張振嶸

（廣州供電局有限公司 廣東 廣州 510000）

摘 要：隨著我國電網智能化改造的推進，目前絕大部分區(qū)域已經完成智能變電站改造項目。介紹了智能變電站在線監(jiān)測技術應用情況；設計了智能變電站一體化監(jiān)控系統(tǒng)方案，對于變電站數(shù)據采集、數(shù)據接入以及一體化控制進行了分析，智能在線監(jiān)測技術的應用能夠全面、實時的反應設備的運行狀況，可以有效的避免設備發(fā)生故障，并可為設備狀態(tài)檢修提供基礎數(shù)據，實現(xiàn)站內設備自診斷功能。

關鍵詞：智能變電站；在線監(jiān)測；數(shù)據接入；一體化控制；3C綠色電網

1.概述

智能變電站釆用先進、可靠、集成、低碳、環(huán)保的智能設備，以全站信息數(shù)字化、通信平臺網絡化、信息共享標準化為基本要求，自動完成信息采集、測量、控制、保護、計量和監(jiān)測、信息接入等基本功能，并可根據需要支持電網實時自動控制、智能調節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動等高級功能的變電站。

智能變電站在線監(jiān)測釆集斷路器或者GIS、變壓器、CT、PT等高壓設備信息，通過狀態(tài)監(jiān)測單元實現(xiàn)變壓器油色譜、GIS/PASS等組合電器的局部放電、容性設備的介質損耗、高壓開關設備的運行狀態(tài)等主要設備的在線監(jiān)測。通過對運行設備狀況進行監(jiān)測、診斷、評估，最終確定是否對該設備停電進行檢修，最終實現(xiàn)狀態(tài)檢修。全面、實時的反應設備的運行狀況，可以有效的避免設備發(fā)生故障，并可為設備狀態(tài)檢修提供基礎數(shù)據，實現(xiàn)站內設備自診斷功能。

2.在線監(jiān)測技術

（1）在線監(jiān)測的智能集成

通過具備數(shù)據智能集成匯總功能的智能控制柜實現(xiàn)變壓器頂層油溫及油位、有載開關的測控、變壓器在線監(jiān)測相關數(shù)據（包括油中溶解氣體分析、局部放電在線監(jiān)測、鐵芯接地電流監(jiān)測等）的智能集成與接入，可實現(xiàn)斷路器、避雷器等設備在線監(jiān)測數(shù)據（包括斷路器分合鬧線圈電流、時間、速度、行程曲線、SF6氣體壓力、避雷器泄漏電流、動作次數(shù)等），以及該區(qū)域的輔助系統(tǒng)數(shù)據（照明控制、振動告警等）的智能集成。在設備狀態(tài)監(jiān)測功能方面實現(xiàn)與目前在建的輸變電設備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的融合[1]。

（2）運行環(huán)境的智能監(jiān)測

整合視頻系統(tǒng)、變電站監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)運行環(huán)境遠程監(jiān)測與綜合自動化系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)等的智能聯(lián)動，通過攝像頭快速定位報警設備或報警區(qū)域，避免人為的現(xiàn)場定位不準確問題，同時能夠確認火警及其嚴重程度；通過圖像分析處理功能，發(fā)現(xiàn)變電設備漏油、異物缺陷，采集斷路器、隔離開關的分合閘位置，對變電運行巡視及程序化操作提供智能輔助判斷；同時實現(xiàn)視頻系統(tǒng)與安防系統(tǒng)、照明控制系統(tǒng)的智能聯(lián)動，實現(xiàn)人員非法入侵的全天候監(jiān)視；系統(tǒng)集成了戶內外環(huán)境溫濕度及氣象監(jiān)測功能，并與空調、排風、排水等系統(tǒng)智能聯(lián)動，實現(xiàn)室內溫濕度的自動控制、調節(jié)，并根據雨量及場區(qū)水位自動啟動排水系統(tǒng)[1]。

3.智能變電站一體化監(jiān)控系統(tǒng)設計

建立站內全景式數(shù)據信息平臺，以模塊化、開放化的設計思想，實現(xiàn)變電站運行監(jiān)視全景化、安全分析前瞻化、調整控制動態(tài)化，從時間、空間、業(yè)務等多個層面和維度實現(xiàn)變電站全方位實時監(jiān)視和在線故障診斷。全站信息通過幵放、標準的接口，進行統(tǒng)一建模，建立信息統(tǒng)一的存取平臺，提供標準的DL/T860通訊功能，為各種高級應用提供高效、可靠、穩(wěn)定的一體化信息平臺。研究變電站中SCADA數(shù)據、電能量數(shù)據、故障錄波數(shù)據、保護信息數(shù)據、無功控制數(shù)據、一次設備在線監(jiān)測數(shù)據等各子系統(tǒng)信息的一體化集成接入方案，變電站中各子系統(tǒng)數(shù)據統(tǒng)一建模，提供統(tǒng)一訪問接口，供生產管理信息系統(tǒng)應用；如圖2所示的220kV封開智能化變電站信息一體化平臺系統(tǒng)[2]。

