變電檢修中在線監(jiān)測技術的使用研究

王廷艷

[摘要]變電站是一個非常復雜的系統(tǒng)，在運行過程中發(fā)生故障也在所難免，因此變電站的故障檢修則十分重要。本文從在線監(jiān)測技術使用現(xiàn)狀出發(fā)，分析了在線監(jiān)測技術的工作原理與關鍵技術，以期為研究人員提供理論參考和依據(jù)。

[關鍵詞]計算機網(wǎng)絡；安全防護；網(wǎng)絡信息

[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2015.42.138

隨著智能電網(wǎng)技術的不斷發(fā)展，運用物聯(lián)網(wǎng)技術的狀態(tài)檢修成為了變電檢修的主流模式。而狀態(tài)檢修的核心技術，就是對高壓電設備的運行狀態(tài)進行在線監(jiān)測，以便準確評估高壓電設備的運行狀態(tài)，制訂合理的檢修計劃。因此，對在線監(jiān)測技術的研究成為了一個國內外電力行業(yè)的熱門研究方向。

1在線監(jiān)測技術相關概念

1.1在線監(jiān)測概念

在線監(jiān)測，指的是在狀態(tài)檢修時，運用各類傳感器與測量方式對可以反映出高壓電設備工作狀態(tài)的一些化學、物理參數(shù)進行監(jiān)測。在線監(jiān)測的主要目的是通過這些數(shù)據(jù)，分析監(jiān)測設備是否在正常運行。在線監(jiān)測主要通過實時監(jiān)控的方式進行，主要包括重點維護性監(jiān)測和日常保護性監(jiān)測。其中，重點維護性監(jiān)測指的是通過實時監(jiān)控或定期檢查，監(jiān)測設備的缺陷，避免嚴重故障的發(fā)生。日常保護性監(jiān)測，則主要通過對設備實時運行的參數(shù)進行監(jiān)測，并在易發(fā)生故障處設置專門的傳感器，以便實時反映設備的工作情況，一旦出現(xiàn)問題則及時預警進行檢修。

1.2在線監(jiān)測的內容

對高壓電設備進行狀態(tài)檢修中在線監(jiān)測的主要內容包括：對信號的監(jiān)測、對傳感器的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理。詳細工作內容是：通過布置在設備上的各類傳感器（光、溫度、振動、語音等）來監(jiān)測設備的各類物理、化學參數(shù)，并將這些數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡傳輸、信號轉化，通過信息處理技術進行采集和處理，最后將信息傳輸?shù)街锌厥冶O(jiān)控主機的服務器內。其傳輸載體一般是光纖或電纜。

目前，國內常用的在線監(jiān)測系統(tǒng)有兩類：一類是集中式在線監(jiān)測系統(tǒng)，另一類是分散式在線監(jiān)測系統(tǒng)。其中，集中式指的是將監(jiān)測信號通過光纖全部傳輸?shù)街锌厥铱刂浦鳈C的在線監(jiān)測屏上，進行集中式的監(jiān)測。這種監(jiān)測方式可以迅速實現(xiàn)對所監(jiān)測信息的分析和處理，并可以設置成巡回自動監(jiān)測方式。監(jiān)測人員待在中控室，就可以監(jiān)控變電站所有高壓電設備的運行工作情況，其監(jiān)測方式較為靈活，監(jiān)測的容量大，便于開展設備運行狀態(tài)分析、診斷，常見的集中式在線監(jiān)測系統(tǒng)如下圖所示。分散式指的是運用專門的測試裝置，在每個需要監(jiān)測的高壓電設備附近獲取設備上所有傳感器的數(shù)據(jù)。這種監(jiān)測方法可以就地測量，結構簡單，不需要通過光纖傳輸，便于推廣。但這種監(jiān)測方法需要人工進行操作，不夠智能，不利于變電站智能化的推廣。

集中式在線監(jiān)測系統(tǒng)圖

2在線監(jiān)測技術的使用現(xiàn)狀

目前來看，我國對高壓電設備的在線監(jiān)測技術已有較多研究，對在線監(jiān)測技術的應用主要分為變壓器類的監(jiān)測、電容器設備類的監(jiān)測、避雷器設備的監(jiān)測、斷路器設備的監(jiān)測。

2.1變壓器的在線監(jiān)測技術

目前有數(shù)種在線監(jiān)測技術用以監(jiān)測變壓器的運行狀態(tài)，其中應用最廣泛的是使用氣相色譜法來監(jiān)測變壓器油里面溶解氣體的方法。

由于變壓器油在電和熱的作用下，會分解出H2、CO、CO2和多種低分子的烴類氣體，這些氣體的組成和氣體的生成速度會極大地影響到變壓器的故障類型和故障程度。目前對變壓器油氣體的實時監(jiān)測，是保證變壓器正常運行必不可少的工序之一。

