浙江电网变电设备在线监测装置应用分析

胡锡幸，马 涛，王文浩

（1.杭州市电力局，杭州 310009；2.浙江省电力公司电力科学研究院，杭州 310014）

1 浙江电网在线监测装置的现状及问题

在线监测[1-2]是指在设备不停电的情况下，对设备状况连续或定时进行的各类检测。在线监测一般利用传感技术和微电子技术对运行中的设备进行监测，获取反映运行设备的状态和发展趋势的各种物理量，并对其进行分析处理，预测运行状况，必要时提供报警和故障诊断信息，避免因故障的进一步扩大而导致事故的发生。

截至2012年底，浙江全省已实现在线监测标准化安装和数据接入的变电站共601座，其中500kV变电站32座，220kV变电站248座，110kV变电站321座，实现220kV及以上电网设备全覆盖。共涉及变压器/电抗器监测点992个，电容性设备监测点26个，金属氧化物避雷器监测点172个，断路器/GIS监测点675个。具体比例见图1。

图1 各类变电设备在线监测装置比例分布

截至2012年底，通过安装变电设备在线监测装置累计发现缺陷次数合计8次，其中油色谱在线监测发现主设备缺陷4次，其他在线监测装置发现电气连接点发热4次。安装在线监测装置能及时发现设备故障，大大提升供电可靠性。

但是目前在线监测装置也存在如下问题。

（1）设备配置原则缺乏统一标准。目前在线监测装置如果大面积铺开应用，必然影响整个电网的经济性。为了实现供电可靠性和电网经济性的有效统一，必须研究装置的配置原则，明确哪些设备应优先安装在线监测装置。

（2）在线监测装置种类繁多，质量良莠不齐，部分装置投运后存在运行不稳定、数据波动异常等诸多问题，必须开展各类在线监测装置的成熟度和有效性分析。

（3）为了进一步发挥在线监测装置的作用，必须确认装置的阈值设置原则，从而使装置数据能更好的应用于设备状态分析。

目前，对电网供电可靠性影响较大的设备主要包括重点设备、存在可疑缺陷的设备、老旧设备、新入网设备，如图2所示。

图2 在线监测装置优先配置的设备

在线监测装置的配置应满足重点设备、存在可疑缺陷的设备、新入网设备、老旧设备优先的原则，兼顾地域特征分层次有步骤地实施，从而实现供电可靠性和电网经济性的有效统一。

2 装置成熟度和有效性分析

2.1 变压器在线监测

变压器在线监测主要涉及油色谱在线监测、局放在线监测[3-4]、铁芯接地电流在线监测、套管在线监测等。

油色谱在线监测在国内已经有许多成功的应用经验，技术趋于成熟。油色谱在线监测通过油中溶解微量气体的变化，能及时反映变压器内部局部过热、火花放电、电弧放电等危害变压器安全运行的缺陷。

局部放电在线监测比油色谱监测能更及时准确地反映变压器内部的放电情况，在线监测方法有脉冲电流法、超高频法（内置、外置）、超声法等。脉冲电流法抗干扰能力较差但能直接测出局部放电量的大小，内置天线的超高频法具有良好的抗干扰性能，但无法标定放电量的大小。超声法亦存在放电量无法定标，现场干扰较大的问题。目前局放在线监测装置的性能差别较大，该项技术正处于完善过程中。

铁芯接地电流在线监测能及时发现铁芯及夹件多点接地，有效防止局部过热。该项技术相对成熟，不存在技术障碍。

套管在线监测技术的成熟度和有效性可参见容性设备在线监测，由于套管在线监测装置安装位置过高，安装过程以及日后的传感器运行维护都必须结合停电进行。

2.2 断路器在线监测

断路器在线监测主要涉及电寿命监测、操作机构监测以及SF6气体密度、微水的监测。

断路器的每次开断都会对触头产生一定程度的损伤，因此断路器的触头电磨损（又称电寿命）是断路器性能的重要指标。通过监测累计开断电流，能在一定程度上评估触头开断短路电流后的烧蚀、磨损情况。

通过对断路器操作机构中的分、合闸线圈与储能电机电流进行监测，能够及时判断运行机构有无卡涩、脱扣及机械负载变动情况，目前该项技术已相对成熟。

目前SF6断路器的密度、微水在线监测技术较不成熟，且存在一定的漏气风险。

2.3 GIS在线监测

GIS的电寿命、操作机构以及SF6气体密度、微水的在线监测参考断路器部分，除此之外，GIS还增加了局部放电在线监测。

GIS局部放电在线监测主要涉及特高频法和超声波法。基于特高频的局部放电测量，可有效反映GIS内部的绝缘缺陷及异物，目前该技术尚处于完善过程中。基于超声波的局部放电测量，易受基础振动的影响，适用于GIS设备的带电检测。

2.4 容性设备在线监测

容性设备在线监测有20多年的研究历史[5-6]，一直是国内外研究的重点课题，容性设备在线监测量如“泄漏电流”、“介损”和“电容量”的测量存在末屏信号安全提取问题，且由于泄漏电流和介损数值较小，容易受温度、湿度的影响。基于三相不平衡电流或三相不平衡电压的容性设备在线监测装置由于受温度、湿度的影响较小，监测结果也相对较好。

