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变电站一次设备在线监测系统

国际电力网  来源:输变电工程设计  日期:2018-10-09
    一次设备在线监测系统是实现变电设备状态运行检修管理、提升输变电专业生产运行管理精益化水平的重要技术手段。
 
  一、变电站一次设备在线监测系统的构成
 
  电气设备在线监测装置大致可分为两类:①集中式:在主控制室集中处理监测信息,这种方式自动化程度高,通常配有显示、发音和报警功能,可与远动系统连接,迅速向上级调度、指挥和监控部门传递信息,实现远程监督管理;②便携式:当需要与传感器接口对接,就立即能获得监测信息,并进行处理。由于变电站均采用了远动监控技术,所以一次设备在线监测装置可采用集中式。利用监测装置对不同的电力设备进行监测,通过总线把监测量传送到上位机,对电力设备的运行状态和绝缘状况进行分析、判断,指出是否进行检修和如何维护。监测装置结构如图1所示。
 
  监测单元构成分散监测层,这些监测单元对所连接设备进行监测,并且显示监测的主要参数;当地监控机构成变电站层在这一层,变电站人员通过当地监控机查看各个电力设备的运行状态和参数以及将来发展的趋势,计算机上的监测平台用图表等形式来显示各个电力设备的参数;监测单元通过RTU与调度中心相连,在调度中心实现电力设备远程监测。当地监控主机的软件可采用模块化结构,这种系统结构具有开放性,兼容性好,每次加人新的单元只是增加一个子模块,对现有的监测装置没有影响,扩展性强。
 
  二、在线监测装置选取原则
 
  在线监测装置的选取要符合现场具体情况,通常可按以下原则进行监测装置的选取。首先,在线监测装置的使用寿命必须大于被监测设备的使用寿命,可靠性也必须大于被监测设备的可靠性。其次,在线监测装置的监测量宜重点选择导致电力设备故障率最高的状态量,例如用避雷器对泄漏电流进行监测即可。再次,对重要负荷的间隔进行重点监测,例如要全面监测高压、超高压局放监测需上百个点,成本高昂,而通常发生绝缘故障的为少数盆式绝缘子,只须监测少数点即可。最后,适当要求测量精度,精度过高,成本也会更高,例如对母线的温度监测其监测精度小于1°即可。
 
  三、变电站一次设备在线监测方法和配置
 
  3.1避雷器在线监测
 
  避雷器在正常工况下因避雷器受潮、内部有缺陷等原因造成绝缘等级下降,接地的泄漏电流增大,这时遇到高电压就会发生故障绝缘击穿。避雷器在线监测主要是测量泄漏电流。该监测单元利用避雷器运行时的接地电流作取样装置的电源,将泄漏电流的大小转换成光脉冲频率的变化。采用光纤取样,微机数据处理和数据通讯等技术,解决避雷器泄漏电流测量、传输中的无源取样、高电压隔离和数据远传等关键问题和泄漏电流超标即时报警,实现避雷器绝缘状况在线监测的自动化。
 
  3.2隔离断路器状态监测配置
 
  1)SF6气体监测
 
  SF6开关因具有开断能力强、电器寿命长、端口电压高、结构简单及少维护等优点而在高电压领域得到越来越广泛的应用。然而电气设备在运行时,不可避免地会发生电气设备内的气体向外泄露而导致密度值下降的现象。同时气体的泄露也会导致电气设备外部的潮气渗透进入设备内部,引起设备内部气体中微水含量的增加。当断路器采用SF6气体作为灭弧介质时,如果SF6气体密度降低,断路器的绝缘水平随之降低,可能会引发断路器内部的放电短路故障。
 
  SF6气体的密度对SF6类电气设备的绝缘效果有很大的影响,气体压力的降低会极大地影响开关的开断灭弧性能,从而导致设备损坏;在SF6断路器等高压电气设备中,当SF6气体中的微水含量过高时,在电弧或电晕的作用下,SF6气体分解物会经水解反应产生毒性,对设备产生化学腐蚀,继而严重影响设备的正常运行。
 
  因此,对运行中电气设备气体中的微水及密度进行在线监测,可以对气体中的水分和密度进行合理控制,为开关的状态检修提供有效依据,对保证SF6开关的长期安全稳定运行具有中重要的作用。
 
  开关SF6密度和微水在线监测系统包括数据服务器、网络控制器和在线监控单元。监控单元采集到的数字信号通过CAN总线与网络控制器进行数据传输和连接,网络控制器以串行接口与数据服务器进行连接,实现SF6开关设备的气室密度和微水的在线监测,进而做出相应的诊断与联动控制,也可根据个性化的功能需求,灵活配置功能对象,降低用户总体投入成本。
 
