HVM2000在线监测系统在发电厂的应用

王 新

（台州发电厂，浙江 台州 31800）

台州发电厂一至三期共6台机组，有110 kV、220 kV升压站各1座，已运行20多年，部分主要电气设备绝缘状况有所下降，存在一定安全隐患。在加强技术改造的同时，为了弥补定期预防性试验的不足，于2005年投入运行了HVM2000智能型变电站绝缘状态监测及诊断系统（以下简称HVM2000系统），使在线监测和预防性试验相结合，保证设备安全可靠运行。由于近年来预防性试验周期相对延长，在线监测工作的开展也为设备的状态检修积累了经验和参考依据。

1 系统简介

由于一至三期主要电气设备数量众多，HVM2000系统设计时主要针对运行时间较长的设备，包括：6台220 kV主变、8组220 kV油纸电容型电流互感器（TA）、11组110 kV和220 kV氧化锌避雷器（MOA）、4组110 kV和220 kV电压互感器（TV）等，列入在线监测范围。

HVM2000系统采用分层分布式结构，利用DSP技术实现每组设备绝缘参数就地数字化采集，并引入参考相测量方法，使系统的抗干扰性、测量的准确性和稳定性得到保证。该系统包含三部分：远方管理层、控制层（CMU）和就地智能监测单元（FMU）。加上环境监测单元，该系统共安装了38台FMU系列智能就地监测单元，具体监测项目及功能见表1。

表1 在线监测项目

在线监测具有长期连续记录数据的优点，既能显示数据突变情况，也能反映长期的变化趋势。受现场诸多因素影响，部分在线数据中不可避免地含有随机性、离散性成份。通过分析比较长期积累的在线监测数据，可以发现具有稳定性、规律性的特征，有助于比较客观地了解、掌握设备运行中绝缘状况，保证设备安全可靠运行。

2 电容型设备的监测

对于体积较小、内部结构相对简单的TA、套管等电容型设备，其介损（tgδ）和电容量能够反映出内部的潜在缺陷。根据16组电容型设备数据可知，电容量的在线监测数据十分稳定，波动极小。表2为2007、2008年3号主变和6号主变220 kV TA的在线监测电容量，按每相TA全年的平均、最大和最小值分别统计，其中的最大差值不超过电容量的0.3%。

实际运行情况表明，受现场诸多因素制约，在线精确测量介损比较困难。虽然介损在线监测与停电预试有差别，但在线测量能反映设备运行时的实际绝缘状况。

图1为某220 kV联络一线TA、台龙2353线TA、州泽2357线TA、3号主变220 kV TA共4组TA在2007年3月14-26日期间的A相介损记录，其电压同取自220 kV正母一段TV。数据曲线反映出这4组设备A相介损在相同的TV、电压基准、环境条件下所受影响十分近似。因此，在线介损数据分析应结合采用相对比较法和趋势分析法[1]。相对比较法就是要与同电压基准、同相、同类型设备比较分析，尽量排除现场干扰因素；趋势分析法既要看介损绝对值波动，更要研究介损发展趋势，全面、准确地评价设备绝缘状况。

监测数据显示，正常工况下电容型设备的介损变化具有同步性和稳定性，在相对长期的变化趋势上能正确反映设备的绝缘状况。

3 MOA的在线监测

阻性电流是判断MOA内部绝缘状况的重要参数，也是在线监测的重点。

图1 4组设备A相TA介损变化趋势

在线监测的MOA泄漏电流及阻性电流（Ir）变化趋势通常较一致，且相间也按同一规律变化。晴好天气时，所监测的11组MOA的阻性电流占泄漏电流比率均低于20%，与此相对应，MOA每年的停电预试结果均合格。

现场环境下，MOA泄漏电流会受到相间或相邻带电设备间杂散电容的干扰，耦合电流将改变泄漏电流的幅值和相角[2]，这在一定程度上将造成Ir的测量误差。考虑设备空间位置相对固定或距离较远，可认为这种影响相对稳定或较小。

3.1 系统电压的影响

图2 系统电压与MOA阻性电流变化趋势

表2 电容值统计数据

结合11组MOA的Ir监测数据，考察电压波动对Ir的影响。图2反映天气状况变化相对较小时，系统电压起伏对Ir产生的影响。由于系统电压波动范围较窄，对Ir的影响相对较小。当系统电压波动明显时，会引起Ir的变化，但电压并不是引起Ir变化的唯一原因。

图 3（a）、（b）中 2 组曲线分别为 110 kV 正母避雷器和220 kV正母一段避雷器（一）的三相Ir，（c）、（d）曲线分别为污秽电流和环境湿度。宏观上看，对Ir波动影响最大的是环境湿度和瓷套表面的污秽电流，但湿度在雨天通常会有钝化现象。因此从趋势上分析，污秽电流与阻性电流最具有同步性。

