110kV變電站一次設備狀態監測系統研究與設計

劉杰

摘要：電能由于經濟、便捷、清潔等特點已成為是當今社會生產和生活的主要能源，而變電站中的電力設備因其連續運行容易出現氣（液）體泄漏、局部放電、絕緣老化、機械卡阻等故障，故障后不僅維修周期長還影響電力系統運行。因此通過搭建一次設備狀態監測系統可以有效緩解以上問題，使運行維護管理模式由事故、故障檢修向狀態檢修轉變。文章介紹了110kV變電站一次設備狀態監測系統的組成部分;闡述了一次設備狀態監測內容;分析了一次設備監測系統的設計。

關鍵詞：110kV變電站;設備狀態監測;系統研究與設計

0引言

電網企業的社會責任是提供優質、高效、可靠、足量的電能。由于變電站在電網中的電壓轉換和電能分配作用使得其在保障電網經濟安全可靠運行的占據重要地位，尤其以110kV變電站布點數量多，與配電網緊密聯系顯得更為突出。因此，為保證無人值班運行模式下的110kV變電站一次設備的安全高效運行[1]，避免設備事故的發生就必須通過搭建設備狀態監測系統掌握其運行狀態，進而分析判斷設備運行狀態及安排日常維護或定期修護。

1一次設備狀態監測系統的組成部分

110kV變電站一次設備監測系統主要由狀態采集單元（含信號處理單元）、網絡傳輸單元、監測主機（含專用軟件）三部分組成。

狀態采集單元包含安裝在設備本體或者附近的與一次設備密切相連的各類傳感器及信號變送、處理模塊，主要功能是監測設備狀態的相關物理量表征信息。網絡傳輸單元包含以太網交換機、各類串行總線控制器、無線傳輸設備。監測主機主要用于接收各種狀態采集單元發送的數據信息，再對數據進行分析、判斷、存儲，并按規則向監測主站報送相關數據[2]。

2一次設備狀態監測內容

針對戶內GIS和敞開式變電站不同的布置方式和設備型式的，狀態監測內容亦有所不同。對于油絕緣設備主要配置油色譜在線監測裝置、鐵芯接地電流在線監測裝置、變壓器中性點直流電流在線監測裝置、無線測溫裝置等;對于開關柜設備配置測溫光纖/表面聲波在線監測裝置、高壓帶電顯示裝置;對于氧化鋅避雷器配置泄漏電流在線監測;對于容性CVT、CT及變壓器套管配置介損及電容量在線監測裝置;針對GIS設備配置局放在線監測裝置和SF6泄漏監測裝置。

3一次設備狀態監測系統研究

一次設備狀態監測系統的功能是了解和掌握運行設備的狀態，包括采取各種檢測、測量、監視、分析方法，結合歷史、現狀、設定參數對設備運行狀態進行評估、判斷其處于何種狀態并進行顯示和記錄，對異常狀態做出告警以便運行人員及時發現處理。從而為設備的故障分析、性能評估、合理使用和安全工作提供信息和基礎數據，減少停電時間和節省管理維護成本。

3.1布線系統物理鏈路設計

狀態采集單元至監測主機可采用光信號或電信號的有線以太網絡、串口網絡和無線個域網進行信號傳輸。無線個域網自動傳輸技術能有效解決信號衰減問題[5]，利用無線個域網傳輸技術可將信號發射頻段提高到100MHz之上，能有效避免傳輸信號受電磁環境干擾。

3.2 狀態采集單元設計

根據不同設備的監測要求選擇不同監測方法和信號處理方式，不同的安裝方式選擇恰當的布置方式。如針對戶內GIS局放監測系統，通過傳感器檢測GIS內部局部放電激發的電磁波信號，對監測信號經過濾波、前置放大、檢波后，由高速數據采集模塊進行采樣、存儲、數字信號處理。如針對充油線圈設備的油色譜在線監測系統，利用氣相色譜分析法對故障氣體組份進行定性、定量分析，獲得氣體組份及其含量，實現對變壓器的故障診斷。如變壓器鐵芯接地和容性設備監測系統，采用一匝穿芯方式進行信號取樣，在設備現場連續實時地對監測參數進行信號轉換、采集、處理。完成信號采集后參照MODbus或CDT協議以報文的形式經由傳輸網絡上送至監測主機。

