变电站一次设备在线监测技术浅析--中国期刊网

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变电站一次设备在线监测技术浅析

发表时间：2020/10/10 来源：《基层建设》2020年第17期作者：付戈

[导读] 摘要：本文对变电站一次设备在线监测技术进行了分析，指出了目前在线监测技术存在的问题并提出了相应对策，以期为智能变电站在线监测装置配置提供参考。

        国网汉川市供电公司湖北汉川 431600
        摘要：本文对变电站一次设备在线监测技术进行了分析，指出了目前在线监测技术存在的问题并提出了相应对策，以期为智能变电站在线监测装置配置提供参考。
        关键词：变电站；一次设备；在线监测技术
        1 引言
        目前在线监测系统已得到广泛应用并取得良好成效。智能变电站通过IEC61850统一数据模型、统一通信标准，通过高度集成的智能组件，实现高压设备的保护、测量、控制、计量及设备状态在线监测功能。在线监测系统监测的数据包含在监测主IED的聚合信息之内，聚合信息来源包括测量IED、各控制IED以及各监测IED。
        2 变电站一次设备在线监测技术
        2.1变压器在线监测技术
        在变电站的各类一次主设备中，变压器是造价最高、最重要的设备之一，其运行状况直接影响电网安全稳定运行，智能变压器的智能化程度也是决定智能变电站智能化水平的重要因素。
        目前，变压器在线监测的主要项目有：油中溶解气体测量和分析、局部放电测量和定位、绕组变形、铁心接地电流监测等。
        （1）油中溶解气体在线监测
        对主变压器而言，采用油中溶解气体分析诊断技术，能反映绝大部分缺陷，且不需要设备停电，大约40%的缺陷是通过该技术发现的。油中溶解气体在线监测技术有电化学法、气相色谱法、红外光谱法、光声光谱法等。典型油中溶解气体气相色谱法状态监测系统由现场取油回路、油气分离装置、气体分离装置、气体监测装置等部分组成，
        （2）油中微水在线监测
        油中微水状态监测通过在线分析变压器油中含水量及增长率，及时发现因含水量高而引起的故障。目前，变压器油色谱状态监测装置可涵盖变压器油微水监测功能。
        （3）局部放电在线监测
        局部放电是变压器常见故障的主要原因。据统计，中国110kV及以上电力变压器事故中，有50%属于正常运行电压下发生匝间短路，其原因大多是局部放电所致。
        目前，变压器局部放电在线监测方法很多，常用的方法主要有：脉冲电流法、射频检测法、放电能量检测法、声测法、超高频法。在智能变压器制造、安装过程中在指定部位安装内置式传感器，通过检测局部放电产生的电磁波实现局部放电在线监测，为智能变压器状态监测与检修决策提供强有力的支持。
        （4）绕组温度在线监测
        新造智能变压器绕组温度在线监测通常采用内置光纤测温传感器，直接测量变压器主绝缘及铁心的温度并实现温度及报警信号的远程传输。通过对绕组温度的实时监测，掌握变压器绕组、铁心及金属结构件的热状态，可及时发现绕组温度过高故障，也用于负载控制和绝缘寿命评估等。
        （5）铁芯接地电流在线监测
        正常运行情况下，铁心接地电流不大于100mA。电力变压器正常运行时，铁心必须一点可靠接地，否则铁心对地产生悬浮电压或铁心多点接地产生发热故障，严重威胁变压器以及电网的安全。
        通过微电流传感器，测量变压器铁心接地电流，可以及早发现和处理铁心多点接地故障。此外，通过铁心接地电流监测还可以发现箱体内异物、内部绝缘受潮或损伤、油箱沉积油泥等故障。通常采用在铁心接地线上安装穿心式电流互感器的方法进行测量。
        2.2电容型设备在线监测技术
        电容型设备主要包括电力电容器、电容式套管、高压电流互感器、高压电压互感器及电容式电压互感器等。变电站中电容型设备数量约占设备总台数的40%~50%，其绝缘状态是否良好直接关系到整个变电站能否安全运行。

