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

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

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

　　監(jiān)測單元構(gòu)成分散監(jiān)測層，這些監(jiān)測單元對所連接設(shè)備進行監(jiān)測，并且顯示監(jiān)測的主要參數(shù)；當(dāng)?shù)乇O(jiān)控機構(gòu)成變電站層在這一層，變電站人員通過當(dāng)?shù)乇O(jiān)控機查看各個電力設(shè)備的運行狀態(tài)和參數(shù)以及將來發(fā)展的趨勢，計算機上的監(jiān)測平臺用圖表等形式來顯示各個電力設(shè)備的參數(shù)；監(jiān)測單元通過RTU與調(diào)度中心相連，在調(diào)度中心實現(xiàn)電力設(shè)備遠程監(jiān)測。當(dāng)?shù)乇O(jiān)控主機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子模塊，對現(xiàn)有的監(jiān)測裝置沒有影響，擴展性強。

　　圖1監(jiān)測裝置結(jié)構(gòu)

　　圖2監(jiān)控機的軟件

　　二、在線監(jiān)測裝置選取原則

　　在線監(jiān)測裝置的選取要符合現(xiàn)場具體情況，通?？砂匆韵略瓌t進行監(jiān)測裝置的選取。首先，在線監(jiān)測裝置的使用壽命必須大于被監(jiān)測設(shè)備的使用壽命，可靠性也必須大于被監(jiān)測設(shè)備的可靠性。其次，在線監(jiān)測裝置的監(jiān)測量宜重點選擇導(dǎo)致電力設(shè)備故障率最高的狀態(tài)量，例如用避雷器對泄漏電流進行監(jiān)測即可。再次，對重要負荷的間隔進行重點監(jiān)測，例如要全面監(jiān)測高壓、超高壓局放監(jiān)測需上百個點，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)測少數(shù)點即可。最后，適當(dāng)要求測量精度，精度過高，成本也會更高，例如對母線的溫度監(jiān)測其監(jiān)測精度小于1°即可。

　　三、變電站一次設(shè)備在線監(jiān)測方法和配置

　　3.1避雷器在線監(jiān)測

　　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下降，接地的泄漏電流增大，這時遇到高電壓就會發(fā)生故障絕緣擊穿。避雷器在線監(jiān)測主要是測量泄漏電流。該監(jiān)測單元利用避雷器運行時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量、傳輸中的無源取樣、高電壓隔離和數(shù)據(jù)遠傳等關(guān)鍵問題和泄漏電流超標(biāo)即時報警，實現(xiàn)避雷器絕緣狀況在線監(jiān)測的自動化。

　　3.2隔離斷路器狀態(tài)監(jiān)測配置

　　1)SF6氣體監(jiān)測

　　SF6開關(guān)因具有開斷能力強、電器壽命長、端口電壓高、結(jié)構(gòu)簡單及少維護等優(yōu)點而在高電壓領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。然而電氣設(shè)備在運行時，不可避免地會發(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。同時氣體的泄露也會導(dǎo)致電氣設(shè)備外部的潮氣滲透進入設(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，如果SF6氣體密度降低，斷路器的絕緣水平隨之降低，可能會引發(fā)斷路器內(nèi)部的放電短路故障。

　　SF6氣體的密度對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高時，在電弧或電暈的作用下，SF6氣體分解物會經(jīng)水解反應(yīng)產(chǎn)生毒性，對設(shè)備產(chǎn)生化學(xué)腐蝕，繼而嚴重影響設(shè)備的正常運行。

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

　　開關(guān)SF6密度和微水在線監(jiān)測系統(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)字信號通過CAN總線與網(wǎng)絡(luò)控制器進行數(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)器進行連接，實現(xiàn)SF6開關(guān)設(shè)備的氣室密度和微水的在線監(jiān)測，進而做出相應(yīng)的診斷與聯(lián)動控制，也可根據(jù)個性化的功能需求，靈活配置功能對象，降低用戶總體投入成本。

