工控摘要：電力設備在運行中經(jīng)受電、熱、機械的負荷作用，以及自然環(huán)境的影響，長期工作會引起老化、疲勞、磨損，以致性能逐漸下降，可靠性降低，設備故障率逐漸增大，危機電力系統(tǒng)的安全運行，因此需要對這些設備的運行狀態(tài)進行監(jiān)測。變電設備狀態(tài)監(jiān)測通常有離線檢測和在線監(jiān)測兩種方式。
　　
　　1離線檢測技術
　　
　　長期以來，電力設備依賴于定期離線檢測，離線檢測可以在設備運行時采集樣本或數(shù)據(jù)，通過儀器、設備等在實驗室對樣本進行檢測分析或?qū)?shù)據(jù)進行分析加工，根據(jù)設備運行數(shù)據(jù)、缺陷記錄、停電試驗等手段發(fā)現(xiàn)設備故障的征兆，通過分析設備可能發(fā)生故障的原因和部位，從而引出處理的方法。離線檢測具有非實時性的特點，試驗結果有一定的滯后性，不能反映設備運行的當前狀態(tài)，只能檢測一些常規(guī)數(shù)據(jù)，在防止事故方面有很大的局限性和不足，不能全過程地反映設備運行條件下的各種狀態(tài)，對突發(fā)性故障無法提前預知。離線檢測需要停電離線進行，試驗時間長、工作量大，越來越制約電力設備的安全運行。
　　
　　2在線監(jiān)測技術
　　
　　在線監(jiān)測的實質(zhì)是要求分析設備的當前狀態(tài)及未來趨勢，在發(fā)生故障之前提出檢修計劃，做到防患于未然，是狀態(tài)設備的技術基礎之一，在智能變電站中占有越來越重要的地位。在線監(jiān)測技術指在電氣設備的運行狀態(tài)下，通過特殊的試驗儀器、儀表裝置，對被測的電氣設備進行的檢測，用于發(fā)現(xiàn)運行中的電氣設備所存在的潛在性的故障。它可以測出電氣設備在所測時刻下的使用狀態(tài)，便于及時發(fā)現(xiàn)設備的隱患，了解隱患的變化趨勢等，可以發(fā)現(xiàn)常見的電氣設備在運行狀態(tài)下出現(xiàn)的所有問題。在線監(jiān)測是智能變電站狀態(tài)監(jiān)測的主要實現(xiàn)技術手段。
　　
　　3狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)在曹植變電站中的應用
　　
　　220kV曹植變電站是我院設計的*座智能變電站，該站狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)主要針對站內(nèi)主要一次設備包括主變壓器、氣體密封組合電器（GIS）、避雷器等實施狀態(tài)監(jiān)測，監(jiān)測方式主要以在線監(jiān)測方式。本變電站規(guī)劃3臺主變壓器，本期2臺，均為三相自冷式;220kV側采用GIS設備，采用雙母線接線方式，規(guī)劃出線6回，本期2回;110kV側采用GIS設備，采用雙母線接線方式，規(guī)劃出線12回，本期6回。全場220kV電壓等級按進出線間隔配置敞開式金屬氧化鋅避雷器。110kV電壓等級按進出線間隔配置封閉式金屬氧化鋅避雷器。
　　
　　3.1系統(tǒng)功能結構
　　
　　本站狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)采用分層分布式結構，由傳感器、智能組件IED及監(jiān)測后臺組成，各個狀態(tài)監(jiān)測單元通過統(tǒng)一的IEC61850協(xié)議與監(jiān)測后臺系統(tǒng)通信。監(jiān)測后臺具有各種監(jiān)測功能的數(shù)據(jù)采集存儲、故障報警、故障診斷等功能。
　　
　　傳感器是狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的關鍵組成部分，其性能直接決定整個系統(tǒng)測量的準確性。本工程傳感器層包括簡單的電壓電流傳感器，也包括復雜的采集裝置，如油色譜、密度微水傳感器。傳感器采集到監(jiān)測數(shù)據(jù)后，通過模擬信號、RS-485通信、網(wǎng)絡通信等途徑，將信息上送到智能組件IED，由智能組件IED對監(jiān)測數(shù)據(jù)做初步的分析，然后將監(jiān)測數(shù)據(jù)及分析結果通過MMS服務上傳至監(jiān)測后臺。
