一次設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)變電設(shè)備狀態(tài)運(yùn)行檢修管理、提升輸變電專業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行管理精益化水平的重要技術(shù)手段。

　　（來(lái)源：輸變電工程設(shè)計(jì) ID:shubiandiansheji）

　　一、變電站一次設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成

　　電氣設(shè)備在線監(jiān)測(cè)裝置大致可分為兩類：①集中式：在主控制室集中處理監(jiān)測(cè)信息，這種方式自動(dòng)化程度高，通常配有顯示、發(fā)音和報(bào)警功能，可與遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)連接，迅速向上級(jí)調(diào)度、指揮和監(jiān)控部門傳遞信息，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)督管理；②便攜式：當(dāng)需要與傳感器接口對(duì)接，就立即能獲得監(jiān)測(cè)信息，并進(jìn)行處理。由于變電站均采用了遠(yuǎn)動(dòng)監(jiān)控技術(shù)，所以一次設(shè)備在線監(jiān)測(cè)裝置可采用集中式。利用監(jiān)測(cè)裝置對(duì)不同的電力設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過(guò)總線把監(jiān)測(cè)量傳送到上位機(jī)，對(duì)電力設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和絕緣狀況進(jìn)行分析、判斷，指出是否進(jìn)行檢修和如何維護(hù)。監(jiān)測(cè)裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　監(jiān)測(cè)單元構(gòu)成分散監(jiān)測(cè)層，這些監(jiān)測(cè)單元對(duì)所連接設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并且顯示監(jiān)測(cè)的主要參數(shù)；當(dāng)?shù)乇O(jiān)控機(jī)構(gòu)成變電站層在這一層，變電站人員通過(guò)當(dāng)?shù)乇O(jiān)控機(jī)查看各個(gè)電力設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)以及將來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)，計(jì)算機(jī)上的監(jiān)測(cè)平臺(tái)用圖表等形式來(lái)顯示各個(gè)電力設(shè)備的參數(shù)；監(jiān)測(cè)單元通過(guò)RTU與調(diào)度中心相連，在調(diào)度中心實(shí)現(xiàn)電力設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。當(dāng)?shù)乇O(jiān)控主機(jī)的軟件可采用模塊化結(jié)構(gòu)（如圖2），這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有開放性，兼容性好，每次加人新的單元只是增加一個(gè)子模塊，對(duì)現(xiàn)有的監(jiān)測(cè)裝置沒有影響，擴(kuò)展性強(qiáng)。

　　圖1監(jiān)測(cè)裝置結(jié)構(gòu)

　　圖2監(jiān)控機(jī)的軟件

　　二、在線監(jiān)測(cè)裝置選取原則

　　在線監(jiān)測(cè)裝置的選取要符合現(xiàn)場(chǎng)具體情況，通常可按以下原則進(jìn)行監(jiān)測(cè)裝置的選取。首先，在線監(jiān)測(cè)裝置的使用壽命必須大于被監(jiān)測(cè)設(shè)備的使用壽命，可靠性也必須大于被監(jiān)測(cè)設(shè)備的可靠性。其次，在線監(jiān)測(cè)裝置的監(jiān)測(cè)量宜重點(diǎn)選擇導(dǎo)致電力設(shè)備故障率最高的狀態(tài)量，例如用避雷器對(duì)泄漏電流進(jìn)行監(jiān)測(cè)即可。再次，對(duì)重要負(fù)荷的間隔進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)，例如要全面監(jiān)測(cè)高壓、超高壓局放監(jiān)測(cè)需上百個(gè)點(diǎn)，成本高昂，而通常發(fā)生絕緣故障的為少數(shù)盆式絕緣子，只須監(jiān)測(cè)少數(shù)點(diǎn)即可。最后，適當(dāng)要求測(cè)量精度，精度過(guò)高，成本也會(huì)更高，例如對(duì)母線的溫度監(jiān)測(cè)其監(jiān)測(cè)精度小于1°即可。