　　氣體密度監(jiān)測通過在開關(guān)設(shè)備上安裝數(shù)字式密度監(jiān)測單元進行測量。數(shù)字式密度監(jiān)測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，送到上位計算機。數(shù)字式密度檢測單元與機械式指針密度繼電器最大的不同是后者通過機械方式測量壓力，由機械式溫度補償?shù)?0°C時的壓力P20作為密度指示。而數(shù)字式密度監(jiān)測單元采用電子式壓力和溫度傳感器，測得氣體的壓力和溫度值，而且可以隨時監(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）斷路器機械特性監(jiān)測

　　高壓斷路器是電力系統(tǒng)一次設(shè)備中檢修維護工作量最大的設(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)實際運行的小時數(shù)、分合閘操作次數(shù)、開斷短路電流的次數(shù)、實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、觸頭和傳動機構(gòu)。

　　傳統(tǒng)檢修方式的不足之處主要表示為：

　　離線試驗需要停電進行，不少重要電力設(shè)備，輕易不能停電運行；

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

　　周期性定期檢查而非連續(xù)性的監(jiān)測，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；

　　反之維修過剩，操作頻繁，有可能導(dǎo)致設(shè)備損壞。

　　對斷路器的重要參數(shù)進行長期連續(xù)的在線監(jiān)測，不僅可以提供設(shè)備在運行時的實時狀態(tài)，而且還能分析各種重要參數(shù)的變化趨勢，判斷是否存在故障的先兆，從而延長設(shè)備的維護保養(yǎng)周期，提高設(shè)備的利用率，減少維修保養(yǎng)的費用，提高電力系統(tǒng)運行的安全可靠性及自動化程度。

　　測量斷路器的跳、合閘線圈的動作電流，采用霍爾開口元件，轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娏餍盘栠M行采集測量。

　　測量斷路器動作軸的位移，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型差動變壓器振動傳感器，轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟妷盒盘栠M行采集測量。

　　測量斷路器的振動，可以采用壓電式振動傳感器，轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟妷盒盘栠M行采集測量。

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

　　斷路器的機械特性檢測，可以用過測量斷路器的動作軸的振動性能和機械動作事件，利用機械性能模型計算。

　　滅弧機構(gòu)的絕緣檢測，通過檢測滅弧時間及是否存在重燃現(xiàn)象。

　　測速器的安裝：測速傳感器在斷路器的機械部分安裝，各個制造廠在產(chǎn)品設(shè)計時都有專門的安裝設(shè)計以及與之配套的測速器，安裝相對簡單。

　　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)線穿過電流互感器，不會改變原操作線路的回路。

　　3.3變壓器在線監(jiān)測

　　變壓器在線監(jiān)測項目包括：油色譜在線監(jiān)測、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、接頭溫度紅外監(jiān)測等。其中，變壓器油色譜氣體監(jiān)測系統(tǒng)采用用色譜分析原理，將傳感器輸出轉(zhuǎn)換為標(biāo)準的4-20mA電信號傳輸?shù)綘顟B(tài)監(jiān)測服務(wù)器。

　　3.4電氣設(shè)備絕緣在線檢測

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

　　3.4.1電氣設(shè)備絕緣在線監(jiān)測的優(yōu)點

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

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

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

　?。?）可對運行中電氣設(shè)備的絕緣狀態(tài)跟蹤測試，及時發(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)通常是通過幾個特征量來表示：

　　（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，會導(dǎo)致其內(nèi)部放電，嚴重時可能導(dǎo)致放電部位擴大，最后擊穿。通常放電發(fā)生時，其放電量很小，測量和定位較困難。

　?。?）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)一個設(shè)備的tgδ大時，說明設(shè)備絕緣受潮，電導(dǎo)電流增大等，設(shè)備正常時其tgδ值在0.1~0.8％之間。

　?。?）漏電電流：對于一些設(shè)備不能測量tgδ值時，也可用測量漏電電流方法確定設(shè)備絕緣發(fā)潮或損壞程度。

　?。?）設(shè)備電容值：設(shè)備中若進水時，電容值會增大，但漏油時，其電容值會減少，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。