　　
　　依據(jù)各監(jiān)測部分需求的不同，本工程共采用了四種智能組件IED：①油色譜IED，監(jiān)測七氣、微水;②變壓器監(jiān)測IED，監(jiān)測油溫、鐵芯電流;③避雷器IED，監(jiān)測全電流、阻性電流;④GIS密度微水IED，監(jiān)測SF6密度、微水。
　　
　　3.2變壓器在線監(jiān)測
　　
　　（1）系統(tǒng)概述
　　
　　變壓器在線監(jiān)測系統(tǒng)完成對變壓器油中氣體，變壓器頂層油溫底層油溫和鐵芯電流的監(jiān)測任務。
　　
　　（2）監(jiān)測子系統(tǒng)
　　
　　①變壓器油色譜及微水監(jiān)測。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二次抓峰處理和三比值運算，得出各種氣體濃度值及三比值診斷結論，并將此結果集以IEC61850方式上傳至監(jiān)測后臺，通過界面方式展示給用戶。
　　
　　②變壓器油溫監(jiān)測。頂層油溫監(jiān)測采用主變自帶鉑電阻溫度傳感器，經(jīng)主變端子箱內(nèi)變送器轉變?yōu)?-20mA直流信號，接入主變狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)控制柜內(nèi)變壓器監(jiān)測IED。底層油溫監(jiān)測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)測控制柜內(nèi)，經(jīng)變送器轉為4-20mA信號，接至變壓器監(jiān)測IED。變壓器油溫監(jiān)測相關的數(shù)據(jù)分析功能為溫度告警。
　　
　　③變壓器鐵芯電流監(jiān)測。變壓器鐵芯電流監(jiān)測采用2級量程穿芯式電流互感器，互感器輸出信號直接接入主變狀態(tài)監(jiān)測控制柜內(nèi)，接至主變監(jiān)測IED。變壓器鐵芯電流監(jiān)測相關的數(shù)據(jù)分析功能為鐵芯電流越限報警。
　　
　　④變壓器負荷電流監(jiān)測。通過變壓器的負荷電流采樣值信號，對負荷電流進行監(jiān)測，為變壓器過負荷報警。
　　
　　另外，基于變壓器負荷溫度曲線等基礎數(shù)據(jù)，采集負荷電流、油溫、油中氣體等運行狀態(tài)，通過負荷電流及油溫數(shù)據(jù)，估算變壓器帶負荷的能力;通過油溫及油色譜分析，對變壓器繞組是否存在過熱點進行分析判斷。
　　
　　3.3GIS密度微水在線監(jiān)測
　　
　　（1）系統(tǒng)概述
　　
　　GIS微水密度在線監(jiān)測系統(tǒng)對水分控制采取水分對SF6氣體體積比（10-6）的形式，內(nèi)置的密度微水傳感器通過RS-485總線將監(jiān)測數(shù)據(jù)遠傳到微水監(jiān)測站，能夠?qū)崟r準確測量SF6氣體微水含量。
　　
　　（2）系統(tǒng)結構
　　
　　密度微水傳感器通過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)測控制柜內(nèi)，220kV監(jiān)測控制柜與220kVGIS匯控柜并列布置。110kV微水密度IED安裝于110kV監(jiān)測控制屏，110kV監(jiān)測控制屏放置在GIS室。
　　
　　3.4避雷器在線監(jiān)測系統(tǒng)
　　
　　避雷器在線監(jiān)測系統(tǒng)包括傳感器和IED兩部分。傳感器負責采集避雷器全電流和電壓信號，用于在線監(jiān)測避雷器阻性電流大小和動作次數(shù)，輸出信號接入避雷器IED，主要完成全電流和阻性電流計算，顯示及超標告警功能。
　　
