基于特高压变电站在线监测系统的探究

基于特高压变电站在线监测系统的探究

菅佳敏李马骁张卫涛郭建祎

（国网天津市电力公司检修公司天津300010）

摘要：随着电力系统向高电压、大容量的发展，保证电气设备的安全稳定运行变得更加重要。因此，在线监测系统的实时性作用变得尤为突出，在结合定期停电预防性试验，这样可及时发现问题并将问题早期及时的解决。本文针对特高压变电站在线监测系统进行了简要分析与探究，仅供参考。

关键词：特高压变电站；在线监测系统；实践

一、在线监测系统的概念

随着电网容量的增大，高压电气设备的数量不断增加，传统的预防性试验及检修己不能满足电网的运行要求，状态检修势必成为新的运行维护方式的核心理念。同时，由于高压电气设备的绝缘老化是一个累积和发展的过程，在很多情况下预防性试验己无法发现设备潜在的缺陷。因此，高压电气设备绝缘在线监测系统可以对反映电气设备绝缘特性的关键对象进行在线、实时可以及长期的监测，从而在不影响电气设备正常运行的前提下，对电气设备绝缘老化趋势进行评估和诊断。目前，高压电气设备绝缘在线监测采用的方法有绝缘油在线色谱分析、交流泄漏电流、介质损耗角正切、局部放电及放电位置监测、电容型设备电容值和绝缘子动态污秽等，通常对以下几类设备进行在线监测。

1）电容式电压互感器、耦合电容器、电流互感器、套管等容性设备。目前，测量CVT，耦合电容器、电流互感器、套管等容性设备的在线监测技术己日渐成熟，也取得了很多的应用效果。主要测试项目有介质损耗、泄漏电流、电容量、三相不平衡电流等。

2）变压器。变压器的绝缘状态通常用以下几个电气特征量来表示：油中溶解气体、局部放电量及放电位置、介质损耗值、泄漏电流和设备电容值等。变压器油中气体浓度需要检测浓度的气体包括H2，CH4，C2H4，C2H2，C2H6，CO，CO2等7种气体。根据这些气体浓度，可评估变压器的绝缘状态。为了更准确地判断故障类型及故障元件，可将气相色谱法与电气试验结合起来，共同诊断设备所产生的故障。

3）GIS。高压开关设备内部绝缘部分的缺陷或劣化、导电连接部分的接触不良等，使得其在事故潜伏期绝缘都可能产生放电现象，故可以通过对放电的监测得到相关绝缘状况。

4）避雷器。检测金属氧化物避雷器（简称MOA）泄漏全电流和阻性电流能有效地反映MOA的绝缘状况，目前一般采用对运行中避雷器的全电流或阻性电流进行监测的手段，并将所得数据与出厂及历史数据相比较，即可发现避雷器的绝缘缺陷。

二、在线监测系统设计原则

在进行系统设计时为了达到良好的监测效果，必须要遵循以下四个设计原则。①先进性原则。基于目前先进的监测技术、信息技术、网络技术、诊断技术，开展系统架构和功能的设计，确保系统建成后在长时间内不被淘汰。实现投资效益最大化。②集中化原则。针对目前在线监测系统应用中存在的信息共享难、维护工作量大等问题，构建统一的数据信息平台。系统内部实现数据统一、集中管理，与其它系统可实现数据共享、信息互访。③实用性原则。系统功能必须满足生产实际需要，分析诊断结果具有可参考性，能有效指导运行维护工作。④可扩展性原则。充分考虑目前市场上在线检测装置的多样性，系统应满足不同装置的接入要求。

