分布式暂态过电压在线监测技术在特高压GIS变电站中的应用刘兴万

分布式暂态过电压在线监测技术在特高压GIS变电站中的应用刘兴万

刘兴万张海舰徐奎公

（国网山东省电力公司检修公司山东济宁272000）

摘要：本文主要针对分布式暂态过电压在线监测技术在特高压GIS变电站中的应用展开分析，思考了分布式暂态过电压在线监测技术的内容和技术要点，并对技术如何进行应用展开探讨，可供今后参考。

关键词：分布式暂态过电压在线监测技术；特高压GIS；变电站；应用

1、在线监测系统的概念

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。

1.1电容式电压互感器(capacitorvoltagetransformerCVT)、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。

1.2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。

1.3GIS。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。

1.4避雷器。检测金属氧化物避雷器(metaloxidearrester，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。

2、基于优化EMC的暂态过电压监测户外柜设计

图1分布式暂态过电压监测系统结构图

设计了一种分布式暂态过电压在线监测系统，该系统在每个变电站将过电压监测装置的数量与选取的监测点数量等额配置，将装置就近安装在取样一次设备附近，同时在每个变电站设置一台主站工控机，用来控制站内所有过电压监测装置并收集各装置相关数据。主站工控机与过电压监测装置之间采用IEC61850通讯方式。监测系统采用交流220V电源，由站用交流220V电源经隔离变压器后供电。暂态过电压监测装置、IED、隔离变统一安装在户外柜内，户外柜就近安装在测量点附近。

2.1特高压GIS变电站的电磁环境特性

特高压变电站的电磁环境是由变电站内由各种电气主设备的综合效应所决定，主要涵盖工频电磁场、无线电干扰和可听噪声等三方面的影响因素。工频电磁场会产生辐射，其在一定程度上会对站内部分设备可能造成影响;在1000kV晋东南变电站、荆门变电站、南阳开关站内工频电场强度最大值均超过10kV/m，必然会影响二次设备的正常运行。

在特高压GIS变电站，除了对二次设备影响较大的工频电磁场外，由于隔离开关或断路器的开合所产生的特快速瞬变过电压对二次设备影响更大。因为该瞬态电磁波的频带相对较宽(频域范围1MHz~470MHz)，因而由GIS金属壳体内部产生的VFTO将会按照行波的方式进行传播，当到达套管时，架空线上将会耦合一部分瞬态电磁波并进行传播，进而直接损害与GIS相连的变压器、架空线路等电气设备的绝缘状况;另外，外壳与地之间也会耦合一部分瞬态电磁波，成为GIS外壳暂态地电位升高(TGPR-TransientGroundPotentialRise)或壳体暂态电位升高(TEV-TransientEnclosureVoltage)的主要原因，进而对GIS相连的保护、控制、信号等二次设备造成影响，同时，其从壳体和架空线向四周的辐射会对变电站的二次设备造成影响。

2.2优化EMC设计方法

针对上述问题，本系统采用了隔离、屏蔽等抑制措施有效抑制了电磁干扰问题。

2.2.1通道隔离设计

暂态过电压监测系统模拟电路和数字电路之间的供电采用隔离电源，隔离电压4000V，模拟电路与数字电路之间采用数字隔离芯片进行隔离，每个过电压采集装置配置三个通道，各模拟通道之间相互隔离，隔离电压2000V，有效避免了通道之间互相干扰。

2.2.2通讯隔离设计

在户外柜内安装光电转换装置，主控室屏柜内安装光交换机，户外柜与主控室屏柜之间通过光纤连接，过电压波形通过光纤传送到主站系统，该设计有效避免变电站内电磁辐射通过通信电缆对监测系统的干扰。

2.2.3电源隔离和滤波器设计

系统采用超级隔离变压器和电源滤波器来抑制来自电源的干扰。超级隔离变压器是比普通带屏蔽的隔离变压器性能更强的隔离变压器，超级隔离变压器采用将铁芯夹件和变压器的屏蔽外壳做成一体的E形铁芯结构，铁芯夹件将铁芯紧固在一起，实现整体结构紧凑的目标。超级隔离变压器将初级与次级绕组采用上下同心式结构分别绕制，初级线圈和次级线圈分别绕在铁心的上半部分和下半部分，并套装在铁芯的中柱上，这样同时实现了大幅度减小绕组间分布电容和增加绕组间的漏感的目的，使进入次级的共模干扰与差模干扰大幅减少。

另外，为了防止初级线圈通过泄漏电感将干扰感应至次级线圈，我们设计了一种“磁场屏蔽板”，并将其插进超级隔离变压器初级与次级线圈之间，有效实现了初级与次级线圈的隔离。

本文还对三类常用变压器的性能对比进行了研究，超级隔离变压器在10kHz附近开始对差模干扰产生衰减作用，在1MHz附近衰减量达到70dB左右之后，衰减曲线由于分布参数的作用开始波动。而对于共模干扰，超级隔离变压器从直流开始直到10MHz之前一直表现有极好的衰减特性。由此可见，相对于普通变压器，超级隔离变压器对于干扰(特别是对低频部分干扰)的衰减拥有更好的抑制作用。

3、结束语

综上所述，在分布式暂态过电压在线监测技术在特高压GIS变电站中的应用方面，本文对其技术的要点和内容进行了探讨，并结合实际的应用情况进行研究，提出了一些可行的措施，可供今后参考。

参考文献

[1]刘昱，许玉香，于峥，尚勇.750kV智能化变电站在线监测系统配置[J].电网与清洁能源，2018.78

[2]王德文，阎春雨.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，2017.09