工控摘要：電力設(shè)備在運(yùn)行中經(jīng)受電、熱、機(jī)械的負(fù)荷作用，以及自然環(huán)境的影響，長(zhǎng)期工作會(huì)引起老化、疲勞、磨損，以致性能逐漸下降，可靠性降低，設(shè)備故障率逐漸增大，危機(jī)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，因此需要對(duì)這些設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)通常有離線檢測(cè)和在線監(jiān)測(cè)兩種方式。
　　
　　1離線檢測(cè)技術(shù)
　　
　　長(zhǎng)期以來(lái)，電力設(shè)備依賴于定期離線檢測(cè)，離線檢測(cè)可以在設(shè)備運(yùn)行時(shí)采集樣本或數(shù)據(jù)，通過(guò)儀器、設(shè)備等在實(shí)驗(yàn)室對(duì)樣本進(jìn)行檢測(cè)分析或?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行分析加工，根據(jù)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)、缺陷記錄、停電試驗(yàn)等手段發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障的征兆，通過(guò)分析設(shè)備可能發(fā)生故障的原因和部位，從而引出處理的方法。離線檢測(cè)具有非實(shí)時(shí)性的特點(diǎn)，試驗(yàn)結(jié)果有一定的滯后性，不能反映設(shè)備運(yùn)行的當(dāng)前狀態(tài)，只能檢測(cè)一些常規(guī)數(shù)據(jù)，在防止事故方面有很大的局限性和不足，不能全過(guò)程地反映設(shè)備運(yùn)行條件下的各種狀態(tài)，對(duì)突發(fā)性故障無(wú)法提前預(yù)知。離線檢測(cè)需要停電離線進(jìn)行，試驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)、工作量大，越來(lái)越制約電力設(shè)備的安全運(yùn)行。
　　
　　2在線監(jiān)測(cè)技術(shù)
　　
　　在線監(jiān)測(cè)的實(shí)質(zhì)是要求分析設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)及未來(lái)趨勢(shì)，在發(fā)生故障之前提出檢修計(jì)劃，做到防患于未然，是狀態(tài)設(shè)備的技術(shù)基礎(chǔ)之一，在智能變電站中占有越來(lái)越重要的地位。在線監(jiān)測(cè)技術(shù)指在電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)下，通過(guò)特殊的試驗(yàn)儀器、儀表裝置，對(duì)被測(cè)的電氣設(shè)備進(jìn)行的檢測(cè)，用于發(fā)現(xiàn)運(yùn)行中的電氣設(shè)備所存在的潛在性的故障。它可以測(cè)出電氣設(shè)備在所測(cè)時(shí)刻下的使用狀態(tài)，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的隱患，了解隱患的變化趨勢(shì)等，可以發(fā)現(xiàn)常見的電氣設(shè)備在運(yùn)行狀態(tài)下出現(xiàn)的所有問(wèn)題。在線監(jiān)測(cè)是智能變電站狀態(tài)監(jiān)測(cè)的主要實(shí)現(xiàn)技術(shù)手段。
　　
　　3狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在曹植變電站中的應(yīng)用
　　
　　220kV曹植變電站是我院設(shè)計(jì)的*座智能變電站，該站狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要針對(duì)站內(nèi)主要一次設(shè)備包括主變壓器、氣體密封組合電器（GIS）、避雷器等實(shí)施狀態(tài)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)方式主要以在線監(jiān)測(cè)方式。本變電站規(guī)劃3臺(tái)主變壓器，本期2臺(tái)，均為三相自冷式;220kV側(cè)采用GIS設(shè)備，采用雙母線接線方式，規(guī)劃出線6回，本期2回;110kV側(cè)采用GIS設(shè)備，采用雙母線接線方式，規(guī)劃出線12回，本期6回。全場(chǎng)220kV電壓等級(jí)按進(jìn)出線間隔配置敞開式金屬氧化鋅避雷器。110kV電壓等級(jí)按進(jìn)出線間隔配置封閉式金屬氧化鋅避雷器。