图3 MOA阻性电流与湿度和污秽电流关系图

运行中偶然出现的阻性电流和泄漏电流明显偏小现象，经现场检查均为并接在避雷器接地回路的端子接触不良导致的分流引起，经处理即恢复正常。

3.2 屏蔽环的影响

在110 kV副母避雷器A相底部瓷裙上加装表面电流屏蔽环，用于污秽电流监测，现用其进行MOA阻性电流变化分析。图4是2005年9月110 kV副母避雷器Ir变化趋势，由于A相加装了屏蔽环，其Ir数值及波动幅度均相对较小。通过比较发现，未加屏蔽环的其它间隔MOA三相间Ir差值稳定且波动一致。而110 kV副母避雷器A相与B、C相相比，Ir波动幅度明显小得多，屏蔽环对MOA表面污秽电流引起的阻性分量增加有明显抑制作用。图中2处尖峰是受9月1日台风泰利和9月11日台风卡努登陆影响，证明屏蔽环在潮湿环境下对消除表面电流干扰有明显作用。

图4 加装屏蔽环MOA阻性电流变化趋势

4 影响在线监测结果的因素

影响在线监测数据的因素较多，如电压基准、相间和相邻设备干扰、操作方式、运行电压及环境温湿度等[3]。

在线监测的电压基准取自母线TV二次侧，因此TV固有角差和二次负载变化对关联设备数据测量的影响相同，不同设备相互间应有可比性。

同组设备相间存在杂散电容干扰，但因相间位置固定而影响相对稳定。

相邻间隔设备若相距较远、电压等级较低，则相互干扰较小。监测数据表明，多数间隔无论运行或停电，对其相邻设备的介损、阻性电流等数据均无明显影响。

而短时间的系统操作，或运行方式、系统电压基准改变，均会导致关联设备在线数据波动，但不会影响其长期趋势。如图5所示，因220 kV母线检修需要，6号主变220 kV TA切换母线运行，引起TA三相介损短时间内发生明显变化，原运行方式恢复后，介损数据逐步趋于正常。

根据监测数据分析，影响电容型设备介损、MOA泄漏电流和阻性电流等在线数据的最显著因素是环境湿度和污秽电流，而环境温度的影响相对较小。如果排除阴雨天气干扰，天气晴好时升压站内瓷套表面的污秽电流、温度、湿度相互关系见图6（取自2006年12月2日11∶00-12月3日11∶00）。环境湿度与污秽电流变化趋势一致，环境温度与污秽电流趋势相反。环境监测记录显示，每天环境湿度变化有其周期性，最大值出现在早上5∶00～9∶00，最小值通常出现在下午14∶00～17∶00。这些规律有助于分析在线数据变化的原因。

图5 运行方式改变引起介损短期变化

图6 温度、湿度和污秽电流关系图

5 数据交换功能开发

2006年电厂PI实时数据库投入运行后，为保证准确、及时地向实时数据库发送在线监测数据，并有效利用相关的历史数据，通过运用OPC接口技术，开发了OPC远程服务程序HVMOpc-Server，实现了在线监测数据与PI数据库的对接。

HVMOpcServer在工控管理机上运行，当HVM2000系统运行正常时，HVMOpcServer定时刷新数据。PI数据库系统接口程序OPCINT定时读取在线监测数据，并提交数据库。

为与PI数据库内信息数据相区分，将所提供的数据进行Tag标签点定义。每个Tagname共有三层含义，第一层为监测单元类型标志，第二层为监测单元地址，第三层为监测参数名称。例如：C.25.Tg_A表示州泽2357 TA（地址为25）A相介损。此外对数据类型（DataType）、标签值（Value）、更新标签的时间（TimeStamp）等数据属性也进行定义，并在PI服务器端完成建点和属性配置工作。

这次接口系统的开发也是HVM2000系统首次与PI数据库结合。为保证在线监测数据共享，采用PI-ProcessBook、DataLink等工具软件开发PDI界面及相关报表，为客户端提供实时数据与历史数据及其相关数据趋势图等。这种信息接入和互连模式较之传统的在线监测系统客户端浏览模式具有明显优势，符合发电厂厂级信息监控系统（SIS）的发展趋势。

6 结语

HVM2000系统投入运行后，经受了厂站电磁干扰、高温、台风及潮湿等不利条件考验，系统工作正常。运行实践表明，其提供的在线数据稳定性、准确性较好。对于现场一些难以排除的干扰因素，可运用对比法和趋势分析法来降低其影响，使在线监测数据能够比较客观地反映被监测设备的健康水平，HVM2000系统的应用达到了预期目的。

[1] 史保壮，史轶华.高压设备在线监测系统技术条件的原则框架[J].高电压技术，2005，31（6）∶24-26.

[2] 周文华，杨晓芳，徐青龙.氧化锌避雷器阻性电流在线测试中的误差分析[J].江苏电机工程，2009，28（2）∶20-22.

[3] 史保壮.在线监测电容型设备绝缘方法研究[J].高电压技术，2002，28（4）∶24-25.