摘要：介紹了HVM2000變電站高壓設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、工作原理和主要特點(diǎn)，在對(duì)大量在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行較深入研究的基礎(chǔ)上，分析了一些影響高壓設(shè)備在線監(jiān)測(cè)的因素，最后指出依靠狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)狀態(tài)維修是可行的。
關(guān)鍵詞：絕緣；在線監(jiān)測(cè)；介質(zhì)損耗因數(shù)；阻性電流為確保電力設(shè)備安全、穩(wěn)定地運(yùn)行，追求更高的供電可靠性和綜合效益，電力企業(yè)已開始應(yīng)用在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，逐步推行以設(shè)備狀態(tài)為基準(zhǔn)的狀態(tài)維修。
對(duì)電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)的在線監(jiān)測(cè)，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)運(yùn)行設(shè)備正在發(fā)展的缺陷，防止突發(fā)性事故發(fā)生，提高設(shè)備運(yùn)行水平和可靠性。為探索、積累狀態(tài)維修的經(jīng)驗(yàn)，廣東省廣電集團(tuán)有限公司佛山三水供電分公司在110kV蘆苞變電站安裝了1套由廣州智光電氣有限公司開發(fā)的HVM2000變電站高壓設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，主要監(jiān)測(cè)各種高壓設(shè)備絕緣參數(shù)、斷路器機(jī)械狀態(tài)等。
1 變電站高壓設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
110kV蘆苞變電站是半戶內(nèi)式變電站，除主變壓器戶外布置外，其它設(shè)備均戶內(nèi)布置。110kV配電裝置采用單母線分段的接線方式。平常運(yùn)行方式為兩段母線并列運(yùn)行，兩組電壓互感器（TV）均運(yùn)行，一臺(tái)主變壓器運(yùn)行，另一臺(tái)主變壓器備用。1.1監(jiān)測(cè)對(duì)象及參數(shù)
對(duì)于HVM2000變電站高壓設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)內(nèi)容，在某些常規(guī)預(yù)防性試驗(yàn)項(xiàng)目在線化的基礎(chǔ)上還引進(jìn)了一些新的更能真實(shí)反映設(shè)備狀態(tài)的特征量。對(duì)于變壓器本體，監(jiān)測(cè)油中溶解氣體的體積分?jǐn)?shù)、鐵心和夾件的接地電流；對(duì)于油紙電容型變壓器套管和電流互感器，測(cè)量主絕緣介質(zhì)損耗因數(shù)、電容和末屏泄漏電流；對(duì)于金屬氧化物避雷器，測(cè)量泄漏電流及其容性和阻性分量；對(duì)于SF6斷路器，監(jiān)測(cè)開斷電流、行程－時(shí)間特性、分合閘電磁鐵線圈電流、氣體壓力報(bào)警接點(diǎn)、電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)間間隔和運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間等；狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)溫度、濕度和瓷套表面污穢泄漏電流等環(huán)境參量進(jìn)行監(jiān)測(cè)和記錄，并作為設(shè)備運(yùn)行工作狀況的輔助評(píng)估。
1.2變電站高壓設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)簡(jiǎn)介
如圖1所示，HVM2000變電站高壓設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)、變電站通信管理系統(tǒng)（CMU）和就地智能化監(jiān)測(cè)單元組成。各監(jiān)測(cè)單元布置于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備處，就地完成設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)的在線測(cè)量。站內(nèi)通信管理機(jī)通過RS485工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線聯(lián)系、控制各監(jiān)測(cè)單元，令各監(jiān)測(cè)單元同步測(cè)量和上傳實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，在通信管理機(jī)上還可以多種形式顯示實(shí)時(shí)、歷史數(shù)據(jù)曲線，直觀地對(duì)比各參數(shù)曲線。通信管理機(jī)可根據(jù)變電站內(nèi)網(wǎng)絡(luò)及通信的具體情況選擇通過內(nèi)部局域網(wǎng)或調(diào)制解調(diào)器（modem）向遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)傳送數(shù)據(jù)。診斷軟件安裝于供電部門高壓專責(zé)工程師處，通過Web遠(yuǎn)程下載各變電站實(shí)時(shí)、歷史數(shù)據(jù)，并可接入供電部門MIS系統(tǒng)，協(xié)助高壓專責(zé)工程師及有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)對(duì)設(shè)備進(jìn)行管理和健康水平的評(píng)估。遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)使工程師無論何時(shí)何地都可通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)取得變電站運(yùn)行中高壓設(shè)備的絕緣參數(shù)。
