变电站自动监控系统的应用研究

钮凯 吴建伦 孟龙

摘要：变电站是利用电流互感原理来实现变压，用于满足不同情况下的供电需求，是供电网络的核心。其工作的稳定性和可靠性直接决定了供电设备的稳定运行。变电站在工作过程中需要承受极大的电压和变压冲击，因此各类电器元件的工作稳定性较低，易产生损坏，严重影响供电安全性。目前主要依靠人工定期巡查的方式对变电站的运行状态进行维护和调整，其效率低下、维护及时性差，一旦出现故障需要对变电站进行全面排查，耗时长，给用电企业造成严重的损失。

关键词：变电站;自动监控系统;应用研究

一、变电站自动监控系统

根据变电站的组成及自动控制需求，本文所提出的变电站自动监控系统主要包括远程控制单元、本地控制中心及自动监控单元，系统采用了模块化的设计结构，便于进行扩展和控制，能够实现对变电站核心部件运行状态的实时监测，提高系统运行的稳定性，其整体结构。

该系统的远程控制单元和本地控制中心之间采用光纤连接，可确保数据信息传输的稳定性和数据量。通过远程控制中心下达调节控制指令，实现对变电站相应设备运行状态的远程调控，确保紧急情况下的运行安全。

本地控制中心主要是对自动监测单元的监测数据信息进行分析和处理，及时识别出异常信息并报警，同时接受远程控制中心的调节指令，直接控制各设备运行状态的调整。自动监控单元主要分为变压器监控、容性仪监控、避雷器监控、开关仪监控四个部分，分别对相应的设备运行状态进行监控，确保设备的运行安全性。系统内的数据传递采用工业以太网，能够满足大容量数据快速传输的需求，同时具有较强的抗干扰能力。

在监控系统中广泛地采用了ZigBee协调器节点，将各个监控子单元的监控信息传输到协调节点内，经过数据分析处理后将数据通过RS232数据通信接口传递给本地监测中心，将相关信息显示在本地监测中心内，本地监测中心一方面能够进行数据的存储，另一方面能够满足远程控制信息的转换需求，确保监控系统的稳定运行。

二、变压器运行状态监测

变压器是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，是变电站的核心设备。变压器的故障类型主要包括接地短路、相间短路、过电流等，经过对变压器故障机理的分析发现，90%以上的故障发生时变压器内部均会产生局部放电的现象，因此对变压器运行状态的监测采用了特高频监测法。在监测的过程中将变压器的绕组分别进行中性点接地，利用电流监测方法对变压器局部放电量进行监控，获取具体的放电值和放电位置。

由于发生故障时的放电量较小，而且变压器内部会产生大量的干扰电流，因此为了确保监测的准确性，采用了分段微电流监测的方法。数据采集仪将对局部放电电流的采集频率进行调整，每个采集周期设置为300ms，在本时间段内获取的最大采集电流均默认为该区间的最大放电电流，同时系统对电流值进行数字化放大处理，确保在杂波干扰下的监测精确性。根据实际监测结果分析，该监测方案能够实现对0.01μA电流值的监测，完全满足变压器在故障状态下放电电流的精确监测需求。

三、GIS运行状态监测

GIS（气体绝缘金属封闭开关）是变电站的重要组成部分之一，其运行的安全性直接决定了变电站能否正常工作。由于采用了全封闭结构，因此传统监测方案中均未对GIS的运行状态进行监测。经过对GIS运行情况的监测，发现GIS在发生故障前均会产生局部放电现象，而且会持续较长的时间，而GIS故障发生的最主要因素是内部水分超标。但由于变电站在工作的过程中存在大量干扰，因此利用电压互感的方式进行GIS故障电流监测的方式无法满足监控需求。

该运行状态监测系统采用了水分监测和局部放电监测相结合的方式[4]，避免了单一监测方案存在的误报警情况。对GIS内部水分的监测采用了内置式的露点变送器、压力传感器和温度传感器，通过对以上三种数据的监测，判断出内部水分的含量，并通过数字量转换后传输到控制中心。对局部放电电流的监测，则采用了超高频天线对绝缘子产生的电磁脉冲量，通过信号滤波处理后进行数字量转换并传递到控制中心。控制中心通过对水分和局部放电电流的综合评估来确定GIS设备的运行状态，从而有效确保变电站的运行安全性。

四、容性装置运行状态监测

变电站的容性装置主要包括电压互感器及一些含有套管的高压设备，这些容性设备是整个变电站的重要组成部分，其数量多、分布广泛，也极易出现故障，而且当变电站出现运行故障时会导致容性装置的容性电流发生显著变化。通常情况下，由于容性装置分布较广，因此难以进行全面的监控。通过对变电站容性装置运行情况的分析，本文提出了一种采用对泄漏电流、耦合电容变化情况等进行监测来判断变电站全局运行状态的方法。

五、应用情况分析

对变电站进行智能化改造，增加自动监控系统，对变电站的运行状态进行实时监测。统计表明，采用新的自动监控系统后，能够自动地对变电站的运行状态进行监测，当变电站出现异常数据时系统自动进行报警和修正，若超过一定时间系统未修正完成则系统开启报警，同时显示异常位置，帮助维修人员进行快速定位;自应用以来，变电站运行故障率降低72%以上、故障处理时间降低了89.3%，顯著地提升了变电站的运行稳定性和安全性。

结束语

综上所述，目前针对变电站运行状态监测采用人工巡查效率低、维护及时性差、运行故障率高的难题，提出了一种新的变电站自动监控系统。该系统采用了功能模块化监控的方案，实现了对变电站运行过程的智能监测、自动报警及总体控制。实际应用表明，该变电站自动监控系统能够将变电站运行故障率降低72%以上、故障处理时间降低89.3%，显著提升了变电站运行的稳定性和安全性。

参考文献

[1]冯婧.变电站自动监控系统的应用研究[J].电力设备管理，2021（02）：171-173.

[2]狄鑫.自动监控系统在矿区变电站中的应用[J].机电工程技术，2020，49（07）：135-136.

[3]燕刚，杨亚丽，刘华，茹东武，侯俊飞，魏芳.智能变电站监控系统雪崩自动测试系统的开发及应用[J].电力系统保护与控制，2019，47（18）：182-187.