刍议特高压变电站在线监测系统探析

刍议特高压变电站在线监测系统探析

布小红于晓铭

（国核电力规划设计研究院）

摘要：变电站在线监测智能电子设备通过相关标准通信方式采集并上传一次设备的状态信息到综合应用服务器等站控层装置，是变电站一体化监控系统的重要组成部分，对其进行功能测试是保证系统正常运行的基础。本文就特高压变电站在线监测系统进行了分析。

关键词：特高压变电站；在线监测系统

在电力系统的实际建设和发展过程中，应实现在线监测平台的建立和完善，利用在线监测手段来对变电站设备电气检修工作中存在的问题进行有效弥补，从而有助于电力系统运行稳定性和安全性的提高。

一、在线监测技术

1.1智能传感器技术

智能传感器技术最早是由美国宇航局提出的，用于处理宇宙飞船观测到的大量的空间数据。它已经从过去的单一化向集成化、微型化和网络化方向发展，并随着无线通信技术和物联网概念的提出和发展越来越受到关注。

智能传感器在传统传感器基础上集成了神经网络及多传感器信息融合等新技术，是智能一次设备状态信息获取的源头，可以实现所采集数据的传输、存储、自我分析、关联关系的自我判断等功能。传统传感器以机电测量为基础，有易受电磁干扰、灵敏度低、绝缘性能差、可靠性低等缺点。而智能传感器通过软件技术实现高精度的信息采集，促进了测量技术的进步；具有一定的自动编程能力，解决了数据不稳定、信息采集可行性问题；性价比高，易于安装与维护；集成度高、体积小，能有效防止破坏，电磁兼容性良好，易于实现故障诊断，为电网的故障诊断提供理论基础；同时具有实现智能数据交换与远程控制的软硬件，是实现智能一次设备在线监测的核心技术。

1.2智能信息处理技术

智能信息处理技术是将不完整、不精确、不确定的知识和信息进行处理的过程与方法，知识获取与数据挖掘是实现信息智能处理的关键手段。随着多数据源在电力系统中的广泛使用，数据的获取越来越便捷，信息量大幅度增长，在提高电网在线监测与诊断的同时又加重了数据处理的负担，数据挖掘通过信息描述、关联关系分析以及历史数据的聚类分析和偏差分析为智能设备的在线监测提供可靠、准确的数据基础。

智能信息处理技术最早应用于医用CT机的图像处理以及智能测量仪器等高自动化监测设备中。目前随着计算机技术和信号处理技术的发展，智能信息处理技术中的人工神经网络、模糊集、粗糙集、信息融合等技术应用于电网故障诊断领域，用于解决不确定信息的问题。

1.3数据传输技术

信息传递的实时性与准确性是设备在线监测技术的重要基础。目前随着WAMS在电力系统的广泛使用，更多带有准确时标的量测数据可以为在线监测系统使用，但这要求通信系统具有高可靠性、低误码率以及良好的鲁棒性和冗余性。其技术要求具体包括：支持保护和控制信息的高速、实时通信；支持电力系统中应用的宽带网；能够访问所有的一次设备以及在部分网络出现故障时能够持续工作。

目前数据传输的网络主要采用光纤通信、无线通信或者两者结合的方式组建，实现在线监测系统与设备之间信息的传递。光纤通信可选择以太网无源光网络技术组网，实现网络上数据的传递和信息的综合；无线专网将无线接入点接入最近的光网络单元，负责在线监测装置与无线接入点之间的通信。

二、特高压变电站绝缘在线监测系统结构

随着变电站自动化技术的发展，通过丰富的通信手段，绝缘在线监测系统可以将变电站内所有在线监测设备所采集的绝缘特性测量值综合到变电站绝缘在线监测工作站内，并对数据提供综合浏览、存储及分析服务，从而更全面地掌握变电站内电气设备的运行状况。

某变电站的各种在线测量装置采集现场状态量后，分别通过各种通信方式与1000kV继电器小室的NSC300通信控制器通信，由NSC300通信控制单元对监测数据进行规约转换，然后上送站控层绝缘在线监测工作站，由工作站完成对数据的处理和显示。绝缘在线监测系统单独组网，与变电站自动化监控系统网络彼此独立。