　　三、變電站一次設(shè)備在線監(jiān)測(cè)方法和配置

　　3.1避雷器在線監(jiān)測(cè)

　　避雷器在正常工況下因避雷器受潮、內(nèi)部有缺陷等原因造成絕緣等級(jí)下降，接地的泄漏電流增大，這時(shí)遇到高電壓就會(huì)發(fā)生故障絕緣擊穿。避雷器在線監(jiān)測(cè)主要是測(cè)量泄漏電流。該監(jiān)測(cè)單元利用避雷器運(yùn)行時(shí)的接地電流作取樣裝置的電源，將泄漏電流的大小轉(zhuǎn)換成光脈沖頻率的變化。采用光纖取樣，微機(jī)數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)通訊等技術(shù)，解決避雷器泄漏電流測(cè)量、傳輸中的無(wú)源取樣、高電壓隔離和數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳等關(guān)鍵問題和泄漏電流超標(biāo)即時(shí)報(bào)警，實(shí)現(xiàn)避雷器絕緣狀況在線監(jiān)測(cè)的自動(dòng)化。

　　3.2隔離斷路器狀態(tài)監(jiān)測(cè)配置

　　1)SF6氣體監(jiān)測(cè)

　　SF6開關(guān)因具有開斷能力強(qiáng)、電器壽命長(zhǎng)、端口電壓高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單及少維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)而在高電壓領(lǐng)域得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。然而電氣設(shè)備在運(yùn)行時(shí)，不可避免地會(huì)發(fā)生電氣設(shè)備內(nèi)的氣體向外泄露而導(dǎo)致密度值下降的現(xiàn)象。同時(shí)氣體的泄露也會(huì)導(dǎo)致電氣設(shè)備外部的潮氣滲透進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部，引起設(shè)備內(nèi)部氣體中微水含量的增加。當(dāng)斷路器采用SF6氣體作為滅弧介質(zhì)時(shí)，如果SF6氣體密度降低，斷路器的絕緣水平隨之降低，可能會(huì)引發(fā)斷路器內(nèi)部的放電短路故障。

　　SF6氣體的密度對(duì)SF6類電氣設(shè)備的絕緣效果有很大的影響，氣體壓力的降低會(huì)極大地影響開關(guān)的開斷滅弧性能，從而導(dǎo)致設(shè)備損壞；在SF6斷路器等高壓電氣設(shè)備中，當(dāng)SF6氣體中的微水含量過(guò)高時(shí)，在電弧或電暈的作用下，SF6氣體分解物會(huì)經(jīng)水解反應(yīng)產(chǎn)生毒性，對(duì)設(shè)備產(chǎn)生化學(xué)腐蝕，繼而嚴(yán)重影響設(shè)備的正常運(yùn)行。

　　因此，對(duì)運(yùn)行中電氣設(shè)備氣體中的微水及密度進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，可以對(duì)氣體中的水分和密度進(jìn)行合理控制，為開關(guān)的狀態(tài)檢修提供有效依據(jù)，對(duì)保證SF6開關(guān)的長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行具有中重要的作用。

　　開關(guān)SF6密度和微水在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)控制器和在線監(jiān)控單元。監(jiān)控單元采集到的數(shù)字信號(hào)通過(guò)CAN總線與網(wǎng)絡(luò)控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和連接，網(wǎng)絡(luò)控制器以串行接口與數(shù)據(jù)服務(wù)器進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)SF6開關(guān)設(shè)備的氣室密度和微水的在線監(jiān)測(cè)，進(jìn)而做出相應(yīng)的診斷與聯(lián)動(dòng)控制，也可根據(jù)個(gè)性化的功能需求，靈活配置功能對(duì)象，降低用戶總體投入成本。

