220 kV变电站在线监测系统的应用

尹玉娟，江川，刘杰，刘鹏，刘宁

（国网山东省电力公司青岛供电公司，山东青岛266061）

220 kV变电站在线监测系统的应用

尹玉娟，江川，刘杰，刘鹏，刘宁

（国网山东省电力公司青岛供电公司，山东青岛266061）

在线监测技术已应用于变电站内主要电气设备，成为推进智能变电站建设不可或缺的条件。首先阐述一次设备在线监测的发展应用现状，随后详细介绍青岛南京路变电站内一次设备在线监测装置的配置和运行情况，为变电站在线监测装置的配置提供参考和借鉴。

在线监测；智能变电站；电力设备

0 引言

电力设备的定期检修制度未考虑到设备的运行状态，不仅耗费了大量的财力和人力，而且对设备存在的潜伏性故障无法及时进行处理，存在巨大安全隐患。实施推广基于设备实时状态的检测与诊断系统，及时发现设备缺陷，是检修发展的必然方向。

国家电网公司颁布Q／GDW 168—2008《输变电设备状态检修试验规程》［1］，为输变电设备的状态检修提供了参考。状态检修的关键在于通过监测系统获取运行设备的状态信息。变电设备的在线监测就是在不影响设备运行的条件下，实现对电气设备的各类状态数据采集、状态实时显示、诊断分析、故障报警等功能［2］。对各种离线和在线监测数据进行综合分析，准确掌握设备实际运行状态，为进一步开展状态检修工作提供依据。因此，积极开展输变电设备在线监测技术的应用具有重要意义。

1 在线监测技术

变电设备的在线监测工作是采用各种测量手段对设备运行中的化学以及物理量进行检测，以获取设备数据信息，进而判断运行中的设备处于何种状态，并及时采取相应措施［2］。近年来，随着信息技术的发展，在线监测技术的监测精度、抗干扰能力不断改善。

1.1 变压器在线监测技术

变压器是电网的核心设备，其健康稳定运行对电网意义重大。由于变压器结构复杂，要完整分析一台变压器的健康状态，需要监测分析很多信息。目前变压器的主要监测对象和监测信息见表1。

表1 变压器监测信息

在表1所述的各项监测信息中，油位、油温、绕组温度等监测信息属于传统监测信息，由变压器自带的传感器获取；变压器运行电压、电流等负荷信息由SCADA系统实时获取；油色谱、油微水及铁心接地电流信息等监测信息通过离线试验获取。

近年来，在线监测技术已较为成熟［3］，用于异常信息检测及故障判定的效果良好。对套管等容性设备的监测技术已广泛应用。

利用变压器局部放电识别不同部位绝缘缺陷的方法具有较高灵敏度，但目前该方法抗干扰能力较弱，准确性无法保证，用于在线监测难以达到令人满意的效果，且目前缺少局部放电监测的相关规范，因此其推广应用受到限制［4］。

1.2 GIS设备在线监测技术

GIS组合电器涵盖了变电站内母线、隔离开关、断路器、电压电流互感器等主变以外的其它主要设备，由于其具有运行安全性好、维护周期长、占地面积小、使用方便等优点，在电网中获得广泛应用。其监测信息见表2。

表2 GIS设备监测信息

GIS局部放电的在线监测具有较好效果，在GIS局部放电的多种实现方法中，超高频和超声波法应用较为广泛。超高频具有抗干扰能力强、灵敏度高的优点，超声波具有放电源定位准确的优点，通常将二者结合使用。SF6气体密度监测技术已较为成熟，且成本较低，可推广应用，但其微水监测目前仅适于近距离监测，对于多个气室的湿度监测，每个气室均需加装传感器，成本较高［5－6］。

1.3 其他设备在线监测技术

变电站内断路器、各式容性设备占据了变电站内设备数的一半左右，其在线监测对于变电站稳定运行意义重大，目前主要监测信息见表3。

其中，电流互感器、电压互感器等容性设备的监测技术已相对较为成熟，应用较广泛。而不同断路器开关结构区别较大，增加安装在线监测装置的空间难度和技术难度，其安装运行意义不大，通常都是免维护设计。

表3 其他设备监测信息

2 220kV变电站在线监测系统

220 kV南京路变电站是青岛市区枢纽变电站，承担市区多数重要用电客户，其站内设备的健康状态是重点监视对象，任何设备潜伏性故障都要做到及早发现、尽快处理，避免事故的发生。该站设有3台220 MVA主变，站内设备全采用室内GIS，目前该站已实现主变、GIS设备及避雷器的在线监测。按照文献［2］的要求，南京路变电站设备在线监测系统采用总线式的分层分布式结构。

2.1 变压器在线监测子系统

2.1.1 在线监测系统配置

南京路变电站对站内主变采用的是TCDS变压器综合在线监测系统，主要包括铁心接地电流监测装置、套管监测装置、综合监测单元（含变压器负荷、分接开关、风机、油泵）监测装置和油色谱监测装置，具体运行参数见表4。

表4 南京站主变在线监测配置

装置名称监测参数测量范围H2体积分数10~2 000 μL／L CO体积分数5~2 000 μL／L油色谱监测装置CO2体积分数25~2 000 μL／L CH4体积分数50~2 000 μL／L C2H6体积分数10~2 000 μL／L C2H4体积分数10~2 000 μL／L C2H2体积分数1~500 μL／L 10~2 000 μL／L总烃体积分数