1.3監(jiān)測(cè)單元設(shè)計(jì)原理及特點(diǎn)
監(jiān)測(cè)單元就地采集所監(jiān)測(cè)設(shè)備的電壓、末屏電流等信號(hào)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，求得其振幅、相位等參數(shù)值，進(jìn)而在上位機(jī)（即CMU）計(jì)算介質(zhì)損耗角等電氣參數(shù)。
如圖2所示，監(jiān)測(cè)單元由高精度電流互感器、程控放大器、低通濾波器、A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)字信號(hào)處理器、通信接口等組成。
監(jiān)測(cè)單元的主要特點(diǎn)：
a）采用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)作為硬件平臺(tái)；
b）傳感器采用高磁導(dǎo)率鐵心，可準(zhǔn)確地測(cè)得小信號(hào)的振幅和相位，同時(shí)采取完備的屏蔽措施，使得干擾造成的影響大為降低；
c）前向放大部分采用零點(diǎn)漂移孝精度高的運(yùn)算放大器以及精密的電阻，保證模擬放大通道的穩(wěn)定性好；
d）RS-485接口為光隔離全浮空485接口，安全可靠；
e）A/D轉(zhuǎn)換器為14位，精度高，運(yùn)算速度快，滿足傅立葉運(yùn)算的要求。
1.4監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的選型
在選擇、實(shí)施狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)時(shí)主要基于以下幾點(diǎn)考慮：
a）監(jiān)測(cè)設(shè)備的安裝不能對(duì)變電站設(shè)備的運(yùn)行方式（特別是設(shè)備部件的接地方式）產(chǎn)生影響；
b）選用分層分布式系統(tǒng)，要求電氣參數(shù)就地采集，避免因遠(yuǎn)距離傳輸微安、毫安級(jí)小電流模擬信號(hào)而引入大量電磁干擾，淹沒原始信號(hào)；
c）施工安裝簡(jiǎn)便，可維護(hù)性好；
d）對(duì)狀態(tài)數(shù)據(jù)的就地測(cè)量要求準(zhǔn)確、穩(wěn)定。
HVM2000變電站高壓設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用一匝穿心式傳感器，與高壓設(shè)備沒有直接的電氣連接，可確保對(duì)主設(shè)備的運(yùn)行不產(chǎn)生任何影響。該系統(tǒng)僅需敷設(shè)1根RS-485通信總線和電源線，電纜敷設(shè)量小，各就地單元獨(dú)立，可靠性高。
2在線監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性分析
從HVM2000變電站高壓設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在蘆苞變電站的長期運(yùn)行情況看，在線監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、穩(wěn)定，能客觀反映高壓設(shè)備的健康水平。
2.1油紙電容絕緣型設(shè)備的電容監(jiān)測(cè)
圖3為蘆苞變電站2號(hào)主變壓器套管三相電容在5天內(nèi)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，以U相套管為例，此期間最大值為296.0pF,最小值為294.9pF，平均值為295.1pF，電容波動(dòng)范圍±0.2%，與預(yù)防性試驗(yàn)值293.9pF相差0.4%。在線數(shù)據(jù)表明油紙電容絕緣型設(shè)備的電容測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、穩(wěn)定。
2.2介質(zhì)損耗因數(shù)的監(jiān)測(cè)
如圖4所示，以蘆苞變電站1號(hào)主變壓器套管的介質(zhì)損耗因數(shù)為例，U相最大值為0.658%，最小值為0.597%，平均值為0.633%；V相最大值為0.354%，最小值為0.253%，平均值為0.282%；W相最大值為0.154%，最小值為0.100%，平均值為0.121%。數(shù)據(jù)表明在線測(cè)量介質(zhì)損耗因數(shù)數(shù)據(jù)穩(wěn)定。
2.3避雷器泄漏電流的監(jiān)測(cè)
避雷器的泄漏電流及其阻性和容性分量均應(yīng)隨電壓波動(dòng)，從圖5可見，HVM2000變電站高壓設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)際所測(cè)波形符合這一規(guī)律。在線數(shù)據(jù)還表明各相避雷器阻性電流和容性電流之比非常穩(wěn)定，對(duì)于該比值，相對(duì)濕度為65%～72%時(shí)，1號(hào)避雷器U相為11.2%，V相為9.4%，W相為8.7%；2號(hào)避雷器U相為11.6%，V相為9.8%，W相為10.2%。
2.4斷路器行程－時(shí)間特性的監(jiān)測(cè)
斷路器合閘線圈電流波形蘊(yùn)涵著多種時(shí)間信息，而行程傳感器的數(shù)據(jù)則可直接反映斷路器行程－時(shí)間特性，進(jìn)而可計(jì)算得到剛分、剛合速度等機(jī)械行程參數(shù)。
如圖6所示，從各開關(guān)多次分、合操作數(shù)據(jù)來看，各時(shí)間量比較穩(wěn)定。
2.5瓷套表面污穢泄漏電流的監(jiān)測(cè)
現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)瓷套表面污穢泄漏電流為22.00～30.60μA，圖7清楚地反映了濕度對(duì)瓷套表面污穢泄漏電流的影響。