　　氣體密度監(jiān)測(cè)通過(guò)在開關(guān)設(shè)備上安裝數(shù)字式密度監(jiān)測(cè)單元進(jìn)行測(cè)量。數(shù)字式密度監(jiān)測(cè)單元的核心包括一只數(shù)字式壓力傳感器和一只溫度傳感器，數(shù)據(jù)經(jīng)內(nèi)部模數(shù)轉(zhuǎn)換處理后直接輸出數(shù)字信號(hào)，送到上位計(jì)算機(jī)。數(shù)字式密度檢測(cè)單元與機(jī)械式指針密度繼電器最大的不同是后者通過(guò)機(jī)械方式測(cè)量壓力，由機(jī)械式溫度補(bǔ)償?shù)?0°C時(shí)的壓力P20作為密度指示。而數(shù)字式密度監(jiān)測(cè)單元采用電子式壓力和溫度傳感器，測(cè)得氣體的壓力和溫度值，而且可以隨時(shí)監(jiān)控到SF6氣體的壓力和溫度值，有利于更全面地了解設(shè)備的工作狀況。

　　2）斷路器機(jī)械特性監(jiān)測(cè)

　　高壓斷路器是電力系統(tǒng)一次設(shè)備中檢修維護(hù)工作量最大的設(shè)備。傳統(tǒng)檢修主要集中在檢修與斷路器在規(guī)定周期內(nèi)實(shí)際運(yùn)行的小時(shí)數(shù)、分合閘操作次數(shù)、開斷短路電流的次數(shù)、實(shí)際短路容量與斷路器額定開斷短路容量之比等因素有關(guān)的滅弧室、觸頭和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。

　　傳統(tǒng)檢修方式的不足之處主要表示為：

　　離線試驗(yàn)需要停電進(jìn)行，不少重要電力設(shè)備，輕易不能停電運(yùn)行；

　　停電后設(shè)備狀態(tài)和運(yùn)行中的設(shè)備狀態(tài)有差異，影響判斷的準(zhǔn)確度；

　　周期性定期檢查而非連續(xù)性的監(jiān)測(cè)，設(shè)備仍可能在間隔期間發(fā)生故障；

　　檢修造成人力、物力的浪費(fèi)；

　　反之維修過(guò)剩，操作頻繁，有可能導(dǎo)致設(shè)備損壞。

　　對(duì)斷路器的重要參數(shù)進(jìn)行長(zhǎng)期連續(xù)的在線監(jiān)測(cè)，不僅可以提供設(shè)備在運(yùn)行時(shí)的實(shí)時(shí)狀態(tài)，而且還能分析各種重要參數(shù)的變化趨勢(shì)，判斷是否存在故障的先兆，從而延長(zhǎng)設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)周期，提高設(shè)備的利用率，減少維修保養(yǎng)的費(fèi)用，提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠性及自動(dòng)化程度。

　　測(cè)量斷路器的跳、合閘線圈的動(dòng)作電流，采用霍爾開口元件，轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娏餍盘?hào)進(jìn)行采集測(cè)量。

　　測(cè)量斷路器動(dòng)作軸的位移，采用直線式光電編碼器工作原理與旋轉(zhuǎn)式光電編碼器或CBD型差動(dòng)變壓器振動(dòng)傳感器，轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟妷盒盘?hào)進(jìn)行采集測(cè)量。

　　測(cè)量斷路器的振動(dòng)，可以采用壓電式振動(dòng)傳感器，轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟妷盒盘?hào)進(jìn)行采集測(cè)量。

　　測(cè)量斷路器觸頭的電壽命，可以通過(guò)在線計(jì)算斷路器每次關(guān)合電流的電流值大小，結(jié)合不同類型的斷路器特性，估算每次斷路器動(dòng)作的壽命損耗。

　　斷路器的機(jī)械特性檢測(cè)，可以用過(guò)測(cè)量斷路器的動(dòng)作軸的振動(dòng)性能和機(jī)械動(dòng)作事件，利用機(jī)械性能模型計(jì)算。