駕駛艙功能駕駛艙應具備運行監(jiān)視、運行管理、遠方控制、遠動等基本的功能，還應具備一體化電網運行智能系統(tǒng)平臺、順序控制、智能開票、智能告警與分析決策、故障分析與決策、經濟運行與優(yōu)化控制等高級應用功能。

順序控制

順序控制是由變電站自動化系統(tǒng)根據設備狀態(tài)信息發(fā)出整批指令，并且判斷每步操作是否到位，確認到位后自動執(zhí)行下一指令，直至完成所有指令。

智能開票

智能開票系統(tǒng)根據變電站運行操作規(guī)則、當前變電站的運行方式，在對變電站進行整體防誤的基礎上，自動生成符合操作規(guī)范的票。

智能告警與分析決策

智能告警與分析決策的主要功能包括多維度識別、規(guī)范化描述、互動告警、智能推理與決策。

故障分析與決策通過對故障信息的分析，根據故障特征，綜合利用故障推理、故障選相、故障定位等技術手段，反推出可能的故障類型、故障元件、故障點位置。

電網經濟運行與優(yōu)化控制

電網經濟運行與優(yōu)化控制功能指的是能將變電站的電壓、無功調節(jié)設備納入區(qū)域無功電壓調節(jié)系統(tǒng)，進行整體策略控制，實現(xiàn)區(qū)域無功電壓自動優(yōu)化調節(jié)。

4. 智能變電站在線監(jiān)測的應用分析

4.1 變壓器的在線監(jiān)測

變壓器在線監(jiān)測系統(tǒng)包括兩大部分，分別為本體監(jiān)測子系統(tǒng)和輔助設備監(jiān)測子系統(tǒng)。兩個子系統(tǒng)各有監(jiān)測的重點，本體監(jiān)測子系統(tǒng)可以監(jiān)測變壓器溫度、鐵芯接地電流、負荷、局部放電、微水、油中溶解氣和套管絕緣等信息；輔助設備監(jiān)測子系統(tǒng)可監(jiān)測冷卻系統(tǒng)、有載分接開關和氣體繼電器的狀態(tài)。如圖2 所示。

在線監(jiān)測系統(tǒng)通過加裝傳感器，采用微電子、故障診斷及計算機技術等多種先進技術，實現(xiàn)了對電力變壓器負荷、油中溶解氣體、溫度、局部放電、鐵芯接地電流、套管絕緣、微水、冷卻系統(tǒng)和有載開關等多種信息全方位的采集，并將采集來的信息，接入到的故障診斷模型中，結合變壓器的狀態(tài)參數(shù)、型號、使用年限、外力影響等，對變壓器的運行狀況作出準確評價；預測變壓器可能出現(xiàn)的問題、程度、類型、故障發(fā)展的趨勢以及可能產生的嚴重后果，可以采取的積極有效的措施等等，達到保證設備安全、穩(wěn)定、可靠運行的目的[3]。

4.2變壓器在線監(jiān)測智能控制柜

變壓器智能在線監(jiān)測系統(tǒng)智能柜一般包括以下單元：溫度及負荷監(jiān)測單元、局部放電監(jiān)測單元、鐵芯接地電流監(jiān)測單元、油中微水監(jiān)測單元、油中溶解氣體監(jiān)測單元、套管絕緣監(jiān)測單元和輔助設備監(jiān)測單元。智能柜就安裝在封開變電站的主變間隔內，通過高速網絡網接口與監(jiān)測中心的服務器實時時刻保持通信，將變壓器的所有狀態(tài)信息傳到服務器中。智能變壓器在線監(jiān)測系統(tǒng)傳感器包括溫濕度傳感器、油溫傳感器、電流傳感器、以及高頻傳感器等，監(jiān)測裝置或監(jiān)測功能組按照變壓器配置，安裝于主變壓器在線監(jiān)測就地控制柜中，如圖3所示。

