管路循環(huán)并進入脫氣裝置，再由脫氣裝置進入分析儀，經(jīng)數(shù)據(jù)處理打印出可燃氣體等的譜圖及含量值，運用改良三比值法、大衛(wèi)三角形法、立方體圖示法進行變壓器油中的溶解氣體的數(shù)據(jù)分析，提前發(fā)現(xiàn)變壓器過熱或絕緣故障。

iIMM2020變壓器套管絕緣IED是監(jiān)測高壓套管的末屏電流、介質(zhì)損耗和等效電容，反映套管的絕緣狀況變化和發(fā)展趨勢，為變壓器高壓套管在長期運行中因污穢、化學腐蝕、電閃、發(fā)熱、機械力等環(huán)境條件變化的影響，絕緣性能逐漸下降，并可能導致的嚴重缺陷做出判斷，通過對上述監(jiān)測量的同類設(shè)備的橫向比較、同一設(shè)備的縱向比較來進行套管絕緣分析，進而為狀態(tài)檢修提供可信賴的判據(jù)。

iOCM2020工況監(jiān)測IED采集變壓器的鐵芯接地電流和油溫等變壓器工況信息，來發(fā)現(xiàn)箱體內(nèi)異物、內(nèi)部絕緣受潮和損傷、油箱沉積油泥、鐵芯多點接地等類型的故障。從而及早的發(fā)現(xiàn)隱患，提出預(yù)警，避免事故的發(fā)生。

2.2 MDD3000G GIS監(jiān)測組件

MDD3000G在線監(jiān)測系統(tǒng)是在線動態(tài)的綜合型GIS故障診斷系統(tǒng)，由在線監(jiān)測和故障診斷兩大部分組成。主要包括iPDM2020G局部放電監(jiān)測IED、iIEM2020A SF6密度微水監(jiān)測IED、光纖交換機等。

在線監(jiān)測部分包括GIS局部放電監(jiān)測，220kV GIS 45個氣室、110kV GIS 32個氣室的SF6氣體溫度、壓力及微水含量監(jiān)測，以及GIS氣室中SF6氣體的泄露報警等基本單元。

故障診斷部分包括故障有無判斷模塊、故障定性與定位診斷模塊、故障嚴重程度與發(fā)展趨勢分析模塊、故障危害性評估模塊和維修策略模塊。

iPDM2020G局部放電監(jiān)測IED是通過安裝于GIS檢修孔處的超高頻信號（UHF）傳感器檢測GIS內(nèi)部局部放電激發(fā)的電磁波信號，進過RF濾波、射頻前置放大器和檢波器后，經(jīng)由高速數(shù)據(jù)采集模塊進行同步采樣、采用小波分析等數(shù)字處理技術(shù)，完成對局部放電信息的二維、三維放電特征圖譜分析。

iIEM2020A SF6密度微水監(jiān)測IED能夠以高于國家標準的測量精度，長期在線監(jiān)測斷路器和GIS等高壓電器設(shè)備的SF6氣體溫度、壓力和微水含量及其變化趨勢，能在SF6氣體有關(guān)指標出現(xiàn)變化時，給出變化趨勢曲線，有關(guān)指標達到報警狀態(tài)時，自動報警或啟動報警裝置，當有關(guān)指標達到危險狀況時，自動報到或啟動閉鎖裝置，禁止斷路器動作，以保障設(shè)備和變電站整套系統(tǒng)的安全。

2.3 MDD3000N避雷器智能組件

云會變電站全站采用兩套iMOA2020避雷器監(jiān)測IED，現(xiàn)場監(jiān)測38只傳感器安裝在避雷器本體，IED就近安裝在相近區(qū)域的智能組件柜中。

iMOA2020避雷器監(jiān)測IED采用基波法測量氧化鋅避雷器的泄漏電流的全電流、阻性電流來實現(xiàn)動態(tài)監(jiān)測避雷器的絕緣狀況以及避雷器的動作次數(shù)，在通過橫向縱向比較、診斷、預(yù)警，從而實現(xiàn)避雷器絕緣狀態(tài)的在線監(jiān)測，經(jīng)過處理后的結(jié)果數(shù)據(jù)和設(shè)備狀態(tài)通過光纖以太網(wǎng)上傳至主IED和站控層服務(wù)器。

3 發(fā)展趨勢

（1）傳感器。在線監(jiān)測能否滿足實際的要求，主要取決于傳感器的抗電磁干擾能力。因此，傳感器技術(shù)是在線監(jiān)測的關(guān)鍵。因此今后對傳感器在高電位、強磁場的環(huán)境下的抗干擾能力的研究會成為在線監(jiān)測設(shè)備研究的一個方向。[4]

（2）對如何根據(jù)檢測到的數(shù)據(jù)作出相應(yīng)的判斷，以及對新的更有效的檢測項目和檢測方法等方面的基礎(chǔ)研究將得到進一步加強。積累運行經(jīng)驗和測試數(shù)據(jù)，尋找變化規(guī)律，結(jié)合停電試驗數(shù)據(jù)，研究制定設(shè)備狀態(tài)、壽命評估的標準和方法，逐步達到狀態(tài)檢修的目的。[5]

（3）此外，系統(tǒng)的標準化問題、狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的技術(shù)標準、智能分析系統(tǒng)的開發(fā)、設(shè)備狀態(tài)評估標準和狀態(tài)檢修的應(yīng)用等，都是今后要研究的重要問題。

4 結(jié)語

本文主要介紹了220kV云會智能變電站應(yīng)用的在線監(jiān)測技術(shù)的總體結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)配置。這些在線監(jiān)測系統(tǒng)大都針對變電站的主要設(shè)備，其監(jiān)測結(jié)果對指導變電站狀態(tài)檢修、防止主設(shè)備故障及人身事故產(chǎn)生了重要作用，帶來的經(jīng)濟效應(yīng)是相當可觀的。

參考文獻

［1］劉昱，許玉香，于崢，尚勇．750 kV智能化變電站在線監(jiān)測系統(tǒng)配置．電網(wǎng)清潔能源，Power System and Clean Energy2010，26(2)．

［2］郭凱軍，孫 波，郭碧翔．變電所電氣設(shè)備在線監(jiān)測．中國電力教育2010．

［3］周科峰．變電設(shè)備在線監(jiān)測與故障診斷技術(shù)．江西電力，2009．

［4］蘇鵬聲．對智能電網(wǎng)電力系統(tǒng)主設(shè)備在線監(jiān)測現(xiàn)狀和發(fā)展的幾點看法．電力儀器儀表產(chǎn)品選用年鑒，2010-2011：57．

［5］戴賢哲．變電設(shè)備在線監(jiān)測技術(shù)與應(yīng)用科協(xié)論壇． 2011，9．