2.5 避雷器在线监测

避雷器在线监测主要涉及泄漏电流全电流和阻性电流。目前随着高精度小电流传感器技术、无线传输技术的发展，避雷器在线监测测量精度、数据稳定性、工作的可靠性都有了很大的提高，但是目前避雷器在线监测装置亦存在阻性分量测量精度低、电池容量小等问题。

3 在线监测的阈值分析

为了使在线监测数据能更好地应用于设备状态分析，必须开展相应的阈值确认工作。下面以变压器油色谱在线监测装置为例，确定各气体组分的阈值原则。该阈值设置原则已经在500kV瓶窑变2号主变压器（简称主变）上得到应用。

变压器油色谱在线监测装置监测量包括H2，C2H2，CH4，C2H4，C2H6和 CO。各监测量的阈值设置采用绝对值和增量相结合的方式，通过阈值设置，设备状态可以分为正常、注意和报警3部分。

3.1 H2阈值设置

（1）H2含量在 0～150 μL/L（不含 150 μL/L）之间，设备处于正常状态；

（2）H2含量在 150～300 μL/L（不含 300 μL/L）之间且变化量（当前测量值与上次测量值之差）不大于10 μL/L时，设备处于注意状态；

（3）H2含量大于 300 μL/L（含 300 μL/L）或者H2含量在 150～300 μL/L（不含 300 μL/L）之间但是变化量大于10 μL/L时，设备处于报警状态。

3.2 C2H2阈值设置

（1）C2H2含量在 0～0.5 μL/L（不含 0.5 μL/L）之间，设备处于正常状态；

（2）C2H2含量在 0.5～1 μL/L（不含 1 μL/L）之间，或者 C2H2大于 1 μL/L（含 1 μL/L）且变化量小于0.3 μL/L时，设备处于注意状态；

（3）C2H2含量大于 1 μL/L（含 1 μL/L）且变化量大于 0.3 μL/L（含 0.3 μL/L）时，设备处于报警状态。

3.3 总烃阈值设置

油色谱在线监测装置的总烃含量为C2H2，CH4，C2H4，C2H6这4种气体含量的叠加，其阈值设置原则如下：

（1）总烃含量在 0～150 μL/L（不含 150 μL/L）之间，设备处于正常状态；

（2）总烃含量在 150～300 μL/L（不含 300 μL/L）之间且变化量小于2 μL/L时，设备处于注意状态；

（3）总烃含量大于 300 μL/L（含 300 μL/L），或者总烃含量在 150～300 μL/L（不含 300 μL/L）之间但是变化量大于 2 μL/L（含 2 μL/L）时，设备处于报警状态；

（4）CH4，C2H4，C2H6的阈值设置参考总烃。

3.4 CO阈值设置

（1）CO 含量在 0～2000 μL/L（不含 2000 μL/L）之间，设备处于正常状态；

（2）CO 含量在 2000～10000 μL/L（不含 10000 μL/L）之间，设备处于注意状态；

（3）CO 含量大于 10000 μL/L（含 10000 μL/L）时，设备处于报警状态。

4 油色谱在线监测装置应用实例

4.1 实例1

某500kV变电站2号主变B相为保定天威保变电气股份有限公司生产，型号为ODFPSZ-250000/500，1992年6月投运，于2012年10月11日安装油色谱在线监测装置。图3是主变在线监测装置近2个月的H2和总烃数据曲线，从图3可以看到，在线监测数据相对较稳定。

图3 近2个月的油色谱在线监测数据曲线

图4是主变油中溶解气体在线监测装置2012年12月24日上传的油色谱数据，其中H2为 6.81 μL/L，C2H2为 0 μL/L，总烃为 23.78 μL/L，CO为71.03 μL/L，根据在线监测阈值分析，主变处于正常状态，与现场实际吻合。

图4500kV某变2号主变阈值分析结果

4.2 实例2

某220kV变电站2号主变为特变电工沈阳变压器集团有限公司生产，型号为OSS9-150000/220，投运日期为2006年7月。该台主变油色谱在线监测装置于2012年2月6日测得C2H4含量为 130.79 μL/L，且变化量大于 2 μL/L，达到报警状态。对应的总烃含量为245.34 μL/L，且变化量大于2 μL/L，达到报警状态，而其他监测量均处于正常状态。2月7日总烃和C2H4数值都有所下降，但仍然处于注意状态，具体如图5所示。

图5 C2H4和总烃数据曲线

油色谱在线监测装置监测到设备报警后，于2012年2月23日进行主变油色谱离线试验，总烃含量达到172.05 μL/L，与在线监测数据基本吻合。目前该主变已经更换，等待解体结果。

5 结论

通过分析浙江电网变电设备在线监测若干问题，可以得出如下几点结论：

（1）油色谱在线监测装置阈值的设置宜采用绝对值和增量相结合的方式，该方法能有效发现变压器潜在故障，大大提高检修针对性；

（2）在线监测装置的配置应优先满足重点设备优先、存在可疑缺陷的设备优先、新入网设备优先、老旧设备优先的原则兼顾地域特征分层次有步骤的实施；

（3）部分在线监测装置如变压器局部放电在线监测装置、SF6断路器的密度和微水在线监测装置的技术水平有待进一步提升。

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