3.3一次設備狀態監測系統裝置選型注意事項

在進行設備選取時應該至少從以下及方面進行考慮：①信號測量方面，傳感器及其處理單元無故障使用時間盡量長;②信號測量精度上，合理控制測量精度，即不能太高也不能太低;③使用壽命上，監測系統裝置使用壽命不短于被監測設備使用壽命;④在監測點配置方面，對重要設備進行重點監測[7]?！?防護等級方面，根據不同安裝場所和氣候條件選擇不同防護等級殼體及封裝形式。

3.4一次設備狀態監測系統功能設計

一次設備狀態監測系統需具備的功能至少應包含監測單元信息配置、數據采集、系統管理員定義和參數設定。因此，在研究110kV變電站一次設備監測系統時需要理清各功能模塊間的流程，如圖1所示為一次設備狀態監測系統流程圖。

（1）定義系統管理員和用戶信息，包含的信息有：管理員的名稱和標識登陸口令、用戶名稱和標識、登陸口令和權限等。

（2）對系統中的所有的狀態采集單元進行信息配置，包含了定義采集單元名稱、網絡地址以及端口號、有效測量范圍等。

（3）從狀態采集單元里獲取配置文件上傳至監測主機。

（4）對狀態監測單元配置文件進行解析，在將內容保存到數據庫中;配置信息包含網絡儀表、儀表地址和傳感器連接接口等。

（5）如配置信息需要修改，需先修改配置信息再進行下一步，如果不需要修改可以直接進行下一步;如果想要重新定義或者修改傳感器中的信息，須重新更新配置器信息;如修改網絡儀表中的信息，同樣需要對配置信息進行修改;如重新定義或者修改虛擬表中的配置信息，同樣需要更新配置信息;如重新定義或者修改電力參數信息，也需要更新配置信息;如重新定義或者修改參數標準，也需要更新配置信息。

（6）一次設備狀態在線監測需要在接收到管理員發送的采集數據命令之后再進行操作。

4結語

隨著電網規模的發展，110kV變電站的增多使得運行維護所面臨的困難也逐步增多，利用現有的資源和技術解決這一難題，就必須實現變電站智能化和設備狀態監測的普及化[8]。110kV變電站一次設備狀態監測系統對運行中的高壓設備進行實時監測，及時掌握其工作狀態以及可能發生故障的程度等，能切實提髙一次設備的可靠性和電網運行的穩定性。

參考文獻：

[1] 仇德萬.變電站一次設備在線監測系統的研究與設計[J].機電信息，2016（21）：19-20.

[2] 范少杰.智能變電站主設備在線監測系統的研究與設計[J].電工技術，2018（24）：23-24+26.

[3] 王奇，常安，李妍紅，陳東，秦立斌.交直流輸變電設備廣域全景信息集成技術[J].電源技術，2016，40（11）：2234-2238.

[4] 郭昊坤，吉先柏，吳軍基，馬青，朱景，趙恩成.高壓開關柜內監測裝置電源的研究與設計[J].智能電網，2017，5（03）：309-313.

[5] 張震.智能變電站一次設備在線監測系統分析[J].數字技術與應用，2016（11）：69-70.

[6] 胡浩瑩.基于ZigBee的變電站一次設備狀態監測系統[J].通訊世界，2017（19）：231-232.

[7] 周聯雄.變電站一次設備過熱問題處理方案[J].機電信息，2019（32）：69-70.

[8] 林?？?變電站一次設備絕緣在線監測系統研究[J].通訊世界，2015（23）：111-112.