变电站在线监测系统运行现状及其实用化改造

刘哲+安会+郭小燕+闫佳文

一、变电站在线监测系统概述

随着变电站大规模的建设和电力系统电压等级的提高，对电网安全稳定运行的要求日益提高，因此，变电站在线监测系统成为了电网发展的必然趋势。但实际变电站在运行的在线监测装置并没完全发挥其应有的效果，一些关键问题亟待解决，本文以某供电公司220kV变电站在线监测系统为依据，分析在线监测系统的优势与目前存在的突出问题[1]。

二、220kV变电站在线监测系统

220kV变电站于2011年12月建成投运，是国内较早投运的220kV智能变电站，共220kV、110kV、10kV三个电压等级，其中220kV、110kV电压等级为室内SF6封闭式组合电器布置，在线监测系统的广泛应用是该变电站重要技术特征之一。

该变电站在线监测系统主要包括变压器油色谱在线监测、SF6气体在线监测、开关柜光纤测温、避雷器全电流监测等部分。一次设备状态参数的传输采用分布式光纤系统，通过传感器采集信号、经信息采集单元（IED）收集，通过光纤传入后台主机，经综合数据网上传至省公司信息中心，一线生产人员可通过PMS生产管理系统的状态监测项目栏查看被监测设备状态及运行参数。

三、在线监测系统的结构

该变电站的在线监测系统的呈金字塔结构，监测装置的传感器位于最下层，负责采集一次设备的相关数据，信息采集单元（IED）位于第二层，该设备布置在组合电器的汇控柜内部，负责收集、初步整理数据，并将数据上传至主控室后台监控主机，最后经综合数据网上传至PMS生产管理系统。

四、在线监测系统的工作原理

1、电网设备状态参数的收集

（1）变压器油色谱监测装置

该变电站共两台220kV变压器，分别设置了独立的油色谱在线监测装置，通过强制油循环的方式，将变压器油传送至真空脱气装置，将产生的甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、氢气、水分通过高纯氮气传送至色谱柱，色谱柱将分析结果传入信息采集单元IED，信息采集单元（IED）将监测结果上传至后台监控主机。

（2）SF6气体监测装置

该变电站220kV与110kV组合电器共133个气室装有SF6气体监测装置，监测SF6气体的微水含量、密度、压力等项目，采用目前较流行的阻容法测量SF6气体相关参数，当SF6气体微水含量增大时，气体的介电系数首先发生变化，导致传感器内置监测单元的电容量发生变化，通过计算電容量，同时通过温度补偿计算，得出准确的结果，经信息采集单元（IED）上传至后台监控主机。

（3）避雷器泄露电流监测装置

该变电站避雷器在线监测装置只监测避雷器的全电流与雷击次数，没有对阻性电流进行监测。其监测原理是通过传感器在避雷器计数器引线部位监测电流的大小，通过信息采集单元（IED）上传至后台监控主机，需注意的是同一间隔的避雷器与SF6气体监测装置共同使用一组信息采集单元（IED）。

（4）开关柜光纤测温监测装置

该变电站的10kV开关柜采用光纤测温的原理，将光纤探头布置在开关柜内易发热的部位，当温度发生变化时，光纤内部SiO2分子发生变化，造成相应的光栅发生变化，反射光的波长发生相应变化，从而换算为温度，达到监测目的。

2、信息收集与信号传输

数据上传至设备附近的信息采集单元（IED），经初步整理后通过光纤上传至后台监控主机，后台监控主机位于保护室，后台监控主机通过普通的双绞线，将信息传至综合数据网屏内的服务器，最终与PMS生产管理系统对接。

五、在线监测系统目前存在的突出问题

该变电站在线监测系统的监测项目共包含变压器、SF6气体、避雷器、开关柜4大类，其中SF6气体监测传感器运行中损坏最多，变压器油色谱在线监测装置运行较稳定，监测数据与离线测试吻合。

目前存在的突出问题为：

（1）在线监测系统初期施工安装不到位

主要表现在运行中监测装置的设计缺陷，例如：SF6气体监测装置运行时，断路器分合闸时的震动，造成RS485信号线从固定螺母中脱落，造成数据无法上传至汇控柜中的信息采集单元（IED）。由于RS485信号线为多股铜线通过螺母与垫片压紧的方式固定在传感器尾部，在收到较大震动时，易造成脱落。

（2）厂家设计与技术问题

主要表现在信号受干扰，上传数据不准确。例如：

（a）避雷器在线监测装置在运行中，出现上传数据乱码的错误，其原因是避雷器泄漏电流监测传感器的电源线与信号线排列较近，信号受干扰，造成数据上传错误。

（b）在线监测后台主机运行不稳定，出现卡顿、死机等故障。由于监测装置实时上传数据，后台主机计算量较大，造成后期运算速度较慢。

（c）SF6气体监测传感器内部的电路板多次损坏。

（d）该变电站站3号变压器油色谱在线监测的信息采集单元（IED）电源模块损坏。

六、实用化改进建议与应用前景

1、在线监测系统实用化改进建议：

（1）现场物理装置的设计要考虑设备运行环境。

在线监测装置的设计与安装应考虑与一次设备同等情况的运行环境，首先应有较高的抗电磁干扰能力，其次在恶劣的自然环境下仍能可靠工作，如在风雨雪天气、夏季高温炙热的环境下，仍能实时上传准确的数据。

（2）装置的设计、安装位置要考虑后期调试、更换方便。

在线监测装置主要有电子元件、通信装置组成，与一次设备相比，容易发生故障，甚至损坏，因此在设计初期，就应考虑后期维护更换事宜。

（3）后诊断与报警模块要符合一线生产的实际应用。

当前在线监测装置主要通过PMS生产管理系统将数据上报至一线生产人员，然而PMS对在线监测模块并未进行系统的整合，只是简单的罗列出变电站上传的数据，未形成有效的预警系统，造成在线监测系统未能发挥其时效性。

2、在线监测系统的应用前景：

随着传感器和通信技术的发展，在线监测系统更加趋于集成化，随着变电站无人值守与状态检修策略的推广，降低运维检修成本，保证电网经济运行，已成为当前电网的发展趋势。在线监测系统为电网运行及设备检修提供第一手的状态参数和判断依据，电网设备在线监测便成为了第一道防线，在线监测系统必将成为电网安全稳定运行的第一道防火墙。

参考文献：

[1]黄新波.《变电设备在线监测与故障诊断》.中国电力出版社.