三、特高压变电站在线监测系统设计

3.1系统架构

目前在建与已投运的交流特高压变电站监控系统是基于IEC61850标准1000kV变电站监控系统，站控层与间隔层设备均采用IEC61850标准建模与通信，与智能变电站相比，交流特高压变电站建设无过程层设备，采用硬接线方式实现对一次设备状态量和模拟量的采集及控制命令的开出。纵向分为间隔层和站控层，2层设备信息交互通过站控层双网连接。变电站与调控主站信息交互，在安全I区通过I区数据通信网关机实现调控数据的实时交互，在安全II区通过保信子站实现全站继电保护的信息交互，在安全III\IV区通过III\IV区数据通信网关1系统架构。电气设备状态检测及故障诊断系统由监控装置和数据管理系统两部分构成，它们分别安装在变电站内和用户端。通过互联网，用户可以把多个变电站的监测数据汇集到上一级管理及诊断中心并进行综合管理，具体包括监控中心终端、局域网、中央监控、CT监测单元、CVT监控单元、套管监控单元、避雷器监控单元等等。系统的整体设计基于变电站现场的实际情况可将电流采集与电压采集合为一体，也可将电流采集和电压采集分开采集处理，如果电流与电压采集分开，则一般是将电压采集端放于机房或控制集中处的PT接线柱。

3.2节点硬件设计

节点是系统中的核心装置，节点间通过RS-485通信接口完成级联，经过多节点级联后可在距离上、输入输出通道的数量上满足变电站数据采集的要求。硬件主要由电源电路、主控电路、模拟量转换电路和开关量输入输出电路、通信接口电路等部分组成，采用模块化设计方法和隔离等抗干扰技术，以确保易扩展和系统稳定。主控芯片负责数据采集、通信等系统的主要功能，考虑到软件系统扩展的方便，采用Linux嵌入式操作系统。该硬件方案所需芯片数量较少，便于PCB布线，也间接提高了系统的稳定性。

3.3触摸屏的选型

为便于工作人员了解变电站内情况，通常会在变电站入口处设置数据显示和操作终端。早期常采用自行设计控制板配合液晶模块和按键的方式来实现，由于单次生产数量往往较小，导致其设计和生产成本均较高。本系统选用昆仑通态的嵌入式一体化触摸屏来实现查询、显示等功能，其具备RS-485接口，内置的MCGS组态软件支持MODBUS协议，通过MCGS组态软件可以方便、快速地开发人机界面软件

3.4容性设备在线监测系统

主要监测电流互感器、电压互感器的介质损耗、泄漏电流、电容量和避雷器的泄漏电流、阻性电流等状态特征参量。在正常运行情况下，避雷器的主要电流为容性电流，阻性电流只占很小部分。当阀片老化、避雷器受潮、内部绝缘部件受损或表面严重污秽时，容性电流变化不大，而阻性电流却大大增加，故通过监测交流全电流及其有功分量，可以充分判断避雷器的绝缘状态。

3.5断路器在线监测系统

主要监测高压断路器的三相电流、电寿命状态、机械特性等。采用触头累计磨损量模型，对断路器的机械特性和电寿命状态进行监测。断路器的机械特性主要包括传动机构和储能电机的状态；储能电机的监测包括日储能次数、单次储能时间；传动机构的监测项目为分合闸磁铁线圈的电流波形。通过监测断路器传动机构、储能机构、分合闸磁铁线圈电流波形，对发现断路器机械故障隐患具有明显的帮助作用。

3.6主变压器局部放电超高频在线监测单元

变压器内局部放电产生的电磁波经超高频传感器接收后，将放电信号转换为电压信号，然后经过同轴通讯电缆传送至控制室信号调理单元；放电信号经过调理后送入工业控制计算机内的数据采集卡进行信号的采集存储等处理，通过并行接口实现对信号调理单元的控制。局部放电信号包含了丰富的绝缘状态信息，对局部放电进行检测不仅能反映变压器绝缘材料的老化特征，检测出制造或安装缺陷，而且还可能检测出绝缘故障及严重程度，在事故早期阶段提出报警，以便及时安排维修，避免造成巨大损失。

结语

变电站在线监测系统作为特高压站生产运行重要环节，对站内电网一次设备及二次系统安全稳定运行起着至关重要的作用。本文对特高压变电站在线监测系统进行了分析，希望对同行有一定的参考意义。

参考文献

[1]林水来.智能变电站在线监测系统设计[D].华侨大学，2013.

[2]毛勇，杨卫星，陈建华.智能变电站在线监测系统设计[J].电力信息化，2012.

作者简介

菅佳敏（1989.3-），女，内蒙古赤峰市人，燕山大学电气工程硕士研究生，单位：国网天津市电力公司检修公司。