浅析变电站高压设备在线监测系统设计

吴裕锋 周鑫阳

摘  要：该文在简述在线监测技术发展历程的基础上，结合过往变电站高压设备在线监测系统设计中存在的主要问题，对现有试验与诊断方法进行数字化改造，拟定安设全数字一体化智能监测单元，推动变电站在线监测系统的建设进程，以实现对变电站高压设备绝缘性能多种状态参数的动态化监测。实践证明，该系统能明显提升设备缺陷检出的敏感度与有效性，加快高压设备的安全运行进程。

关键词：变电站;高压设备;在线监测;系统设计

中图分类号：TM63               文献标志码：A

随着国内电网现代化建设进程的持续推进，我国电网企业陆续加强高压设备在线监测工作。有调查资料表明，对于电力变压器、互感器等高压设备而言，绝缘失效是诱发设备故障的主要因素之一。加强对传统试验与诊断方法的调整、完善，是促进高压设备运行状态在线监测目标实现的基础。该文在设计在线监测系统的过程中，以全数字智能监测单元为基础，能精确、全面的监测高压设备运行过程中的主要状态指标。

1 在线监测技术发展

当下，在线监测已从监测单台设备、单个属性量发展至数台、多类属性量的监测，在网络系统的支撑下采用分散式监测与集中化管理、诊断等形式，解决测量位点数目繁多、分布范围宽广、机监测与管理难度高等问题。针对变电站，尤其是设备类型繁多的变电站而言，其在运行过程中经常应用总线式数据传导形式。采样站建设通信电缆或光纤与上层系统间进行连接，能明显减少信号电缆的投入量且成本低廉，但对户外采集的抗干扰能力与运行可靠性提出较高要求。在“互联网+”时代中，计算机设备耗用的成本减少，针对电力设备在线监测系统而言，其积极朝着分布式、多参数在线监测趋向发展，并呈现出设备早期故障的相关信息，把控运行设备缓缓变化的早期征兆。

2 传统高压设备在线监测系统设计存在的问题

过去，国内很多高压设备在线监测系统的监测对象以变压器铁芯、CT及避雷器等为主，在具体应用过程中暴露出4个技术问题。1）介损检测结果缺乏精确性、稳定性，重复性偏低。2）信号检测、收集局部故障，例如传感器、数据通信零部件效能丧失。3）抵御外界环境因素的能力偏低，环境温度、湿度等客观性因素会对检测结果产生较明显的影响。4）数据处理过程不完善，可能存在软件遗失等情况。

3 高压设备在线监测系统设计分析

3.1 设计原则

3.1.1 高端性

以现有功能先进的监测技术、网络技术等为支撑，设计系统架构与功能，以确保完建后系统在较长时间内维持有效性，获得最佳效益。

3.1.2 集成化

为解除传统设备在线监测系统信息数据共享率偏低、运维难度较大等问题，建设标准化数据信息平台，系统能实现对内部信息的统一、集成化管理，保证信息的互动性、共享性。

3.1.3 实用性

设计的监测系统一定要符合变电站生产的现实需求，保证数据分析结果的可参照性，进而为高压设备运维方案的拟定提供可靠支撑。

3.1.4 可拓展性

对当下市面上在线监测装置的多样性进行分析，要尽量保证所设计的系统能迎合不同装置接入的主观需求。

3.2 系统架构

3.2.1 就地监测层

实质上就是在变电站现场适宜的位置安设各类状态监测终端设备，进而能在线对电力设备运行状态相关数据进行整体收集。

3.2.2 站内数据平台

利用安装在变电站内部的服务器、应用软件等，达到动态化监测设备日运行状态信息，暂时存储与解析站内数据、数据互通与深度挖掘等作用。

3.3 技术特征

其技术特征主要包括4点。1）在一体化微处理技术的支撑下构建就地智能监测单元（FMU），其能保证变电站高压设备运行过程中能承受强电磁干扰，微小信号测算处理的有效性，能全面、安稳的收集变电站现现场的信号源。2）利用分层分布式系统结构特点，确保FMU能依照变电站现场高压设备的部署状况就地安装、就地进行数字化检测，并以现场工业总线等为依托，保证信息的互通性，提升系统的拓展性。3）系统具备分析数据与诊断故障的功能，在向用户反馈高压设备运行状态信息的同时，能对可能出现的故障做出预警提示。4）利用数据挖掘、信息整合等多种现代化技术，明显提升了设备运行状态评价与故障诊断结果的可靠性。