　　
　　3.1系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)
　　
　　本站狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，由傳感器、智能組件IED及監(jiān)測(cè)后臺(tái)組成，各個(gè)狀態(tài)監(jiān)測(cè)單元通過(guò)統(tǒng)一的IEC61850協(xié)議與監(jiān)測(cè)后臺(tái)系統(tǒng)通信。監(jiān)測(cè)后臺(tái)具有各種監(jiān)測(cè)功能的數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)、故障報(bào)警、故障診斷等功能。
　　
　　傳感器是狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，其性能直接決定整個(gè)系統(tǒng)測(cè)量的準(zhǔn)確性。本工程傳感器層包括簡(jiǎn)單的電壓電流傳感器，也包括復(fù)雜的采集裝置，如油色譜、密度微水傳感器。傳感器采集到監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)后，通過(guò)模擬信號(hào)、RS-485通信、網(wǎng)絡(luò)通信等途徑，將信息上送到智能組件IED，由智能組件IED對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)做初步的分析，然后將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及分析結(jié)果通過(guò)MMS服務(wù)上傳至監(jiān)測(cè)后臺(tái)。
　　
　　依據(jù)各監(jiān)測(cè)部分需求的不同，本工程共采用了四種智能組件IED：①油色譜IED，監(jiān)測(cè)七氣、微水;②變壓器監(jiān)測(cè)IED，監(jiān)測(cè)油溫、鐵芯電流;③避雷器IED，監(jiān)測(cè)全電流、阻性電流;④GIS密度微水IED，監(jiān)測(cè)SF6密度、微水。
　　
　　3.2變壓器在線監(jiān)測(cè)
　　
　?。?）系統(tǒng)概述
　　
　　變壓器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)完成對(duì)變壓器油中氣體，變壓器頂層油溫底層油溫和鐵芯電流的監(jiān)測(cè)任務(wù)。
　　
　?。?）監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)
　　
　?、僮儔浩饔蜕V及微水監(jiān)測(cè)。變壓器油色譜及微水前端采集裝置采集H2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2、CO、CO2氣體含量和微水含量，并將七氣和微水含量原始數(shù)據(jù)及譜圖通過(guò)RS-485通信方式上傳至油色譜IED，油色譜IED將接收到的各種氣體含量通過(guò)二次抓峰處理和三比值運(yùn)算，得出各種氣體濃度值及三比值診斷結(jié)論，并將此結(jié)果集以IEC61850方式上傳至監(jiān)測(cè)后臺(tái)，通過(guò)界面方式展示給用戶。
　　
　?、谧儔浩饔蜏乇O(jiān)測(cè)。頂層油溫監(jiān)測(cè)采用主變自帶鉑電阻溫度傳感器，經(jīng)主變端子箱內(nèi)變送器轉(zhuǎn)變?yōu)?-20mA直流信號(hào)，接入主變狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)控制柜內(nèi)變壓器監(jiān)測(cè)IED。底層油溫監(jiān)測(cè)采用鉑電阻溫度傳感器，傳感器輸出直接引入主變狀態(tài)監(jiān)測(cè)控制柜內(nèi)，經(jīng)變送器轉(zhuǎn)為4-20mA信號(hào)，接至變壓器監(jiān)測(cè)IED。變壓器油溫監(jiān)測(cè)相關(guān)的數(shù)據(jù)分析功能為溫度告警。
　　
