220kV变电站一次设备状态监测技术研究

郭思东

摘要：社会经济发展使得人们对电能质量要求越来越高。220kV变电站一次设备主要由变压器、断路器、避雷器、互感器、母线等部分组成，其发生故障对提供可靠性带来严重的威胁。文章通过对其状态监测技术进行探讨，提高变电站故障分析、诊断、预警和处理的能力，从而提高供电可靠性。

关键词：变电站；一次设备；在线监测

0引言

随着电力工业的发展，国内变电站智能化建设迅速推进，变电站一次设备状态监测与综合故障诊断成为变电站建设与运行的研究重点。传统的变电站单项监测系统在种类控制、信息传输、数据模型的统一、数据共享、生产实用等方面存在较大的问题，不利于设备状态检修自动化进程。因此，应用设备状态监测技术、先进传感器技术、嵌入式计算机技术、现代通信技术和设备故障诊断技术构建先进的监测系统，做到信息共享，准确、实时的数据分析，对变压器、断路器、避雷器等一次设备进行分析、评估、预报、诊断，及时提出排除故障建议，为一线电力工程人员提供及时、准确的参考信息。

1 变电站一次主设备状态监测系统架构

220kV变电站一次设备状态监测和故障诊断系统架构包括监控信息一体化平台（Linux）、在线检测模块（变压器智能组件、断路器智能组件、避雷器智能组件）、Windows、接口程序、实时/历史数据库等。系统基于信息一体化、功能集成化、设备组件化、状态检修自动化的设计思路，将系统分为设备层和站控层，设备层负责设备信息收集和预判断，包括变压器、断路器、避雷器等一次设备的智能组件，采用主智能电子设备（IED）、子智能电子设备模块设备，独立运行；站控层负责将监测数据与评价结果写入实时/历史数据库存，并在一体化平台实时展示诊断结果，为用户提供快捷、高效的数据信息，具有数据容量大、存放统一、易于维护管理等优点。

2变压器铁芯在线监测

变压器铁芯接地电流监测单元是基于数字信号处理技术、计算机技术、精密传感器技术，采用高灵敏度电流传感器，剔除杂波干扰信号，运用自动原理实现泄漏电流的就地式在线监测，得到实际接地泄漏电流信息，在状态监测系统的配合下对铁芯的绝缘健康状态进行分析，判断和预测，为变压器的完整性提供了现场保证。系统分为传感器和监测终端构成数据采集、测量、计算单元的两大部分，监测终端保持各自独立性，不会对其他终端运行构成影响。终端数据上传到智能汇控柜内IED进行分析处理保存，并通过光纤通讯环网汇总全站设备状态监测服务器，用户想了解全站设备的运行状态，只需要通过MIS岗访问即可。

铁芯接地电流传感器有五大特点：一是对现场恶劣的电磁环境有充分的充分的考虑，并且有全面的抑止措施，例如电缆及变压器外壳的屏蔽措施相当完善、采用多重滤波技术、系统单点接地等等方式，保证系统的EMC特性得到极大的增强；二是对变压器接地泄漏电流进行实时监测，在不改变原有的电力设备接地模式、接线而进行系统安装，确保监测系统与电气系统之间不存在电的联系，仅有磁的联系，不用担心对一次系统造成任何的干扰和影响；三是可以对变压器铁芯、夹件的泄漏电流变化进行自动跟踪，并对其趋势进行分析；四是传感器的磁芯使用新型磁性材料，性能优异，电流相移的变化和传输比都小于万分之五，而且稳定性好，软磁特性和磁化网线不会因长时间运行而发生变化；五是带有超限报警功能。

3断路器状态监测

断路器智能组件主要实现对断路器动作特性和SF6微水和密度监测，断路器整体组件由断路器本体、断路器智能组件、信息一体化平台构成。断路器本体包括SF6微水和密度传感器、电流传感器、行程传感器；断路器智能组件包括站控层通信网络、主IED、过程层通信网络、冷却装置监测IED。断路器监测智能组件采样同步技术对开断电流、分/合闸线圈采集信号，并通过录波分析完成对断路器机械特性状态监测以及电寿命评估。以SF6气体泄漏评估为例，当断路器SF6发生泄漏时，智能组件立即对由于漏气引起的密度和压力变化作出指标，并发出预警信息。断路器SF6气体泄漏故障的诊断通常是采用相对泄漏率比较法和阈值比较法。相对泄漏率比较法是比较相邻两只传感器压力差的相对变化率来判断是否存在SF6气体泄漏，当这个变化率大于设定值时，即可判断SF6出现泄漏了；阈值比较法是通过监测SF6气体压力与设定值进行比较，当监测到的SF6气体压力小于设定值，则判断SF6气体出现泄漏。断路器的动作特性监测IED根据采用的三比值对断路器运行状况进行评估，并通过过程层网络向主IED报告诊断和评估结果。

4避雷器状态监测

避雷器状态检测组件由避雷器本体、避雷器智能组件、信息一体化平台构成。避雷器本体主要由多个现场监测传感器组成，再通过2.4GHZ无线网络与避雷器智能组件连接；避雷器智能组件包括站控层通信网络、主IED、过程层通信网络、冷却装置监测IED，通过多模光纤与信息一体化平台连接。避雷器智能组件监测原理是基于基波法测量泄漏电流和阻性电流，从而实现对避雷器绝缘状况的监测。基波法主要是应用模拟滤波技术和数字滤波技术，在采集到的避雷器末屏泄漏总电流中获得基波分量，再根据阻性电流判断避雷器的绝缘状况。监测单元接收集采命令后，采用GPS授时时钟对系统频率进行实时采样，并将结果通过无线网络传输到避雷器监测智能处理器，再由其根据阻性电流、容性电流、泄漏电流的计算结果作出诊断，预警预警，从而实现状态监测的目的。

5结论

220kV变电站一次设备状态监测系统是一个综合的系统设计方案，各部分在实现方案和评估分析都有独特的特点。变电站在进行智能改造时，一定要注意整体功能的实现。同时智能变电站可优化变电站一次设备资源和抵御各种事故风险方面作用突出，但相关技术还需要进一步探讨。

参考文献：

[1]宋延.基于ZigBee的变电站一次设备状态监测系统[D].安徽理工大学,2014.

[2]张金江.基于多智能体技术的变电站设备信息集成研究[D].浙江大学,2009.

[3]陈安伟.智能变电站一次主设备在线监测系统工程实现[J].电力系统自动化,2012(03).endprint