　　曹植站狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)中總共配置了6臺避雷器監(jiān)測IED，其中兩臺用于110kVGIS系統(tǒng)，均安裝在110kVGISPT間隔智能監(jiān)測控制柜內(nèi)，與柜內(nèi)的數(shù)據(jù)交換機相連，與監(jiān)測后臺通信;兩臺用于用于220kVGIS系統(tǒng)均安裝在避雷器附近的戶外場所，與220kVGIS智能監(jiān)測控制柜內(nèi)的數(shù)據(jù)交換機連接;兩臺用于主變系統(tǒng)，均安裝在主變智能監(jiān)測控制柜內(nèi)，與柜內(nèi)的數(shù)據(jù)交換機相連，與監(jiān)測后臺通信。
　　
　　3.5監(jiān)測后臺說明
　　
　　（1）軟件架構
　　
　　裝置平臺軟件系統(tǒng)基于成熟的自動化監(jiān)控技術，在監(jiān)控系統(tǒng)的核心平臺上進行應用開發(fā)。系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和上層軟件應用兩層結構。
　　
　　（2）系統(tǒng)用戶管理
　　
　　用戶可以通過用戶管理界面對系統(tǒng)用戶進行管理，包括增加、刪除、更新用戶，更改密碼等。
　　
　　（3）應用
　　
　　隨著對狀態(tài)監(jiān)測認識的逐漸加深和基礎數(shù)據(jù)的不斷*，更多的應用功能得以實現(xiàn)，為電力設備的狀態(tài)檢修提供了有力支撐。應用是體現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)價值的重要部分。
　　
　　①油中溶解氣體三比值故障類型分析。對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。在上層應用中對油中溶解氣體測量的歷史數(shù)據(jù)進行三比值分析，并繪制大衛(wèi)三角形、立體圖示，進而給出分析結論。該分析方法具備良好的準確性和穩(wěn)定性，能夠?qū)ψ儔浩骺赡艹霈F(xiàn)的幾種故障類型進行有效地分析，包括低溫過熱、中溫過熱、高溫過熱、局部放電、低能放電、低能放電兼過熱、電弧放電、電弧放電兼過熱等情況。
　　
　　②避雷器縱向?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，采取測試數(shù)據(jù)縱向比較法，比較歷次測試阻性電流在相同干擾條件下的變化量，當觀測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，可判斷為閥片受潮或老化，從而及時發(fā)現(xiàn)MOA的早期故障。
　　
　　③變壓器過負荷時油溫、色譜關系綜合分析。當變壓器過負荷運行時，其油溫、色譜均會有變化，對其中的曲線關系進行綜合對比分析，能夠有效的評估和判斷變壓器的過負荷能力，在不影響正常使用年限的情況下，能夠使變壓器負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氣體密度下降會使SF6氣體絕緣性能和滅弧性能降低。水分的凝露會導致設備內(nèi)的沿面放電，SF6在電弧的作用下分解，和水反應生成劇毒和腐蝕性氣體，這些都會危及SF6電氣設備的安全運行。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，實現(xiàn)了對具體發(fā)生的局部放電類型提供評判數(shù)據(jù)，包括移動粒子、浮動電極、突出電極、絕緣缺陷等。通信處理單元作為連接監(jiān)測IED與監(jiān)控后臺的中間單元，用于處理IED上傳的信息，再以文件形式上傳給系統(tǒng)平臺。
　　
　　4結論
　　
　　狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)通過各種監(jiān)測單元實時采集站內(nèi)主要設備的運行數(shù)據(jù)，通過RS485總線或以太網(wǎng)與主機相連，實現(xiàn)了對站內(nèi)主要變電設備的實時在線監(jiān)測功能，為生產(chǎn)運行提供直接依據(jù)和支撐數(shù)據(jù)，為智能變電站在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的建設提供借鑒。