4.3監(jiān)測中心服務器

監(jiān)測系統(tǒng)服務器主要完成各功能單元的數(shù)據采集存儲，故障診斷、分類報警，各種數(shù)據分析，主要參數(shù)配置及網絡服務器等功能。支持 IEC61850 規(guī)約，接入變電站綜自系統(tǒng)。故障診斷專家系統(tǒng)將相關各類數(shù)據進行融合，通過對變壓器的運行狀況進行綜合分析、評價，建立變壓器運行管理標準庫。如圖4所示。

4.4變壓器鐵芯接地在線監(jiān)測系統(tǒng)

鐵心接地電流的監(jiān)測選用的是復合電流互感器，采用穿心式結構，集中監(jiān)測局放和鐵心接地信號，采集的信號直接存入 IED，去掉雜亂信號信號，得到實際接地泄漏電流信息；然后利用后臺對鐵心真正的運行情況進行分析、判斷、預測，及早發(fā)現(xiàn)問題并處理。

4.5變壓器油色譜在線監(jiān)測

變壓器油色譜在線監(jiān)測裝置按預設的周期連續(xù)在線監(jiān)測處變壓器油中溶解的 H2、C0、CO2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6 等特征氣體的含量。所取油樣數(shù)入油氣分離裝置進行脫氣，采用真空油氣分離的方式，將分離的氣體接入檢測系統(tǒng)，通過傳感器，色譜柱，將氣體含量轉換為便于檢測的電壓信號。如圖5所示。

4.6 斷路器的在線監(jiān)測

斷路器的在線檢測與診斷系統(tǒng)應能實現(xiàn)對設備的各項指標的實時在線監(jiān)測，智能開關設備將保護、測控、錄波、計量等功能進行了集成，本身具備數(shù)字化通信接口及就地調試、打印的接口，遵循 IEC61850 通信規(guī)約，以高速通信網絡為基礎，接入智能化變電站系統(tǒng)。

5.系統(tǒng)軟件的監(jiān)測方法設計

監(jiān)測軟件平臺實現(xiàn)與“變壓器鐵心接地電流報警系統(tǒng)”、“MIS生產管理數(shù)據整合與集中應用業(yè)務平臺”通信，獲取與變壓器相關數(shù)據，并整合接入數(shù)據庫；系統(tǒng)提供“變壓器大修數(shù)據”以及“變壓器局部放電情況”的錄入、查詢功能，并形成報表可供打印；以南方電網與主變壓器相關規(guī)程導則為基礎，形成本系統(tǒng)診斷判據各定值，對數(shù)據庫中對應數(shù)據項進行診斷，綜合得出診斷結果，為主變運行狀態(tài)進行評定；具有遠程登陸功能，用戶可評客戶端軟件及相關權限，在可連接到供電局局域網的計算機上登陸本系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據查詢、修改、打印等功能，提高工作效率[4]。變壓器在線診斷工作流程圖如下圖6所示。

6. 3C綠色電網建設

智能、綠色電網的任務是：運用先進的計算機技術、通信技術、控制技術，建設一個覆蓋城鄉(xiāng)的智能、高效、可靠的綠色電網（簡稱cccgp，即3C綠色電網）。通過技術標準的建立和示范工程的建設，將智能、綠色、節(jié)能等理念逐步融入到電網工程建設中，不斷提高公司基建工程的建設管理水平。

結論

智能變電站作為未來發(fā)展的方向，是智能電網發(fā)展的基礎，是常規(guī)變電站自動化技術的重大突破，對于變電站和電網的發(fā)展具有非同尋常的影響。介紹了智能變電站在線監(jiān)測技術的應用，重點介紹了智能變電站變壓器的在線監(jiān)測接入技術和一體化檢測應用方案。主要包括變壓器狀態(tài)、變壓器局部放電、變壓器油監(jiān)測等內容；同時介紹了監(jiān)測系統(tǒng)軟件流程的設計及監(jiān)測接入方法。

參考文獻

[1] 李孟超，王允平，李獻偉等.智能變電站及技術特點分析[J].電力系統(tǒng)保護與控制.2013，38（18）：59- 62.

[2] 王超.變電站在線監(jiān)測系統(tǒng)的智能化改造研究[D].華北電力大學，2013.

[3] 張曉華，劉躍新，劉永欣，孫嘉，邱俊宏.智能變電站二次設備的狀態(tài)監(jiān)測技術研究[J].電氣技術，2011（4）：41-44.

[4] 高明華，王冬，王學峰，張勇.智能變電站設備在線監(jiān)測系統(tǒng)[J].山東電力技術，2011（1）：18-21.