变电站设备在线监测

变电站设备在线监测

刘顶印

刘顶印

华北电力大学北京102206

摘要：在无人变电站、少人化的趋势下，为了电力设备安全高效而又快捷的正常运转，电气设备的在线监测的重要性越发显现出来。本文通过对电气设备在线监测的发展状况和原理的介绍，来探讨变电站电气设备状态在线的发展与应用。

关键词：电气设备；原理；状态监测；发展现状

近年来，由于国内外一些尖端技术如传感技术的发展、红外线技术和计算机信息技术的日益成熟，在智能化理论如神经网络和专家系统的基础上，组成了更高层次的电气设备在线监测系统，使系统向着智能化的方向发展，使设备的故障率进一步降低。变电站是输配电系统中的重要环节，对变电站中各类电气设备实现在线监测，学习利用国内外的各种先进监测方法和装置，对提高变电站中各主电气设备的运行可靠性，减小设备的运行维护成本，延长设备的使用寿命，减小事故发生率，有着重要意义。变电站主电气设备包括：变压器、避雷器、高压断路器、容性设备。

1、变电电气设备状态检测的优点与现状

1.1对变电设备进行在线监测，它有如下优点：

(1)能适时检测出缺陷，预防设备事故发生，提高运行的安全可靠性；

(2)可以增强检修的针对性，提高检修的质量和效率，节省大量的人力物力；

(3)试验不需停电，试验电压采用设备的实际运行电压；

(4)及早发现设备内部存在的潜伏性缺陷，并掌握缺陷的发展情况；

(5)绝缘油在线气体色谱监测装置能解决常规色谱试验的分析环节多、操作繁琐、试验周期长等弊病，减少人为误差，同时还能监视类似匝间绝缘等缺陷而引起的突发性故障。

在在线监测技术方面，目前应用较多的主要集中在变电设备，而输电线路和电缆也逐步出现一些应用。对于变电设备，变压器和电抗器采用的在线监测技术主要包括：油色谱、局放、铁心接地电流、套管绝缘、顶层油温和绕组热点温度;CT、CVT、耦合电容等容性设备主要是对其电容量和介损进行监测;避雷器主要监测其泄漏电流;而断路器、GIS等开关设备主要在线监测技术包括开关机械特性、GIS局放、SF6气体泄漏及SF6微水、密度。其中应用比较成熟有效的：变压器油色谱在线监测、容性设备和避雷器在线监测。对于输电线路，目前主要应用的在线监测方法主要有雷电监测、绝缘子污秽度、杆塔倾斜、导线弧垂等监测技术，但是比较成熟的主要是雷电监测和绝缘子污秽监测。

目前在我国运行的变电站电气设备在线监测装置大体可分为两大类，集中式微机在线监测系统和分散式在线监测系统。前者是将被测信号通过电缆引入设在中央控制室的微机在线监测屏，进行集中监测，并迅速完成对监测数据的处理和分析。其突出优点是，可以对所有被测设备实施定时或巡回自动监测，运行方式灵活、易于扩展、监测容量大、便于建立专家诊断系统，实现发电、变电站的综合自动化。后者则是利用专用的测试仪器，从固定安装在电气设备附近的专用传感器上取得信号，就地进行测量。其优点是结构简单，价格较低，易于更新，便于推广；缺点是测试工作仍需人工操作，不能纳入发电厂和变电站的整个自动化系统。

2、变电电气设备状态检测的基本原理与检测项目

2.1.基本原理

在线监测技术基本原理可简述如下：绝缘的劣化、缺陷的发展虽然具有统计性，发展的速度也有快慢，但大多具有一定的发展期和各种前期征兆，表现为设备的电气、物理、化学等特性有少量渐进的变化。及时取得各种即使是很微弱的信息进行处理和综合分析后，根据其值的大小及变化趋势，可对设备的可靠性随时做出判断和对剩余寿命做出预测，从而能及早发现潜伏的故障，必要时可提供预警或规定的操作。在线监测技术的特点是可以对电力设备在运行状态下进行连续或随时监测与判断。

2.2变电电气设备状态检测的检测项目

由于电气设备种类繁多，结构各异，其在线监测项目各有不同。根据传感器的特性和不同设备的特点，目前我国电气设备在线监测的主要项目如下各设备类型及其量测量主要包括：

变压器油色谱与微水：H2、CO、CO2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6、TCG、H20

变压器铁芯：铁芯电流

变压器套管：泄漏电流、介损、电容量

变压器局放：放电量、放电相位、放电次数

容性设备（CT、CVT、OY）：泄漏电流、介损、电容量

氧化锌避雷器（MOA）：泄漏电流、阻性电流、容性电流、动作次数、动作时间

断路器：传动机构和储能电机的分合闸线圈电流、振动、行程、速度、辅助接点动作

GIS局放：放电量、放电相位、放电次数

SF6微水密度：气体密度、微水（露点）、气体温度

蓄电池：电压、电流、平均电压、组端电流、温度

由于不同电气设备的在线监测项目不同，因此要求采用各种不同形式的传感器，将被测信号（电信号和非电量）抽取出来，转换成监测装置可以检测的信号，并通过电缆送入监测装置。现代的监测装置大多采用数字化测量或微机处理系统，因此要求对被测信号进行A/D转换，一般是通过数字滤波采集装置来完成。当然，为了提高系统的抗干扰性能，对输入输出信号往往还要采用光电耦合器进行隔离，有的甚至采用光纤传输进行光电隔离。

