蘇正220kV變電站在線監(jiān)測原理與實施方案

1、蘇正220kV變電站在線監(jiān)測原理與實施方案張貴賢 趙 勇 郭旭光（河北省送變電公司，河北省 石家莊 050051）E-mail:，摘 要：智能化變電站的重要技術特征之一就是設備實現廣泛在線監(jiān)測,使得設備狀態(tài)檢修更加科學可行。通過在線監(jiān)測系統(tǒng),可以有效地獲取設備運行狀態(tài)數據、并能自動對其進行診斷，使設備檢修策略可以從常規(guī)變電站設備的"定期檢修"變成"狀態(tài)檢修",這將大大提高系統(tǒng)的可用性。本文作者試圖通過介紹蘇正220kV智能化變電站的在線監(jiān)測系統(tǒng)，使大家對智能化變電站的在線監(jiān)測系統(tǒng)原理及實施有進一步的了解。關鍵詞：變電站 在線監(jiān)測系統(tǒng) 原理 實施引言電力行

2、業(yè)有別于其它行業(yè)，維護不能隨意中斷生產，這就要在事故發(fā)生之前作好充分的預測在事故發(fā)生前解決故障，重點是變電站設備的預防性的巡檢工作。變電系統(tǒng)負擔著電力變送工作，高電壓大電流的線路長期工作，即使是優(yōu)良的絕緣介質也會出現不可預期的問題而導致事故。通常情況下，檢修人員日常需要做的檢修工作油色譜的監(jiān)測、微水密度監(jiān)測、設備溫度監(jiān)測等日常檢修工作。這些檢修工作都需要檢修人員帶著檢修儀器到每個站內對每個設備進行一一檢測，這樣工作量大，任務繁重，而且不能達到24小時全天候的監(jiān)測，安全隱患很多。為解決以上問題蘇正220kV安裝了在線監(jiān)測系統(tǒng)。正文蘇正220kV變電站在線監(jiān)測系統(tǒng)主要包括變壓器油色譜在線監(jiān)測、SF

3、6氣體在線監(jiān)測、光柵測溫、開關柜測溫、狀態(tài)監(jiān)測等部分。下面分別對其進行介紹：一、變壓器油色譜在線監(jiān)測子系統(tǒng)變壓器油色譜工作原理為了提高整個電力系統(tǒng)的安全運行，實施電力變壓器故障診斷是非常必要的。變壓器存在局部過熱或局部放電時，故障部位的絕緣油或固體絕緣物將會分解出小分子烴類氣體(如CH4、C2H6、C2H4、C2H2等)和其他氣體(如H2、CO、CO2等)。上述每種氣體在油中的濃度和油中可燃氣體的總濃度(TCG)均可作為變壓器設備內部故障診斷的指標。變壓器油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)從本質上改變了傳統(tǒng)的變壓器油監(jiān)測方式，可以有效的監(jiān)測變壓器的油中溶解氣體的含量，通過數據分析平臺告知現場管理人員變壓器的油

4、中氣體組份的變化趨勢，依據監(jiān)測數據，及時判斷變壓器故障類型。其基本原理是溶解于變壓器油中的故障特性氣體經脫氣裝置脫氣后,在載氣的推動下通過色譜柱,由于色譜柱對不同的氣體具備不同的親和作用,導致故障特性氣體被逐依分離出來,傳感器對故障氣體(H2、CO、CO2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2)按出峰順序分別進行檢測,并將氣體的濃度特性轉換成電信號。數據處理器對電信號進行處理轉化成數字信號，并存儲在數據處理器的內嵌的大容量存儲器上。主控計算機經RS485模塊通過現場通訊總線獲取日常監(jiān)測數據，實現變壓器故障的在線監(jiān)測功能。根據上述在線監(jiān)測系統(tǒng)的工作原理，其監(jiān)測參數為：H2、CO、CO2、CH4、

5、C2H6、C2H4、C2H2，技術指標如下：組 份H2COCO2CH4C2H2C2H6C2H4最小檢測濃度152510.50.50.5量 程1-50005-1000025-500001-20000.5-20000.5-20000.5-2000因此，變壓器油色譜數據處理子系統(tǒng)需要對日常的監(jiān)測數據進行分析處理,把故障氣體各組份和總烴的含量抽取出來對變壓器故障進行綜合分析診斷,并結合相關技術規(guī)程、導則、技術監(jiān)督和檢修人員的實踐經驗，對抽取數據的展現形式、關聯(lián)數據、生命周期、歷史保留深度等屬性進行標準化管理。從而及時捕捉到變壓器故障信息，科學的指導設備運行檢修。系統(tǒng)由就地部分和主控部分組成，就地現場部

