状态监测系统在智能变电站中的应用

电力设备在运行中经受电、热、机械的负荷作用，以及自然环境的影响，长期工作会引起老化、疲劳、磨损，以致性能逐渐下降，可靠性降低，设备故障率逐渐增大，危机电力系统的安全运行，因此需要对这些设备的运行状态进行监测。变电设备状态监测通常有离线检测和在线监测两种方式。

1 离线检测技术

长期以来，电力设备依赖于定期离线检测，离线检测可以在设备运行时采集样本或数据，通过仪器、设备等在实验室对样本进行检测分析或对数据进行分析加工，根据设备运行数据、缺陷记录、停电试验等手段发现设备故障的征兆，通过分析设备可能发生故障的原因和部位，从而引出处理的方法。离线检测具有非实时性的特点，试验结果有一定的滞后性，不能反映设备运行的当前状态，只能检测一些常规数据，在防止事故方面有很大的局限性和不足，不能全过程地反映设备运行条件下的各种状态，对突发性故障无法提前预知。离线检测需要停电离线进行，试验时间长、工作量大，越来越制约电力设备的安全运行。

2 在线监测技术

在线监测的实质是要求分析设备的当前状态及未来趋势，在发生故障之前提出检修计划，做到防患于未然，是状态设备的技术基础之一，在智能变电站中占有越来越重要的地位。在线监测技术指在电气设备的运行状态下，通过特殊的试验仪器、仪表装置，对被测的电气设备进行的检测，用于发现运行中的电气设备所存在的潜在性的故障。它可以测出电气设备在所测时刻下的使用状态，便于及时发现设备的隐患，了解隐患的变化趋势等，可以发现常见的电气设备在运行状态下出现的所有问题。在线监测是智能变电站状态监测的主要实现技术手段。

3 状态监测系统在曹植变电站中的应用

220kV曹植变电站是我院设计的第一座智能变电站，该站状态监测系统主要针对站内主要一次设备包括主变压器、气体密封组合电器(GIS)、避雷器等实施状态监测，监测方式主要以在线监测方式。本变电站规划3台主变压器，本期2台，均为三相自冷式;220kV侧采用GIS设备，采用双母线接线方式，规划出线6回，本期2回;110kV侧采用GIS设备，采用双母线接线方式，规划出线12回，本期6回。全场220kV电压等级按进出线间隔配置敞开式金属氧化锌避雷器。110kV电压等级按进出线间隔配置封闭式金属氧化锌避雷器。

3.1 系统功能结构

本站状态监测系统采用分层分布式结构，由传感器、智能组件IED及监测后台组成，各个状态监测单元通过统一的IEC61850协议与监测后台系统通信。监测后台具有各种监测功能的数据采集存储、故障报警、故障诊断等功能，系统功能结构如图3.1-1所示。

图3.1-1状态监测系统功能结构图

传感器是状态监测系统的关键组成部分，其性能直接决定整个系统测量的准确性。本工程传感器层包括简单的电压电流传感器，也包括复杂的采集装置，如油色谱、密度微水传感器。传感器采集到监测数据后，通过模拟信号、RS-485通信、网络通信等途径，将信息上送到智能组件IED，由智能组件IED对监测数据做初步的分析，然后将监测数据及分析结果通过MMS服务上传至监测后台。

依据各监测部分需求的不同，本工程共采用了四种智能组件IED：①油色谱IED，监测七气、微水;②变压器监测IED，监测油温、铁芯电流;③避雷器IED，监测全电流、阻性电流;④GIS密度微水IED，监测SF6密度、微水。

3.2 变压器在线监测

(1)系统概述

变压器在线监测系统完成对变压器油中气体，变压器顶层油温底层油温和铁芯电流的监测任务。

(2)监测子系统

①变压器油色谱及微水监测。变压器油色谱及微水前端采集装置采集H2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2、CO、CO2气体含量和微水含量，并将七气和微水含量原始数据及谱图通过RS-485通信方式上传至油色谱IED，油色谱IED将接收到的各种气体含量通过二次抓峰处理和三比值运算，得出各种气体浓度值及三比值诊断结论，并将此结果集以IEC61850方式上传至监测后台，通过界面方式展示给用户。

②变压器油温监测。顶层油温监测采用主变自带铂电阻温度传感器，经主变端子箱内变送器转变为4-20mA直流信号，接入主变状态监测系统控制柜内变压器监测IED。底层油温监测采用铂电阻温度传感器，传感器输出直接引入主变状态监测控制柜内，经变送器转为4-20mA信号，接至变压器监测IED。变压器油温监测相