　　滅弧機(jī)構(gòu)的絕緣檢測(cè)，通過(guò)檢測(cè)滅弧時(shí)間及是否存在重燃現(xiàn)象。

　　測(cè)速器的安裝：測(cè)速傳感器在斷路器的機(jī)械部分安裝，各個(gè)制造廠在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)都有專門的安裝設(shè)計(jì)以及與之配套的測(cè)速器，安裝相對(duì)簡(jiǎn)單。

　　電流傳感器的安裝：采用穿心式電流互感器，將操作回路的導(dǎo)線穿過(guò)電流互感器，不會(huì)改變?cè)僮骶€路的回路。

　　3.3變壓器在線監(jiān)測(cè)

　　變壓器在線監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括：油色譜在線監(jiān)測(cè)、本體及套管介損、局放、瓦斯氣體、壓力釋放、油流繼電器、油位、變壓器溫度在線監(jiān)測(cè)、接頭溫度紅外監(jiān)測(cè)等。其中，變壓器油色譜氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用用色譜分析原理，將傳感器輸出轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的4-20mA電信號(hào)傳輸?shù)綘顟B(tài)監(jiān)測(cè)服務(wù)器。

　　3.4電氣設(shè)備絕緣在線檢測(cè)

　　電氣設(shè)備在長(zhǎng)期運(yùn)行中受溫度、雷擊及內(nèi)過(guò)電壓的作用，絕緣會(huì)逐步老化，導(dǎo)致內(nèi)部微弱放電（稱局部放電），如果不采取措施，則會(huì)導(dǎo)致設(shè)備絕緣擊穿。傳統(tǒng)的預(yù)防性試驗(yàn)只能在檢修周期了解到設(shè)備狀態(tài)，而不能了解設(shè)備運(yùn)行中絕緣的變化情況。

　　3.4.1電氣設(shè)備絕緣在線監(jiān)測(cè)的優(yōu)點(diǎn)

　　（1）不需要停電就可以了解運(yùn)行設(shè)備的絕緣狀況（包括變壓器、電抗器局部放電位置）。

　　（2）絕緣在運(yùn)行電壓下其缺陷容易暴露出來(lái)，預(yù)防性試驗(yàn)不容易發(fā)現(xiàn)其缺陷。

　　（3）絕緣在線監(jiān)測(cè)所提供的數(shù)據(jù)為設(shè)備的“狀態(tài)修”提供了理論依據(jù)。

　　（4）可對(duì)運(yùn)行中電氣設(shè)備的絕緣狀態(tài)跟蹤測(cè)試，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部的故障隱患。

　　3.4.2電氣設(shè)備絕緣的特征量

　　電氣設(shè)備絕緣狀態(tài)通常是通過(guò)幾個(gè)特征量來(lái)表示：

　　（1）局部放電量，放電位置：設(shè)備內(nèi)部絕緣若存在雜質(zhì)、氣泡，會(huì)導(dǎo)致其內(nèi)部放電，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致放電部位擴(kuò)大，最后擊穿。通常放電發(fā)生時(shí)，其放電量很小，測(cè)量和定位較困難。

　　（2）介質(zhì)損耗值（tgδ）：是表明設(shè)備絕緣狀態(tài)的重要指標(biāo)，當(dāng)一個(gè)設(shè)備的tgδ大時(shí)，說(shuō)明設(shè)備絕緣受潮，電導(dǎo)電流增大等，設(shè)備正常時(shí)其tgδ值在0.1~0.8％之間。

　　（3）漏電電流：對(duì)于一些設(shè)備不能測(cè)量tgδ值時(shí)，也可用測(cè)量漏電電流方法確定設(shè)備絕緣發(fā)潮或損壞程度。

　　（4）設(shè)備電容值：設(shè)備中若進(jìn)水時(shí)，電容值會(huì)增大，但漏油時(shí)，其電容值會(huì)減少，按規(guī)程規(guī)定，當(dāng)電容值的偏差超出額定值-5~10％范圍，應(yīng)停電檢修。