6、分有主機、氣瓶、油管組成；主控部分由主控計算機、系統(tǒng)控制分析軟件構成。變壓器油色譜功能實現油氣分離變壓器油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)的色譜分析儀利用內部的油氣自動分離裝置，將取來的油樣完成油氣分離過程。油、氣分離采用了世界上最先進的真空完全脫氣方式，脫氣效率95%，實現分析油樣中油、氣的完全分離，為下一步的氣體測量工作奠定了堅實的基礎，有效地保證了測量重復性，在測量的源頭上將不完全脫氣帶來的測量重復性誤差消除，避免了靠軟件修正消除由于不完全脫氣形成的重復性誤差所帶來的不確定性。混合氣體分離變壓器油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)的色譜分析儀通過內部的氣相色譜柱，可以將混合氣體分離成單組份的氣體。分析油樣經過油、氣分離裝

7、置后，油、氣被完全分離開來，分離后的混合氣體在載氣的推動下進入氣相色譜分離系統(tǒng)，混合氣體經過與實驗室相同分離原理的氣相色譜系統(tǒng)，氣體被分離成單組分的氣體。氣體檢測經過分離的氣體濃度在分析儀器內部經過氣體檢測傳感器，氣體濃度信號被轉變成電壓并被換算成數字量值，通過RS485通訊電纜傳輸到工作站，由監(jiān)測軟件完成分析并轉換為相應油中的濃度。系統(tǒng)自診斷對系統(tǒng)內部出現概率最大的故障點進行檢測報警及自動處理報警功能，對不可恢復性故障將采取掉電記憶報警鎖定的方式保護系統(tǒng)直到人為干預消除報警。過油保護當脫出的氣體中含有油的成份時系統(tǒng)將停止當前的工作，進行油、氣重新分離工作，保護后續(xù)工作的順利進行，增強設備的工

8、作可靠性直到脫出符合要求的氣體。二、SF6氣體在線監(jiān)測子系統(tǒng)在電力工業(yè)中，GIS（氣體絕緣全封閉組合電器）設備采用具有一定壓力的SF6氣體作為滅弧和絕緣氣體，因此監(jiān)測設備的SF6氣體壓力是監(jiān)視設備運行狀態(tài)的必須手段。SF6氣體微水在線監(jiān)測系統(tǒng)對各氣室SF6氣體的實時濕度、實時壓力、相對濕度、密度和溫度等數據進行檢測，并可以通過其變化趨勢及時發(fā)現設備的隱蔽性缺陷，相應提高了GIS設備的狀態(tài)監(jiān)測水平。為了實現在生產過程中對上述參數進行準實時、遠程監(jiān)測以及歷史數據分析，加強監(jiān)測手段，更好地保證設備安全、穩(wěn)定運行，SF6氣體微水綜合檢測器主要用于在線監(jiān)測SF6氣體的微水及其變化趨勢，并將采集到的數據進

9、行統(tǒng)計和匯總，傳輸到遠方集中控制中心。當相應的指標達到報警狀態(tài)時，系統(tǒng)自動報警或啟動報警裝置。當相應的指標超標達到緊急報警級別時，自動報警或啟動閉鎖裝置，來保障電力設備和供電系統(tǒng)的安全。變送器將數據通過信號采樣模塊和信號中繼模塊傳給前置機，經由計算、分析、匯總、篩選后進行顯示數值，供現場監(jiān)控和調試使用。該子系統(tǒng)還提供在線修改下限報警值，當超過下限報警值時，可在系統(tǒng)上發(fā)出報警。三、光柵測溫子系統(tǒng)光纖光柵探測器是用光纖光柵制成的一種新型光纖傳感器。光纖光柵是20世紀90年代發(fā)展起來的一種新型全光纖無源器件，利用光纖光柵制成多種傳感器如溫度、應變、應力、加速度、壓強等傳感器。不同的光纖光柵傳感器可具

10、有不同的工作波長，因此可以利用波分復用技術，在一根光纖級聯(lián)多個光纖光柵傳感器作分布式測量。它具有體積小、重量輕、與光纖兼容、插入損耗低、性能長期穩(wěn)定性好等特點。特別適合在易燃，易爆，和強電磁等惡劣環(huán)境下使用。光纖光柵在線測溫系統(tǒng)的基本原理是:當由于各種不同的因素導致電纜上光纖光柵周圍的溫度發(fā)生變化時,將導致光柵周期或者纖芯折射率產生變化,從而產生光柵布喇格信號的波長位移,通過監(jiān)測布喇格波長的變化情況,即可獲得油罐上光纖光柵周圍溫度的變化狀況.光纖光柵在線測溫系統(tǒng)采用最新生產工藝，長期穩(wěn)定性好，使用壽命長；光纖光柵感溫火災探測信號處理器采用國際最先進地數字化解調技術，具有大容量實時在線信號采集處