3、变电站在线监测的发展

变电站在线监测的发展方向主要有以下几个方面：

1、在硬件上设备选择上，主要选择一些受外界干扰较小，对其他设备没有影响的器件。

2、软件设计上，结合先进的专家选择、智能理论、等其它先进技术进行设计开发。

3、在监测的范围方面，从原来的监测单一设备，发展到对多台设备，甚至一个小系统的全面监测上来。利用先进的网络技术，可以进行远程的在线监测和控制。并且利用网络的优势进行跟踪、控制。变电站在线监测技术将向着更加准确、及时、全面的方向发展，使变电站主电气设备工作更加安全可靠。而且随着科技的发展，大量的前沿技术将使用到变电站在线监测的各个方面。

4、在线检测技术在智能电网中的应用

智能电网对状态信息的获取范围将与传统电网发生很大的变化。未来智能电网的状态信息不仅包括电网装备的状态信息，如：发电及输变电设备的健康状态、经济运行曲线等;还应有电网运行的实时信息，如：机组运行工况、电网运行工况、潮流信息等;还应有自然物理信息，如：地理信息、气息信息等。

传统电网的信息获取及利用水平较低，且难以构成系统级的综合业务应用。智能电网将通信技术、计算机技术、传感测量技术、控制技术等诸多先进技术和原有的电网设施进行高度融合与集成，与传统电网相比，智能电网进一步拓展了对电网的全景实时信息的获取能力，通过安全、可靠、通常的通信通道，可以实现生产全过程中系统各种实时信息的获取、整合、分析、重组和共享。通过加强对电网实时、动态状态信息的分析、诊断和优化，可以为电网运行和管理人员提供更为全面、精细的电网运行状态展现，并给出相应的控制方案、备用预案及辅助决策策略，最大程度的实现电网运行的安全可靠、经济、环保。智能电网状态检修将不仅仅局限于电网装备的状态检修，势必延伸出更多的复合型高级应用。

与传统电网相比，智能电网将进一步拓展对电网全景信息的获取能力，比如通过在线监测技术能够获得更精确的高压设备的实时状态数据，应用专家分析诊断系统，可准确估测设备运行的状态，预测故障，优化系统运行方式，提高系统的安全稳定性，中国自开始研究智能电网以来，十分重视在线监测技术在未来智能电网中的应用。先后与国内主要高压设备制造商、设备在线监控技术供应商和高等院校进行了交流，在多年从事高压设备检测和诊断技术的基础上，对在线监测技术在智能电网中的作用进行了更加清晰的分析和定位。认为在线监测技术可以实现智能电网中高压设备状态的可视化和自动化，为智能电网提供了最基础的功能支撑。

结论

在未来智能电网的在线检测中，势必要提高信息采集的准确性，加强采集信息的可靠性和准确性验证手段，通过远程、现场校验和校准技术，提高监测信息的可用度。同时，智能电网状态检测的信息处理，必须针对不同应用需求，分层分布处理。智能电网在线检测的应用范围，将不再局限于状态检修，全寿命周期管理等，将会扩大到对安全运行、优化调度、经济运营、优质服务等领域。

总之，未来智能电网的状态检测技术将远远超出传统电网状态检测的范畴，检测范围将大幅扩展、全方位覆盖，且将为电网运行、综合管理等提供外延的应用支撑，而不仅局限于电网装备的监测变电站电气设备的在线监测是集高电压技术、测试技术、材料技术、计算机技术和通讯技术为一体的综合性科学技术。它也是变电站综合自动化技术中必不可少的重要组成部分。随着对变电站电气设备在线监测技术的认识和经验的增加，变电站设备状态维修的逐渐普及，作为电力系统安全运行的必不可少的监测系统，它将发挥越来越重要的作用。

参考文献：

[1]严璋．电气绝缘在线监测技术[M]北京：中国电力出版社

[2]孙才新．输变电设备状态在线监测与诊断技术现状和前景[J]．中国电力，2005，38(2)：1—6．

[3]郭忠琅．变电设备在线监测技术的应用[J]．福建电力与电工，2003，23(4)：25—27．

[4]徐大可，张元林，王文胜．变电站电气设备在线监测综述[J]．电力自动化设备，2001，21(9)：54-57

[5]胡文平，尹项根，张哲．电气设备在线监测技术的研究与发展，华北电力技术，2003，2：23-26

[6]刘骥，黄国方，徐石明.智能电网状态监测的发展[J].电力建设，2009，30(7)：1-3.

作者简介：作者简介：刘顶印（1982-），男，工程师，华北电力大学工程硕士，研究方向：智能技术与输配电网自动化