三、变压器绝缘在线监测

3.1TM8在线油色谱

TM8系列变压器油中气体色谱在线监测仪是华电云通原装进口美国Serveron公司的产品。TM8可以进行全面的变压器绝缘溶解气体分析（DGA）诊断，包括可以对8种关键故障气体成分（H2，CO，CO2，CH4，C2H4，C2H6，C2H2，O2）、油中水分、油温、环境温度、变压器负载等进行相关分析。TM8数据支持所有IEEE和IEC中的变压器故障诊断工具，能达到快速报警和对故障的演示进行分析，在诊断工具上使用在线DGA数据给出了新的视角。TM8系统工作原理如图1所示。

图1中变压器油在油箱内部进行循环流动。TM8监测系统在变压器油箱中部通过油泵抽取流动的油样，注入气体分离器，在分离器中通过毛细管束实现油中气体和真空空间的动态平衡，并且在油压作用下油样一直处于流动状态。气体被气路部分的微泵抽入注入池，通过和载气混合，并在载气的压力下推入色谱柱。从色谱柱分离出来的各种气体进入热导池进行定量监测，监测结果通过微控制器进行就地数字转换，并进行外部通信上传。

通过对油中气体色谱分析、变压器负载以及环境度的定时一测量可以实现产气与外部事件的关联。对所有关键故障气体的连续测量可以给出变压器故障的早期预报，避免发生变压器事故，减少非计划停电次数。通过长期、全面的在线监测积累足够的信息，使持续的变压器状态评估成为可能，进而形成令家知识库，最终实现状态检修降低维修成本。

3.2TMB套管绝缘在线监测设备

该设备主要监测高压设备套管、高压电容式电压互感器、高压电流互感器、耦合合式电容器。采用高性能单匝穿心式微小电流传感器技术，测量高压套管的介质损耗、等效电容与泄漏电流等参量。利用高灵敏度电流传感器，不失真地采集套管末屏对地电流信号，同时从相应的PT取得电压信号，通过对数字信号的运算和处理，得出介质损耗和等效电容量等信息。最终利用令家系统分析、判断、预测套管绝缘的健康状况。

TMB系统的安装不改变原有电力设备的接线、接地模式，监测系统和电气系统只有磁联系，没有电联系，不会对一次系统造成任何干扰和影响。同时系统具备自校准功能，在规定的时段内主动校准，由于硬件电路老化、温度变化带来的误差。系统同时具备多路PT信号采集，使得系统在计算介损和电容值时，有效避免了以往采取的单一PT信号以及现场取用220V电源信号做参考时带来的误差。同时PT信号数字化传输到各个计算节点，有效抑制了监测系统对PT的负载效应。

3.3GIS绝缘在线监测

GIS绝缘在线监测设备采用的是日本东芝公司的NCT装置。该装置通过安装在GIS设备内部的多个传感器，采集GIS开关触点电流、触点损耗、触点温度、绝缘气体温度和气体压力，并根据采样值发送相应告警信息。同时，该设备还记录GIS设备每次开关动作信息。

GIS设备的设计理念是免维护的，然而实际运行中由于设备制造、运行环境等原因GIS的设备故障并不少见。因此实际运行中对于GIS设备在每次大修中仍会开展一些检修工作。如果能够充分利用GIS在线检测系统，实现设备状态检修，对于设备健康水平和减少不必要的重复性工作大有益处。

结语

特高压交流试验示范工程一次设备加装了完善的在线监测系统，特别是变压器在线油色谱仪对于及时掌握变压器运行健康水平、及早发现设备故障发挥了良好作用。

参考文献：

[1]王德文.变电站在线监测系统的一体化建模与模型维护[J].电力系统自动化，2013.

[2]林水来.智能变电站在线监测系统设计[D].华侨大学，2013.

作者简介：

布小红（1983.1-），女，山东阳谷县人，东北电力大学电力系统及其自动化专业硕士，工程师，单位：国核电力规划设计研究院，方向：电力系统二次

于晓铭（1984.11-），男，山东莒县人，天津大学电力系统及其自动化专业硕士，工程师，单位：国核电力规划设计研究院，方向：电力系统二次