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        （1）泄漏电流和电容量的测量
        电容性设备泄漏电流的测量信号是从末屏采集的，一般为毫安级，由于在现场易受强电场的干扰，因此要求传感器具有较高的稳定性和抗干扰性，材料一般使用线性度和稳定性高的坡莫合金，结构采用零磁通传感器，并用钢质外壳屏蔽，传输线则采用双屏蔽或多屏蔽电缆来减少电磁干扰。现在倾向于将采集信号就地进行数字化处理以消除干扰，电容量的测量可根据泄漏电流和采集的母线电压换算而得。
        （2）介质损耗的测量
        介质损耗的测量，对于发现设备绝缘整体受潮、劣化变质等缺陷非常有效。近年来，在介损测量的数据处理上取得突破，主要使用谐波分析法，其采用数字频谱分析的方法求出电压和电流信号的基波，进而通过相位比较求出介质损耗。
        2.3 GIS设备在线监测技术
        GIS设备在电力系统中起着控制和保护的双重任务，开关状态的好坏直接影响着电力系统的安全运行。对GIS设备实施状态监测和故障诊断，掌握其运行特性及变化趋势，对提高其运行可靠性极为重要。
        （1）SF6气体在线监测
        GIS设备的带电部分密封在容器内，维护省力，运行可靠性高，广泛应用于变电站中。但是，设备一旦发生事故，维修难度较大。GIS的故障分析表明其70～80%的故障为气体密封异常、开关的开闭性能故障。
        SF6气体的监测是利用压力和密度传感器来监测开关设备的气体泄漏量，用SF6湿度传感器来监测气体湿度。
        （2）局部放电在线监测
        GIS局部放电的在线监测方法有很多，同变压器局部放电状态监测方法一样，包括测分解气体的光电法、化学法、脉冲电流法和超高频法，超高频法能监测到GIS中局部放电的发生并识别绝缘缺陷类型。GIS 结构相比变压器比较简单，可准确定位局部放电源的位置，抗干扰能力强，灵敏度高，因而获得了广泛的应用。
        2.4 避雷器在线监测技术
        金属氧化锌避雷器内部有阻性和容性电流通过，以容性电流为主。在工频电压、冲击电压、内部受潮等因素的作用下绝缘特性遭到破坏，阻性电流会不断增加，并可能热崩溃，导致避雷器爆炸。
        金属氧化物避雷器在线监测主要监测阻性泄漏电流，常用方法有：总泄漏电流法、阻性电流三次谐波法、基波法和常规补偿法等。目前应用较多的测试方法是用补偿法测量阻性泄漏电流。
        3 在线监测技术应用中存在的问题及对策
        3.1 在线监测装置运行稳定性有待提高
        虽然在线监测装置在电网内应用越来越多，但由于很多装置在技术上并不十分成熟，其运行稳定性较差，功能也有待完善。主要表现在质量问题上，如灵敏度不高、元件性能不稳定、抗干扰性能较差、抗外界因素如温度、湿度变化能力不足，存在可靠性问题如测量数据不稳定、信息上传时而断续，起不到动态跟踪设备绝缘状况的作用。
        因此，需要综合考虑新工艺和新技术进行改进和完善，研发机构要紧密跟踪传感器、光纤等新技术的发展，开发出测量精度高、抗干扰能力强、切合实际需求的系统；生产厂家要进一步提高产品的设计制造工艺水平，提高系统的稳定性和可靠性，才能提高在线监测技术的应用效果。
        3.2 在线监测装置的维护管理有待加强
        很多在线监测装置之所以运行不正常甚至停运，除了装置自身性能方面的原因外，还有一个不可忽视的重要原因，就是在线监测装置在安装后缺乏足够的技术维护，进而导致监测数据分析相对滞后、信息上传不通畅等问题。
        因此，在线监测系统投入运行后，必须编写相关运行规程，将其纳入生产设备日常管理，规范其储存、使用、通信、数据分析和维护等管理制度。设备厂家要充分掌握监测设备的实际运行情况，建立高水平、反应快的管理与维修机制，不断改进和完善监测装置性能。
        4 结束语
        目前，变电一次设备在线监测技术已经呈现出快速发展的趋势，部分成熟产品正逐渐向电网设备推广和应用，并涵盖了主要的电气设备。要全面掌握设备的运行状态，除了需要较广的监测覆盖面，更要保证在线监测数据的准确性及可长期稳定运行的可靠性。因此，在变电设备在线监测装置的开发应用过程中，要根据设备的具体运行状况，对设备监测具体数据进行综合分析，提高监测系统数据分析判断的准确性，使在线监测技术为新一代智能变电站的运行维护、高压设备状态检修提供强有力的信息支撑。
        参考文献：
        [1]孙明，卢萍，鄢阳等．智能变压器在线监测方案研究[J]．水电能源科学，2013，31（2）：193-196．