　　③變壓器鐵芯電流監(jiān)測(cè)。變壓器鐵芯電流監(jiān)測(cè)采用2級(jí)量程穿芯式電流互感器，互感器輸出信號(hào)直接接入主變狀態(tài)監(jiān)測(cè)控制柜內(nèi)，接至主變監(jiān)測(cè)IED。變壓器鐵芯電流監(jiān)測(cè)相關(guān)的數(shù)據(jù)分析功能為鐵芯電流越限報(bào)警。
　　
　?、茏儔浩髫?fù)荷電流監(jiān)測(cè)。通過(guò)變壓器的負(fù)荷電流采樣值信號(hào)，對(duì)負(fù)荷電流進(jìn)行監(jiān)測(cè)，為變壓器過(guò)負(fù)荷報(bào)警。
　　
　　另外，基于變壓器負(fù)荷溫度曲線等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，采集負(fù)荷電流、油溫、油中氣體等運(yùn)行狀態(tài)，通過(guò)負(fù)荷電流及油溫?cái)?shù)據(jù)，估算變壓器帶負(fù)荷的能力;通過(guò)油溫及油色譜分析，對(duì)變壓器繞組是否存在過(guò)熱點(diǎn)進(jìn)行分析判斷。
　　
　　3.3GIS密度微水在線監(jiān)測(cè)
　　
　?。?）系統(tǒng)概述
　　
　　GIS微水密度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)水分控制采取水分對(duì)SF6氣體體積比（10-6）的形式，內(nèi)置的密度微水傳感器通過(guò)RS-485總線將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳到微水監(jiān)測(cè)站，能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確測(cè)量SF6氣體微水含量。
　　
　?。?）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
　　
　　密度微水傳感器通過(guò)RS-485通信方式接入密度微水IED，每只密度微水IED可支持8通道，每通道配置8-12只密度微水傳感器。CIS每氣室配置一只密度微水傳感器，不替代原有密度表，就近安裝于原密度表旁邊。
　　
　　220kV微水密度IED安裝于220kV監(jiān)測(cè)控制柜內(nèi)，220kV監(jiān)測(cè)控制柜與220kVGIS匯控柜并列布置。110kV微水密度IED安裝于110kV監(jiān)測(cè)控制屏，110kV監(jiān)測(cè)控制屏放置在GIS室。
　　
　　3.4避雷器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
　　
　　避雷器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括傳感器和IED兩部分。傳感器負(fù)責(zé)采集避雷器全電流和電壓信號(hào)，用于在線監(jiān)測(cè)避雷器阻性電流大小和動(dòng)作次數(shù)，輸出信號(hào)接入避雷器IED，主要完成全電流和阻性電流計(jì)算，顯示及超標(biāo)告警功能。
　　
　　曹植站狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中總共配置了6臺(tái)避雷器監(jiān)測(cè)IED，其中兩臺(tái)用于110kVGIS系統(tǒng)，均安裝在110kVGISPT間隔智能監(jiān)測(cè)控制柜內(nèi)，與柜內(nèi)的數(shù)據(jù)交換機(jī)相連，與監(jiān)測(cè)后臺(tái)通信;兩臺(tái)用于用于220kVGIS系統(tǒng)均安裝在避雷器附近的戶外場(chǎng)所，與220kVGIS智能監(jiān)測(cè)控制柜內(nèi)的數(shù)據(jù)交換機(jī)連接;兩臺(tái)用于主變系統(tǒng)，均安裝在主變智能監(jiān)測(cè)控制柜內(nèi)，與柜內(nèi)的數(shù)據(jù)交換機(jī)相連，與監(jiān)測(cè)后臺(tái)通信。
　　
　　3.5監(jiān)測(cè)后臺(tái)說(shuō)明
　　
　?。?）軟件架構(gòu)
　　
　　裝置平臺(tái)軟件系統(tǒng)基于成熟的自動(dòng)化監(jiān)控技術(shù)，在監(jiān)控系統(tǒng)的核心平臺(tái)上進(jìn)行應(yīng)用開發(fā)。系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和上層軟件應(yīng)用兩層結(jié)構(gòu)。
　　
　?。?）系統(tǒng)用戶管理
　　
　　用戶可以通過(guò)用戶管理界面對(duì)系統(tǒng)用戶進(jìn)行管理，包括增加、刪除、更新用戶，更改密碼等。