  气体密度监测通过在开关设备上安装数字式密度监测单元进行测量。数字式密度监测单元的核心包括一只数字式压力传感器和一只温度传感器,数据经内部模数转换处理后直接输出数字信号,送到上位计算机。数字式密度检测单元与机械式指针密度继电器最大的不同是后者通过机械方式测量压力,由机械式温度补偿到20°C时的压力P20作为密度指示。而数字式密度监测单元采用电子式压力和温度传感器,测得气体的压力和温度值,而且可以随时监控到SF6气体的压力和温度值,有利于更全面地了解设备的工作状况。
 
  2)断路器机械特性监测
 
  高压断路器是电力系统一次设备中检修维护工作量最大的设备。传统检修主要集中在检修与断路器在规定周期内实际运行的小时数、分合闸操作次数、开断短路电流的次数、实际短路容量与断路器额定开断短路容量之比等因素有关的灭弧室、触头和传动机构。
 
  传统检修方式的不足之处主要表示为:
 
  离线试验需要停电进行,不少重要电力设备,轻易不能停电运行;
 
  停电后设备状态和运行中的设备状态有差异,影响判断的准确度;
 
  周期性定期检查而非连续性的监测,设备仍可能在间隔期间发生故障;
 
  检修造成人力、物力的浪费;
 
  反之维修过剩,操作频繁,有可能导致设备损坏。
 
  对断路器的重要参数进行长期连续的在线监测,不仅可以提供设备在运行时的实时状态,而且还能分析各种重要参数的变化趋势,判断是否存在故障的先兆,从而延长设备的维护保养周期,提高设备的利用率,减少维修保养的费用,提高电力系统运行的安全可靠性及自动化程度。
 
  测量断路器的跳、合闸线圈的动作电流,采用霍尔开口元件,转变为直流电流信号进行采集测量。
 
  测量断路器动作轴的位移,采用直线式光电编码器工作原理与旋转式光电编码器或CBD型差动变压器振动传感器,转变为直流电压信号进行采集测量。
 
  测量断路器的振动,可以采用压电式振动传感器,转变为直流电压信号进行采集测量。
 
  测量断路器触头的电寿命,可以通过在线计算断路器每次关合电流的电流值大小,结合不同类型的断路器特性,估算每次断路器动作的寿命损耗。
 
  断路器的机械特性检测,可以用过测量断路器的动作轴的振动性能和机械动作事件,利用机械性能模型计算。
 
  灭弧机构的绝缘检测,通过检测灭弧时间及是否存在重燃现象。
 
  测速器的安装:测速传感器在断路器的机械部分安装,各个制造厂在产品设计时都有专门的安装设计以及与之配套的测速器,安装相对简单。
 
  电流传感器的安装:采用穿心式电流互感器,将操作回路的导线穿过电流互感器,不会改变原操作线路的回路。
 
  3.3变压器在线监测
 
  变压器在线监测项目包括:油色谱在线监测、本体及套管介损、局放、瓦斯气体、压力释放、油流继电器、油位、变压器温度在线监测、接头温度红外监测等。其中,变压器油色谱气体监测系统采用用色谱分析原理,将传感器输出转换为标准的4-20mA电信号传输到状态监测服务器。
 
  3.4电气设备绝缘在线检测
 
  电气设备在长期运行中受温度、雷击及内过电压的作用,绝缘会逐步老化,导致内部微弱放电(称局部放电),如果不采取措施,则会导致设备绝缘击穿。传统的预防性试验只能在检修周期了解到设备状态,而不能了解设备运行中绝缘的变化情况。
 
  3.4.1电气设备绝缘在线监测的优点
 
  (1)不需要停电就可以了解运行设备的绝缘状况(包括变压器、电抗器局部放电位置)。
 
  (2)绝缘在运行电压下其缺陷容易暴露出来,预防性试验不容易发现其缺陷。
 
  (3)绝缘在线监测所提供的数据为设备的“状态修”提供了理论依据。
 
  (4)可对运行中电气设备的绝缘状态跟踪测试,及时发现设备内部的故障隐患。
 
  3.4.2电气设备绝缘的特征量
 
  电气设备绝缘状态通常是通过几个特征量来表示:
 
  (1)局部放电量,放电位置:设备内部绝缘若存在杂质、气泡,会导致其内部放电,严重时可能导致放电部位扩大,最后击穿。通常放电发生时,其放电量很小,测量和定位较困难。
 
  (2)介质损耗值(tgδ):是表明设备绝缘状态的重要指标,当一个设备的tgδ大时,说明设备绝缘受潮,电导电流增大等,设备正常时其tgδ值在0.1~0.8%之间。
 
  (3)漏电电流:对于一些设备不能测量tgδ值时,也可用测量漏电电流方法确定设备绝缘发潮或损坏程度。
 
  (4)设备电容值:设备中若进水时,电容值会增大,但漏油时,其电容值会减少,按规程规定,当电容值的偏差超出额定值-5~10%范围,应停电检修。
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