11、理和自檢功能；系統(tǒng)可以綜合各種安全監(jiān)控參數，進行分析，有利于及時發(fā)現事故苗頭，及時安全控制，實現生產和安全的雙重監(jiān)控功能。 從感溫火災探測器到監(jiān)控中心感溫測量及信號傳輸全部采用光信號，實現無電檢測，本質安全防爆。四、開關柜測溫在線監(jiān)測子系統(tǒng)高壓開關柜作為電力系統(tǒng)中非常重要的電氣設備?，F代電力系統(tǒng)對電能質量的要求越來越高，相應地對高壓開關柜的可靠性也提出了更高的要求。而開關柜的內部過熱現象已成為開關柜使用中的常見問題，由于開關柜體的密閉性，在一些負荷較重的地區(qū),存在開關柜的溫升超標問題。開關柜的溫升超標,直接影響設備的安全穩(wěn)定運行,而且,過熱問題是一個不斷發(fā)展的過程,如果不加以控制，過熱程度會不

12、斷加劇，并對絕緣件的性能及設備壽命產生很大的影響。開關柜溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)通過連續(xù)監(jiān)測高壓開關柜內母線接頭和刀閘開關等關鍵部位的溫濕度，可確定觸點接頭處的過熱程度，通過對異常發(fā)熱的部位進行跟蹤監(jiān)測，有效解決了密封式開關柜多年來一直無法開展紅外測溫的難題，提高了設備的狀態(tài)監(jiān)測水平，保障了設備的健康運行。其技術指標如下：監(jiān)測參數測量范圍備 注溫度范圍-55125溫度精度±0.5（-20+80）溫度分辨率0.0625溫度測量周期約75s供電AA3.6V鋰電池射頻標準IEEE802.15.4裝置顯示方式液晶動態(tài)顯示通訊接口RS485波特率：2400bps當發(fā)生超溫時，儀器發(fā)出報警指示，溫度傳感器

13、被安裝到開關柜內的帶電觸頭上，監(jiān)測儀主機的數字面板表顯示出每個帶電觸頭的溫度值，并可將溫度值通過通訊接口傳到上位計算機作進一步處理，實現開關柜溫度的集中監(jiān)測，同時將采集到的重要的數據準實時的傳送給開關柜溫濕度數據處理子系統(tǒng)，并以web的形式發(fā)布方便工作人員對每一級的情況進行掌控，供企業(yè)內部參考使用。該子系統(tǒng)具有： 將采集到的溫濕度數據按所屬變電站、開關柜進行分別顯示準實時溫濕度數據和最高溫濕度數據的功能,也可查詢某個時間段的歷史數據。 設有溫濕度報警閥值。若采集到的溫濕度數據高于此報警閥值，則在客戶端發(fā)出報警，提示工作人員采取必要措施。五、狀態(tài)監(jiān)測綜合系統(tǒng)系統(tǒng)主要功能實現上述四個子系統(tǒng)的監(jiān)測功

14、能，并把四個子系統(tǒng)的數據進行綜合橫向分析，完成對設備的在線監(jiān)測分析。針對各類信息和數據，系統(tǒng)實現相關的查詢和統(tǒng)計，并實現相關業(yè)務報表的生成主要包括：(1)綜合信息查詢；(2)各類信息統(tǒng)計；(3)業(yè)務報表生成；(4)報表數據庫管理。系統(tǒng)管理員可對系統(tǒng)進行日常的維護和管理，并為不同的使用者分配不同的權限，保證系統(tǒng)數據的安全操作和處理。從功能模塊來看，各個子系統(tǒng)既可以單獨工作，又能夠密切配合，無縫鏈接成一個完整的變電站在線監(jiān)測綜合與數據庫管理系統(tǒng)，從一定程度上解決了在線監(jiān)測“信息孤島”的弊端，為所有在線監(jiān)測系統(tǒng)提供了一個智能化的監(jiān)測平臺，實現了對監(jiān)測數據的智能化管理，有效提高了監(jiān)測人員分析、判斷能力。這對于提高在線檢測技術應用水平、推進在線監(jiān)測數據標準化，具有長遠的技術價值和廣泛的應用前景。結束語以上是對蘇正220kV智能化變電站的在線監(jiān)測系統(tǒng)的介紹。當然在線監(jiān)測是一個系統(tǒng)工程,要真正實現全部監(jiān)測、智能分析的功能,還有許多技術