智能变电站一次设备在线监测系统的研究

摘要:在新形势下要保证电网系统的安全性与可靠性运行，必须要做好变电站一次设备的在线监测工作，在智能化变电站不断发展的今天，各种一次设备的健康状况以及运行状态对整个电力系统的安全性有直接的影响，通过在线监测实现对一次设备各种运行数据的实时管理与分析提高电网运行的安全性与可靠性，为电力企业的发展与进步打下良好的基础。

引言

电力工业将来的发展方向是智能电网，在智能电网规划的推动下，智能变电站将成为新建变电站的主流。根据智能变电站技术导则，智能变电站是采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，并根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能的变电站。这就对原有变电站状态监测系统提出了更高的要求，需要更加可靠、高效的实时监测系统来实现智能变电站设备在线监测。

1.在线监测系统结构

按照国家电网公司所发布的智能化和在线监测规范要求，目前智能变电站在线监测系统层次结构，系统按照装置(IED)分为4层包括站端监测单元、主IED、子IED和传感器(或监测装置)。站端监测单元是全站的后台负责变电站的监视和管理:主IED按监测设备类型配置，子IED负责部分监测数据的采集及转发;或与传感器一体的监测装置，直接与被检测一次设备连接。

2.智能变电站一次设备在线监测系统的工作过程

状态监测系统的工作过程是，各类传感器对不同电力功能的元件的状态信息进行实时采集，并点对点传输到现场采集单元，通常在变电站的监测现场会安装有现场采集单元，通过现场总线来实现和监测中心服务器的自动化与实时的通信，并把相关状态参数上传到系统中。其中监测中心对各个监测单元进行有效的管理与控制，同时还负责各种状态监测数据的采集以及存储工作以此来对站内的各个电力功能元件运行状态实施必要的诊断以及分析还要和相关的数据实施融合，从而建立起运行和检修管理的数据库，通过IEC61850协议来实现和监控后台的通信，然后给运行工作热暖提供各个电力功能元件的状态信息以及对可能出现的各种故障进行预警。对系统进行整合之后，全站的状态监测系统实际上就是一个数据库，该数据库可以反映出全局的状态信息，同样也是一个设备的状态信号的发布平台，还能够实现对设备运行、检修维护以及故障诊断等的咨询与管理。这不仅可以综合化平台上的各种数据得到充分的利用，同时还可以为变电站提供自动化的系统，其中自动化的系统报表不但包括保护动作与开关开合之类，同时还包括电力设备的各种状态信息，可以为变电站的各种设备的实时状态预警分析工作提供有效的支撑。

3.在线监测项目

3.1容性设备绝缘、氧化锌避雷器在线监测

容性设备绝缘在线监测系统通过监测110kV及以上变电站内电气一次设备(如电流互感器、电压互感器、变压器套管、变压器铁芯、耦合电容器及CVT等高压设备)的末屏泄漏电流，经分析计算后得到设备运行状态下的等值电容及其变化率、介质损耗。

系统分两个部分，即由传感器和监测终端构成数据采集、测量和计算单元。任一个监测终端出现问题都不会影响其它终端的运行然后终端将数据上传至服务器进行分析处理保存，最后接入MIS网。

氧化锌避雷器在线监测系统通过利用基波法测量110kV及以上变电站内氧化锌避雷器的泄漏电流和阻性电流来实现动态监测避雷器的工作状况。基波法是采用数字滤波技术及模拟滤波技术从采集到的避雷器末屏泄漏总电流中找出阻性电流的基波部分，并根据阻性电流来判断避雷器的绝缘状况。该方法可以有效地抑制电网的谐波干扰，真实反应实际情况。

开断故障电流和开断负荷电流监测

3.2断路器动作特性在线监测

断路器动作特性在线监测系统采用专用的霍尔电流互感器采集断路器的分、合闸线圈、储能电机等运行过程中的波形和数据以及综合电流互感器二次传感采集的电流波形、数据，通过断路器在线监测终端将采集数据进行综合计算、分析，通过RS485总线远传进入后台状态监测软件用户可以方便地查勘监测软件监测的分、合线圈的动作波形、储能电机的工作状态以及软件对断路器工作工况的评估和分析结果。

（1）断路器动作时间、速度监测

断路器分、合线圈是控制断路器动作的关键元件，应用霍尔电流互感器可方便地监测多种信息的分、合闸电流波形。从而分析断路器分合闸的动作时间，通过预知的断路器行程从而计算断路器分、合闸速度。

（2）储能电机工作工况监测

储能电机的监测数据主要包括储能电机的日储能次数、单次储能时间长短。如果储能周期缩短，单次储能时间变长，则说明储能系统已出现了问题，如油路或气路发生泄露、储能电机出力不够、管道不畅等。如油泵打压频度增加或弹簧储能不到位等来预告储能系统液压油不清洁、阀口密封破坏及泵系统异常、弹簧机构状态异常等故障。

（3）开断故障电流和开断负荷电流监测

开断故障电流和开断负荷电流的监测通过监测一次电流的暂态数值和波形分析得出，开断次数利用监测单元的计数器记录得出。

3.3无线测温系统

无线测温系统是专门用于高电磁干扰环境中可靠工作的无线测温产品。系统由无线温度传感器和无线接收基站构成，基于Zigbee技术，符合IEEE802.12.4通信标准，能实现网络化的温度度测量。系统支持无线传感器数量多，且具有较强的抗干扰能力，特别适用于高压母线及开关的运行温度监测，可以实现非接触温度测量。

3.4变压器在线监测

变压器在线监测项目包括:油色谱在线监测、本体及套管介损、局放、瓦斯气体、压力释放、油流继电器、油位、变压器温度在线监测、接头温度红外监测等。其中，变压器油色谱气体监测系统采用用色谱分析原理，将传感器输出转换为标准的4-20mA电信号传输到状态监测服务器。

3.5SF6气体密度及微水在线监测

SF6气体密度及微水在线监测系统主要用于实时监测断路器或GIS设备内部的SF6气体的微水、密度、温度及其变化趋势。当SF6气体有关指标出现变化时，可以给出其变化曲线;当有关指标达到报警状态时，系统自动启动报警装置。系统的每个监测单元均配置RS485通讯接口，实现将监测数据实时上传至变电站或上级监控中心功能。

结语

智能变电站一次设备在线监测系统可以对避雷器、GIS以及变压器等各种变电设备进行实时的在线监测，该系统产品在原有的系统结构、测量方式以及测量原理的基础上做出了很大的改进，运用分层分布式的系统结构以及模块化设计和总线控制技术原理，使该系统测量的稳定性与准确性以及抗干扰性能等均得到了较大的提升，极大地满足了工业现场的实用要求，对于所采集的各种数据信息还可以通过专家诊断系统实施科学的诊断与分析。

参考文献:

[1]郑开琦.新一代智能变电站一次设备模块化设计研究[J].科技创业月刊，2015，28(22):114-116

[2]梅德冬，黄国方，孙军陵.智能变电站二次设备自动检测系统设计[J].智能配电系统，2011(2011):43-46

[3]于超.智能变电站一次设备智能化技术研究[J].自然科学:文摘版，2015(9):00039-00039

作者简介:

申惠琪(1989.03.20)，女，河南，汉族，学历:硕士研究生，职称:工程师，研究方向:变电一次评审技术，单位:国网冀北电力有限公司经济技术研究院。

陈鹏(1987.08.19)，男，河北，汉族，学历:硕士研究生，职称:工程师，研究方向:电力项目工程管理，单位:国网冀北电力有限公司经济技术研究院。