3.4 主要构成与功能

该次研究中选择的目标监测对象是220 kV侧及110 kV侧高压设备，主要分系统构成如下。

3.4.1 主变压器的在线监测系统

3.4.1.1 铁心监测单元

变电站现场共安置了3套功能完善的主变压器贴心监测单元，其功能在于监测变压器铁心内接地电流的流通情况。

3.4.1.2 油色谱监测单元

该单元的设计是以强相色谱技术为基础的，其能实现对变压器内已发生溶解的多气体成分进行在线监测，并依照预设周期在线检测变压器油内溶解的氢气、一氧化碳、甲烷等气体含量，并在专家系统的协助下较为精确的判断系统是否存在潜在性障碍;能辨识故障类型，并依照事前设定好的报警值传递声光报警信号。

3.4.2 局部放电超高频在线监测单元

大量的研究表明，变压器中局部放电形成的电磁波被超高频传感器接收后，能够把放电信号转换为电压信号，继而以同轴通信电缆为媒介传输至控制室信号调理单元，经调整后的放电信号被传送到工业控制计算机中，进行数据采集、储存等系列化处理，利用并行接口有效控制信号调理单元的运行状态。

局部放电信号内含有大量的绝缘状态信息，对局部放电信号进行检测，能及时获得变压器绝缘材料老化信息，检测出生产或安装过程中存在的缺陷，明确绝缘故障类型与严重性，及时传送出预警信息，保證检修工作及时开展，将经济损失降至最低水平。

3.4.3 容性设备的在线监测系统

主要监测的内容有互感器的介损、泄漏电流、电容量及避雷器的阻性电流等状态属性参数。

在理想的运行状态下，避雷器的主要电流以容性电流为主，阻性电流占据的比例很小。如果材料变质或老化、避雷器受潮、内部绝缘零件结构磨损或表层结构严重污染时，容性电流指标通常不会产成较大波动，而阻性电流会明显增加。因此，采用监测交流全电流及其对应的有功分量等指标，能够较为全面地判断出避雷器的绝缘状态，进而为设备检修工作的开展提供可靠依据。

3.4.4 断路器的在线监测系统

监测的指标有三相电流、电寿命状态及机械属性等。利用触头累计损耗量模型，能实现对断路器机械属性与电寿命状态的在线监测。断路器设备的机械属性有传动机构和储能电机状态，前者监测的主要内容以分合闸磁铁线圈的电流波形为主，后者的监测内容为日储能频次、单次储能时间长等。利用在线监测系统监测断路器运行状态，能协助相关人员及时发现设备存在的机械故障隐患。

3.5 改造成果

对变电站高压设备进行智能数字化改造后，断路器运行故障发生率明显降低，设备缺陷检出敏感性与有效性同步提升，设备运行过程安稳性显著提升。经周密性测算后发现，变电站现场每安设一套智能分析诊断系统，能减少检修、维护资金98万/年。

4 结语

对变电站高压设备运行状态监测系统进行数字化改造后，能更为全面地分析设备运行状态、评估其性能指标。且数据管理系统的建设与使用，能在综合数据平台的支撑下，获取设备运行状态的有效信息，为检修方案的拟定提供重要依据，协助变电站在运行期间获得良好的经济效益与社会效益。

参考文献

[1]宋昆，陈存.智能变电站二次设备的新型在线监测系统设计和应用[J].自动化与仪器仪表，2018，17（12）：139-141.

[2]边红涛.特高压变电站GIS设备SF6在线监测系统分析及应用[J].电工技术，2017，19（12）：88，117.

[3]程丹，黄新波，朱永灿，等.变电站电容型设备在线监测系统设计与应用[J].广东电力，2016，29（4）：55-61.