2.1.2 在线监测系统运行情况

1）油色谱在线监测。对变压器油中溶解气体的监测，无论是在线还是离线分析，都需要依托自身大量历史监测数据分析其变化趋势，因此单纯判断比较气体含量数值不具意义。对装置运行后一个月内的10组数据与相应离线试验结果进行了对比分析，10组分析结果总烃含量的变化趋势如图1所示。

图1 主变总烃含量对比

由图1可见，在线油色谱数据与离线油色谱数据的绝对值差异较明显，但二者的变化趋势基本一致，且在线监测结果因消除了人为因素的影响，曲线波动较为平缓，监测结果准确度较好。

2）铁心接地电流在线监测。运行经验及理论分析结果表明，铁心一点接地时，流过变压器铁心接地电流的有效值仅为10～100 mA；铁心多点接地时，流过铁心接地线中的电流急剧增加。当电流超过0.1 A时，即认为铁心可能存在多点接地故障。多点接地时的接地电流可达10～100 A，但通常在接地回路中串入合适的电阻会使电流不超过0.1 A。基于此，采取如图2所示监测回路对铁心接地电流在线监测装置进行模拟校验。图2中，1为铁心接地线，2为在线监测传感器。校验的泄漏电流范围为0～200 mA，监测结果如图3。

图2 铁心接地模拟电路

图3 铁心接地电流监测结果

2.2 GIS在线监测子系统

南京路变电站对GIS气室的在线监测信息包括局部放电、气体密度、湿度。变电站对站内80个间隔气室均设置了SF6气体密度与微水的在线监测单元。南京站对气室间隔进行局部放电优化配置，超声波和超高频共同使用，相互配合，充分发挥各自的优势，确保监测不留死角。所有监测状态信息通过相应综合监测单元汇总、统一上传至站端监测单元。

在线监测单元投入运行后，我们对气室进行了1个月的跟踪分析，图4（a）所示为气体压力离线监测与在线监测值对比图，图4（b）为气体压力的10次跟踪分析对比图。由图4（a）可见，气体压力在线监测值与离线监测结果相差不大，但其中有7个间隔的气体压力测量值存在误差超标（超过3%）的情况。通过对压力传感器进行调整后复测，误差满足要求。对于气体湿度监测，由于在线监测与常规测量原理的不同，二者的数值大小不具对比性，但是1个月内二者的变化趋势基本相同，在线监测可满足运行要求。

图4 气体在线监测信息对比

2.3 避雷器在线监测子系统

图5 A相避雷器阻性电流对比

南京路变电站避雷器采用的是金属氧化物避雷器，避雷器在线监测子系统主要对站内220 kV进线避雷器、主变高压侧避雷器进行绝缘监测，通过实时检测其运行泄漏电流、阻性电流，发送到站内在线监测工作站进行数据显示。对站内220 kVA相避雷器的阻性电流进行了10次离线测试并与在线监测结果进行对比分析，如图5。A相避雷器阻性电流在线与离线监测结果基本吻合，误差不超过2%，因此在线监测精度可满足运行要求。

3 结语

电力设备在线监测技术是开展设备状态检修的基础。首先对目前电力一次设备在线监测技术发展应用情况进行阐述，随后以220 kV南京路变电站为例，详细介绍了南京路变电站内一次设备在线监测装置的配置应用。通过站端监测单元将数据传至主站，工作人员可实时观察所有在线监测设备的运行状况，并根据在线监测的数据对设备安排检修和维护工作。南京路站在线监测装置自投运以来，减少了该站停电检修的时间，节省了人力物力，取得了良好的使用效果，为其它变电站的智能化改造、在线监测技术的升级及深入开展状态检修工作提供技术参考。

［1］Q／GDW 168—2008输变电设备状态检修试验规程［S］.

［2］Q／GDW 534—2010变电设备在线监测系统技术导则［S］.

［3］许坤，周建华，茹秋实，等.变压器油中溶解气体在线监测技术发展与展望［J］.高电压技术，2005，31（8）：30－32，35.

［4］黄兴泉，唐志国，李成榕，等.电力变压器超高频局部放电的在线检测［J］.高电压技术，2003，29（4）：44－45，50.

［5］张金江，郭创新，曹一家，等.变电站设备状态监测系统及其IEC模型协调［J］.电力系统自动化，2009，33（20）：67－72.

［6］Q／GDW 537—2010电容性设备及金属氧化物避雷器在线监测装置技术规范［S］.

Application of the Online Monitoring System in 220 kV Substation

YIN Yujuan，JIANG Chuan，LIU Jie，LIU Peng，LIU Ning
（State Grid Qingdao Power Supply Company，Qingdao 266061，China）

Online monitoring technology has been used on most of power equipment in substations.It has been the indispensable condition for the construction of intelligent substations.Development of online monitoring system on the primary equipment is discussed firstly，and then a detailed introduction of the online monitoring system used in Nanjing Road substation is made，which will prove to be a useful reference for future work of online monitoring system.

online monitoring；intelligent substation；power equipment

TM76

B

1007－9904（2015）05－0068－04

2015－01－02

尹玉娟（1986），女，硕士，从事在线监测工程技术相关工作；

江川（1969），男，硕士，从事电力工程技术相关工作；

刘杰（1975），女，硕士，从事在线监测工程技术相关工作；

刘鹏（1979），男，博士，从事高电压技术相关工作；

刘宁（1984），男，硕士，从事变压器故障诊断相关工作。