110kV变电站一次设备状态监测系统研究与设计

刘杰

摘要：电能由于经济、便捷、清洁等特点已成为是当今社会生产和生活的主要能源，而变电站中的电力设备因其连续运行容易出现气（液）体泄漏、局部放电、绝缘老化、机械卡阻等故障，故障后不仅维修周期长还影响电力系统运行。因此通过搭建一次设备状态监测系统可以有效缓解以上问题，使运行维护管理模式由事故、故障检修向状态检修转变。文章介绍了110kV变电站一次设备状态监测系统的组成部分;阐述了一次设备状态监测内容;分析了一次设备监测系统的设计。

关键词：110kV变电站;设备状态监测;系统研究与设计

0引言

电网企业的社会责任是提供优质、高效、可靠、足量的电能。由于变电站在电网中的电压转换和电能分配作用使得其在保障电网经济安全可靠运行的占据重要地位，尤其以110kV变电站布点数量多，与配电网紧密联系显得更为突出。因此，为保证无人值班运行模式下的110kV变电站一次设备的安全高效运行[1]，避免设备事故的发生就必须通过搭建设备状态监测系统掌握其运行状态，进而分析判断设备运行状态及安排日常维护或定期修护。

1一次设备状态监测系统的组成部分

110kV变电站一次设备监测系统主要由状态采集单元（含信号处理单元）、网络传输单元、监测主机（含专用软件）三部分组成。

状态采集单元包含安装在设备本体或者附近的与一次设备密切相连的各类传感器及信号变送、处理模块，主要功能是监测设备状态的相关物理量表征信息。网络传输单元包含以太网交换机、各类串行总线控制器、无线传输设备。监测主机主要用于接收各种状态采集单元发送的数据信息，再对数据进行分析、判断、存储，并按规则向监测主站报送相关数据[2]。

2一次设备状态监测内容

针对户内GIS和敞开式变电站不同的布置方式和设备型式的，状态监测内容亦有所不同。对于油绝缘设备主要配置油色谱在线监测装置、铁芯接地电流在线监测装置、变压器中性点直流电流在线监测装置、无线测温装置等;对于开关柜设备配置测温光纤/表面声波在线监测装置、高压带电显示装置;对于氧化锌避雷器配置泄漏电流在线监测;对于容性CVT、CT及变压器套管配置介损及电容量在线监测装置;针对GIS设备配置局放在线监测装置和SF6泄漏监测装置。

3一次设备状态监测系统研究

一次设备状态监测系统的功能是了解和掌握运行设备的状态，包括采取各种检测、测量、监视、分析方法，结合历史、现状、设定参数对设备运行状态进行评估、判断其处于何种状态并进行显示和记录，对异常状态做出告警以便运行人员及时发现处理。从而为设备的故障分析、性能评估、合理使用和安全工作提供信息和基础数据，减少停电时间和节省管理维护成本。

3.1布線系统物理链路设计

状态采集单元至监测主机可采用光信号或电信号的有线以太网络、串口网络和无线个域网进行信号传输。无线个域网自动传输技术能有效解决信号衰减问题[5]，利用无线个域网传输技术可将信号发射频段提高到100MHz之上，能有效避免传输信号受电磁环境干扰。

3.2 状态采集单元设计

根据不同设备的监测要求选择不同监测方法和信号处理方式，不同的安装方式选择恰当的布置方式。如针对户内GIS局放监测系统，通过传感器检测GIS内部局部放电激发的电磁波信号，对监测信号经过滤波、前置放大、检波后，由高速数据采集模块进行采样、存储、数字信号处理。如针对充油线圈设备的油色谱在线监测系统，利用气相色谱分析法对故障气体组份进行定性、定量分析，获得气体组份及其含量，实现对变压器的故障诊断。如变压器铁芯接地和容性设备监测系统，采用一匝穿芯方式进行信号取样，在设备现场连续实时地对监测参数进行信号转换、采集、处理。完成信号采集后参照MODbus或CDT协议以报文的形式经由传输网络上送至监测主机。

3.3一次设备状态监测系统装置选型注意事项

在进行设备选取时应该至少从以下及方面进行考虑：①信号测量方面，传感器及其处理单元无故障使用时间尽量长;②信号测量精度上，合理控制测量精度，即不能太高也不能太低;③使用寿命上，监测系统装置使用寿命不短于被监测设备使用寿命;④在监测点配置方面，对重要设备进行重点监测[7]。○5防护等级方面，根据不同安装场所和气候条件选择不同防护等级壳体及封装形式。

3.4一次设备状态监测系统功能设计

一次设备状态监测系统需具备的功能至少应包含监测单元信息配置、数据采集、系统管理员定义和参数设定。因此，在研究110kV变电站一次设备监测系统时需要理清各功能模块间的流程，如图1所示为一次设备状态监测系统流程图。

（1）定义系统管理员和用户信息，包含的信息有：管理员的名称和标识登陆口令、用户名称和标识、登陆口令和权限等。

（2）对系统中的所有的状态采集单元进行信息配置，包含了定义采集单元名称、网络地址以及端口号、有效测量范围等。

（3）从状态采集单元里获取配置文件上传至监测主机。

（4）对状态监测单元配置文件进行解析，在将内容保存到数据库中;配置信息包含网络仪表、仪表地址和传感器连接接口等。

（5）如配置信息需要修改，需先修改配置信息再进行下一步，如果不需要修改可以直接进行下一步;如果想要重新定义或者修改传感器中的信息，须重新更新配置器信息;如修改网络仪表中的信息，同样需要对配置信息进行修改;如重新定义或者修改虚拟表中的配置信息，同样需要更新配置信息;如重新定义或者修改电力参数信息，也需要更新配置信息;如重新定义或者修改参数标准，也需要更新配置信息。

（6）一次设备状态在线监测需要在接收到管理员发送的采集数据命令之后再进行操作。

4结语

随着电网规模的发展，110kV变电站的增多使得运行维护所面临的困难也逐步增多，利用现有的资源和技术解决这一难题，就必须实现变电站智能化和设备状态监测的普及化[8]。110kV变电站一次设备状态监测系统对运行中的高压设备进行实时监测，及时掌握其工作状态以及可能发生故障的程度等，能切实提髙一次设备的可靠性和电网运行的稳定性。

参考文献：

[1] 仇德万.变电站一次设备在线监测系统的研究与设计[J].机电信息，2016（21）：19-20.

[2] 范少杰.智能变电站主设备在线监测系统的研究与设计[J].电工技术，2018（24）：23-24+26.

[3] 王奇，常安，李妍红，陈东，秦立斌.交直流输变电设备广域全景信息集成技术[J].电源技术，2016，40（11）：2234-2238.

[4] 郭昊坤，吉先柏，吴军基，马青，朱景，赵恩成.高压开关柜内监测装置电源的研究与设计[J].智能电网，2017，5（03）：309-313.

[5] 张震.智能变电站一次设备在线监测系统分析[J].数字技术与应用，2016（11）：69-70.

[6] 胡浩莹.基于ZigBee的变电站一次设备状态监测系统[J].通讯世界，2017（19）：231-232.

[7] 周联雄.变电站一次设备过热问题处理方案[J].机电信息，2019（32）：69-70.

[8] 林海科.变电站一次设备绝缘在线监测系统研究[J].通讯世界，2015（23）：111-112.