但是氣相色譜法進行監(jiān)測，需要進行取樣—分離油氣—色譜分析三個步驟，操作較為煩瑣，監(jiān)測周期較長。近年來，我國已研發(fā)出一種小型的變壓器在線氣體監(jiān)測設備，可以對變壓器進行連續(xù)的監(jiān)測。這種監(jiān)測設備可以分為：測總體可燃氣體含量的監(jiān)測儀（TCG）、測多種氣體組分的監(jiān)測儀、測單一組分的監(jiān)測儀。其中，測TCG含量的監(jiān)測儀，可以測出所有可燃氣體含量的總和，但不能測出某一組分的單獨含量，且結構較為復雜，價格昂貴。測多種氣體組分的監(jiān)測儀，也叫作在線色譜儀，可以測量H2、CO、CO2三種氣體的各自組分。測單一組分的監(jiān)測儀，主要是測量H2。經(jīng)過試驗驗證，當變壓器內局部放電或者局部過熱時，其變壓器油分解的混合氣體中均有H2，因此通過測量變壓器油內H2的含量，就可以完成對變壓器的實時監(jiān)測。這種設備結構簡單，價格便宜，較為適用于對變壓器進行監(jiān)測預警和現(xiàn)場的初步故障診斷，既可以降低成本，也不會造成故障漏報。

2.2電容器的在線監(jiān)測技術

變電站的電容器設備主要分為：電容式套管、電流互感器等，電容器的絕緣狀態(tài)決定了其是否能正常運行。對電容器設備進行在線監(jiān)測，主要采用的是過零比較法來測量電容器的介質損耗角的正切值與電容量值來反映其絕緣狀態(tài)。

由于介質損耗角的正切值較小，其監(jiān)測結果極易受到各種因素的影響。過零比較法的原理是通過比較變電站的基準電壓波形與電容器設備的泄露電流的波形之間過零點的相位值，來計算出介質損耗角，從而計算出其正切值。還有一種較為常見的監(jiān)測方法是諧波分析法，主要使用傅氏變換來對電壓波形和泄露電流進行比較分析。由于傅氏變換可以用到三角函數(shù)的正交性，因此得出的解可以不受各種因素的影響，避免波形畸變等因素，可以極大地提高監(jiān)測的數(shù)據(jù)精度。在實際應用中，可以采用可靠的電壓、電流傳感器與適度分辨率的A/D轉換器，并運用傅氏變換對現(xiàn)場的干擾進行清除，就可以得出在線監(jiān)測的準確數(shù)據(jù)。

2.3避雷器的在線監(jiān)測技術

目前來看，十千伏電壓以上等級的變電站大多都使用了無間隙的氧化鋅避雷器（MOA），通過在線監(jiān)測MOA的阻性電流值的異常，就可以監(jiān)測到MOA是否老化或者發(fā)生故障。對MOA阻性電流進行監(jiān)測，是目前最主流的在線監(jiān)測手段。

目前我國已研發(fā)了多種對MOA阻性電流值大小的在線監(jiān)測裝置，對保障MOA正常運行發(fā)揮極大的作用。比如，日本的LCD-4監(jiān)測儀，主要通過從泄露電流里分離出阻性電流值的諧波分析法來監(jiān)測MOA的運行狀態(tài)，還有運用交流電的伏安特性變化來監(jiān)測阻性電流值，以此分析MOA運行狀態(tài)的方法。

2.4斷路器的在線監(jiān)測技術

斷路器的重要原件是其操作線圈，使用各種測量電流的傳感器，可以對其操作線圈中形成的電流波形進行在線監(jiān)測，再通過對波形變化數(shù)據(jù)的分析與解讀，分析出斷路器的運行故障。

而斷路器觸頭的磨損狀況監(jiān)測，則需要監(jiān)測12T的積累量，由于電流是由互感器的二次側決定，時間是由開關輔助接點的動作時間決定的。其監(jiān)測主操作桿的機械負載情況，則是由開關剛分與剛合還有接觸壓力、連桿斷裂、松動、卡死、設備負載特性等各個機構的輸出特性來反映其設備的真實性能。

當前斷路器在線監(jiān)測有三樣主要的方法：一是記錄斷路器分合閘操作行程——時間特性曲線，將其機械運動參數(shù)進行提取，從而監(jiān)控其操作運動特性，以此來對其中存在的機械故障進行判斷；二是對操作線圈中的電流及其電壓波形進行監(jiān)測，有利于對拒動和誤動等機械故障進行判斷；三是斷路器在運行中，會產生一些機械振動的信號，其含有比較豐富的信息，可以對其進行體外監(jiān)測，對振動信號進行分析，從而對高壓開關機械系統(tǒng)的相應狀態(tài)進行有效診斷。

2.5電能質量的監(jiān)測

目前，電能質量類型的在線監(jiān)測工作主要目標是：對不同種類的電能質量的指標進行實時更新與測量，通過數(shù)據(jù)的采集，對于電力系統(tǒng)運行狀況進行觀察和記錄，并進行科學的動態(tài)分析工作；綜合每個監(jiān)測到的指標特征，對電能質量進行分層監(jiān)測；準確識別與提取各種監(jiān)測信息，并對其進行理性分析。

3結束語

綜上所述，隨著電力技術的進一步發(fā)展，在線監(jiān)測技術作為一種新型的監(jiān)測手段，也逐漸應用到變電維修中，可以極大地提高變電檢修的效果以及變電站的智能程度和穩(wěn)定程度，其應用具有十分重要的作用和意義。

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