　　
　?。?）應(yīng)用
　　
　　隨著對(duì)狀態(tài)監(jiān)測(cè)認(rèn)識(shí)的逐漸加深和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的不斷完善，更多的應(yīng)用功能得以實(shí)現(xiàn)，為電力設(shè)備的狀態(tài)檢修提供了有力支撐。應(yīng)用是體現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)價(jià)值的重要部分。
　　
　?、儆椭腥芙鈿怏w三比值故障類型分析。對(duì)油中溶解氣體的分析采用的是目前已經(jīng)成熟的數(shù)據(jù)模型，如三比值法、大衛(wèi)三角形、立體圖示法。在上層應(yīng)用中對(duì)油中溶解氣體測(cè)量的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行三比值分析，并繪制大衛(wèi)三角形、立體圖示，進(jìn)而給出分析結(jié)論。該分析方法具備良好的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，能夠?qū)ψ儔浩骺赡艹霈F(xiàn)的幾種故障類型進(jìn)行有效地分析，包括低溫過(guò)熱、中溫過(guò)熱、高溫過(guò)熱、局部放電、低能放電、低能放電兼過(guò)熱、電弧放電、電弧放電兼過(guò)熱等情況。
　　
　?、诒芾灼骺v向?qū)Ρ茸兓治觥８鶕?jù)氧化鋅閥片劣化后全電流變化不大而阻性電流增加的趨勢(shì)，采取測(cè)試數(shù)據(jù)縱向比較法，比較歷次測(cè)試阻性電流在相同干擾條件下的變化量，當(dāng)觀測(cè)到阻性電流有逐漸升高且增高速度逐漸上升的現(xiàn)象出現(xiàn)時(shí)，可判斷為閥片受潮或老化，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)MOA的早期故障。
　　
　?、圩儔浩鬟^(guò)負(fù)荷時(shí)油溫、色譜關(guān)系綜合分析。當(dāng)變壓器過(guò)負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，其油溫、色譜均會(huì)有變化，對(duì)其中的曲線關(guān)系進(jìn)行綜合對(duì)比分析，能夠有效的評(píng)估和判斷變壓器的過(guò)負(fù)荷能力，在不影響正常使用年限的情況下，能夠使變壓器負(fù)荷能力在全年得到充分利用。
　　
　　GIS系統(tǒng)綜合分析。一是GIS密度、微水分析系統(tǒng)。GIS氣體密度下降會(huì)使SF6氣體絕緣性能和滅弧性能降低。水分的凝露會(huì)導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)的沿面放電，SF6在電弧的作用下分解，和水反應(yīng)生成劇毒和腐蝕性氣體，這些都會(huì)危及SF6電氣設(shè)備的安全運(yùn)行。二是GIS局部放電分析系統(tǒng)。GIS局部放電IED的數(shù)據(jù)分析功能可提供各種局部放電類型的發(fā)生可能性百分比，實(shí)現(xiàn)了對(duì)具體發(fā)生的局部放電類型提供評(píng)判數(shù)據(jù)，包括移動(dòng)粒子、浮動(dòng)電極、突出電極、絕緣缺陷等。通信處理單元作為連接監(jiān)測(cè)IED與監(jiān)控后臺(tái)的中間單元，用于處理IED上傳的信息，再以文件形式上傳給系統(tǒng)平臺(tái)。
　　
　　4結(jié)論
　　
　　狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)各種監(jiān)測(cè)單元實(shí)時(shí)采集站內(nèi)主要設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，通過(guò)RS485總線或以太網(wǎng)與主機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)了對(duì)站內(nèi)主要變電設(shè)備的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)功能，為生產(chǎn)運(yùn)行提供直接依據(jù)和支撐數(shù)據(jù)，為智能變電站在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)提供借鑒。