另外，用HVM2000變電站高壓設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)變壓器鐵心和夾件的接地電流，均穩(wěn)定在毫安級(jí)，沒有多點(diǎn)接地現(xiàn)象。用該系統(tǒng)監(jiān)測(cè)變壓器油中溶解的氫氣、一氧化碳、乙炔和乙烯4種氣體的綜合數(shù)值，監(jiān)測(cè)結(jié)果表明其體積分?jǐn)?shù)一直較穩(wěn)定，其中1號(hào)變壓器為7.0×10-5～8.2×10-5，2號(hào)變壓器為5.6×10-5～6.0×10-5，說明蘆苞變電站的變壓器絕緣水平較好。
從HVM2000變電站高壓設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)長期的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)情況看，蘆苞變電站被監(jiān)測(cè)設(shè)備絕緣水平良好，狀態(tài)穩(wěn)定，與預(yù)防性試驗(yàn)和帶電測(cè)試所得數(shù)據(jù)、結(jié)論一致
3在線監(jiān)測(cè)的影響因素
31TV角差對(duì)介質(zhì)損耗因數(shù)在線監(jiān)測(cè)值的影響
因蘆苞變電站兩段110kV母線并列運(yùn)行，兩組TV均掛網(wǎng)運(yùn)行，故測(cè)量TV的一次電壓都是同一電壓。變電站高壓設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)正常工作時(shí)，以1號(hào)主變壓器套管末屏泄漏電流與1號(hào)TV二次電壓的相位差來計(jì)算1號(hào)主變壓器套管介質(zhì)損耗因數(shù)，以2號(hào)主變壓器套管末屏泄漏電流與2號(hào)TV二次電壓的相位差來計(jì)算2號(hào)主變壓器套管介質(zhì)損耗因數(shù)。如改為以1號(hào)主變壓器套管末屏泄漏電流與2號(hào)TV二次電壓的相位差來計(jì)算1號(hào)主變壓器套管介質(zhì)損耗因數(shù)，則如圖8所示，1號(hào)主變壓器套管的三相介質(zhì)損耗因數(shù)均有不同程度的下降；如改為以2號(hào)主變壓器套管末屏泄漏電流與1號(hào)TV二次電壓的相位差來計(jì)算2號(hào)主變壓器套管介質(zhì)損耗因數(shù)，則2號(hào)主變壓器套管的三相介質(zhì)損耗因數(shù)均有不同程度的上升（數(shù)據(jù)見表1）。
對(duì)此現(xiàn)象的分析如圖9所示，得
δ1=δ+ΔφTV1，
δ2=δ+ΔφTV2.
實(shí)驗(yàn)表明1號(hào)TV二次電壓同2號(hào)TV二次電壓之間存在著不同的角差，1號(hào)TV的絕對(duì)角差與2號(hào)TV的絕對(duì)角差相比，U相大3′，V相大24′，W相大4′。可見TV絕對(duì)角差對(duì)介質(zhì)損耗因數(shù)的絕對(duì)值會(huì)產(chǎn)生較大影響。
HVM2000變電站高壓設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是以相對(duì)分析法（接于同一TV的同相設(shè)備間介質(zhì)損耗因數(shù)的相對(duì)量的變化分析）和趨勢(shì)分析法（一段時(shí)間內(nèi)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在整體上呈現(xiàn)出的持續(xù)的趨勢(shì)分析）來進(jìn)行絕緣診斷的，這樣可以消除TV角差對(duì)絕緣狀態(tài)分析的影響。
從HVM2000變電站高壓設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)長期監(jiān)測(cè)蘆苞變電站介質(zhì)損耗因數(shù)的數(shù)據(jù)來看，介質(zhì)損耗因數(shù)一直很穩(wěn)定，TV的角差變化不大，對(duì)絕緣診斷不會(huì)造成影響。
3.2環(huán)境濕度對(duì)阻性電流監(jiān)測(cè)結(jié)果的影響
雖然金屬氧化物避雷器阻性電流會(huì)隨系統(tǒng)電壓變化，但從測(cè)量結(jié)果可明顯看出環(huán)境濕度變化對(duì)阻性電流有較大影響。環(huán)境濕度對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的影響，主要是通過瓷套表面的泄漏電流產(chǎn)生的。由于避雷器的泄漏電流包含了瓷套外表面的泄漏電流，當(dāng)瓷套表面污穢且環(huán)境潮濕時(shí)，瓷套表面流過的阻性電流增加，導(dǎo)致阻性電流監(jiān)測(cè)結(jié)果明顯偏大。蘆苞變電站瓷套表面較清潔，在濕度由53%變?yōu)?0%時(shí)，瓷套泄漏電流由22.00μA增加到30.60μA，此電流變化反映到避雷器阻性和容性電流之比變化為2%左右，與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)所計(jì)算出的結(jié)果相符。
4結(jié)論
從長期運(yùn)行積累的數(shù)據(jù)來看，HVM2000變電站高壓設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在線測(cè)量的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、穩(wěn)定、可靠，系統(tǒng)抗干擾性能力也通過了現(xiàn)場(chǎng)的考驗(yàn)。應(yīng)用這套系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)掌握變電站高壓設(shè)備的絕緣狀態(tài)和健康水平，分析設(shè)備狀態(tài)發(fā)展趨勢(shì)，這對(duì)提高設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)水平，及時(shí)發(fā)現(xiàn)事故隱患，減少停電事故有著積極的意義。隨著在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的大量應(yīng)用和狀態(tài)檢修經(jīng)驗(yàn)的不斷積累，以在線監(jiān)測(cè)為依據(jù)的狀態(tài)維修將逐步取代以預(yù)防性試驗(yàn)為依據(jù)的定期維修。
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