鈕凱 吳建倫 孟龍

摘要：變電站是利用電流互感原理來實(shí)現(xiàn)變壓，用于滿足不同情況下的供電需求，是供電網(wǎng)絡(luò)的核心。其工作的穩(wěn)定性和可靠性直接決定了供電設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。變電站在工作過程中需要承受極大的電壓和變壓沖擊，因此各類電器元件的工作穩(wěn)定性較低，易產(chǎn)生損壞，嚴(yán)重影響供電安全性。目前主要依靠人工定期巡查的方式對變電站的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行維護(hù)和調(diào)整，其效率低下、維護(hù)及時(shí)性差，一旦出現(xiàn)故障需要對變電站進(jìn)行全面排查，耗時(shí)長，給用電企業(yè)造成嚴(yán)重的損失。

關(guān)鍵詞：變電站;自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng);應(yīng)用研究

一、變電站自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)

根據(jù)變電站的組成及自動(dòng)控制需求，本文所提出的變電站自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)主要包括遠(yuǎn)程控制單元、本地控制中心及自動(dòng)監(jiān)控單元，系統(tǒng)采用了模塊化的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，便于進(jìn)行擴(kuò)展和控制，能夠?qū)崿F(xiàn)對變電站核心部件運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測，提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，其整體結(jié)構(gòu)。

該系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制單元和本地控制中心之間采用光纖連接，可確保數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)姆€(wěn)定性和數(shù)據(jù)量。通過遠(yuǎn)程控制中心下達(dá)調(diào)節(jié)控制指令，實(shí)現(xiàn)對變電站相應(yīng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的遠(yuǎn)程調(diào)控，確保緊急情況下的運(yùn)行安全。

本地控制中心主要是對自動(dòng)監(jiān)測單元的監(jiān)測數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析和處理，及時(shí)識(shí)別出異常信息并報(bào)警，同時(shí)接受遠(yuǎn)程控制中心的調(diào)節(jié)指令，直接控制各設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的調(diào)整。自動(dòng)監(jiān)控單元主要分為變壓器監(jiān)控、容性儀監(jiān)控、避雷器監(jiān)控、開關(guān)儀監(jiān)控四個(gè)部分，分別對相應(yīng)的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，確保設(shè)備的運(yùn)行安全性。系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)傳遞采用工業(yè)以太網(wǎng)，能夠滿足大容量數(shù)據(jù)快速傳輸?shù)男枨螅瑫r(shí)具有較強(qiáng)的抗干擾能力。

在監(jiān)控系統(tǒng)中廣泛地采用了ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，將各個(gè)監(jiān)控子單元的監(jiān)控信息傳輸?shù)絽f(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)內(nèi)，經(jīng)過數(shù)據(jù)分析處理后將數(shù)據(jù)通過RS232數(shù)據(jù)通信接口傳遞給本地監(jiān)測中心，將相關(guān)信息顯示在本地監(jiān)測中心內(nèi)，本地監(jiān)測中心一方面能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，另一方面能夠滿足遠(yuǎn)程控制信息的轉(zhuǎn)換需求，確保監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

二、變壓器運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測

變壓器是利用電磁感應(yīng)的原理來改變交流電壓的裝置，是變電站的核心設(shè)備。變壓器的故障類型主要包括接地短路、相間短路、過電流等，經(jīng)過對變壓器故障機(jī)理的分析發(fā)現(xiàn)，90%以上的故障發(fā)生時(shí)變壓器內(nèi)部均會(huì)產(chǎn)生局部放電的現(xiàn)象，因此對變壓器運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測采用了特高頻監(jiān)測法。在監(jiān)測的過程中將變壓器的繞組分別進(jìn)行中性點(diǎn)接地，利用電流監(jiān)測方法對變壓器局部放電量進(jìn)行監(jiān)控，獲取具體的放電值和放電位置。

由于發(fā)生故障時(shí)的放電量較小，而且變壓器內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生大量的干擾電流，因此為了確保監(jiān)測的準(zhǔn)確性，采用了分段微電流監(jiān)測的方法。數(shù)據(jù)采集儀將對局部放電電流的采集頻率進(jìn)行調(diào)整，每個(gè)采集周期設(shè)置為300ms，在本時(shí)間段內(nèi)獲取的最大采集電流均默認(rèn)為該區(qū)間的最大放電電流，同時(shí)系統(tǒng)對電流值進(jìn)行數(shù)字化放大處理，確保在雜波干擾下的監(jiān)測精確性。根據(jù)實(shí)際監(jiān)測結(jié)果分析，該監(jiān)測方案能夠?qū)崿F(xiàn)對0.01μA電流值的監(jiān)測，完全滿足變壓器在故障狀態(tài)下放電電流的精確監(jiān)測需求。

三、GIS運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測

GIS（氣體絕緣金屬封閉開關(guān)）是變電站的重要組成部分之一，其運(yùn)行的安全性直接決定了變電站能否正常工作。由于采用了全封閉結(jié)構(gòu)，因此傳統(tǒng)監(jiān)測方案中均未對GIS的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測。經(jīng)過對GIS運(yùn)行情況的監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)GIS在發(fā)生故障前均會(huì)產(chǎn)生局部放電現(xiàn)象，而且會(huì)持續(xù)較長的時(shí)間，而GIS故障發(fā)生的最主要因素是內(nèi)部水分超標(biāo)。但由于變電站在工作的過程中存在大量干擾，因此利用電壓互感的方式進(jìn)行GIS故障電流監(jiān)測的方式無法滿足監(jiān)控需求。

該運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)采用了水分監(jiān)測和局部放電監(jiān)測相結(jié)合的方式[4]，避免了單一監(jiān)測方案存在的誤報(bào)警情況。對GIS內(nèi)部水分的監(jiān)測采用了內(nèi)置式的露點(diǎn)變送器、壓力傳感器和溫度傳感器，通過對以上三種數(shù)據(jù)的監(jiān)測，判斷出內(nèi)部水分的含量，并通過數(shù)字量轉(zhuǎn)換后傳輸?shù)娇刂浦行摹植糠烹婋娏鞯谋O(jiān)測，則采用了超高頻天線對絕緣子產(chǎn)生的電磁脈沖量，通過信號(hào)濾波處理后進(jìn)行數(shù)字量轉(zhuǎn)換并傳遞到控制中心。控制中心通過對水分和局部放電電流的綜合評(píng)估來確定GIS設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，從而有效確保變電站的運(yùn)行安全性。

四、容性裝置運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測

變電站的容性裝置主要包括電壓互感器及一些含有套管的高壓設(shè)備，這些容性設(shè)備是整個(gè)變電站的重要組成部分，其數(shù)量多、分布廣泛，也極易出現(xiàn)故障，而且當(dāng)變電站出現(xiàn)運(yùn)行故障時(shí)會(huì)導(dǎo)致容性裝置的容性電流發(fā)生顯著變化。通常情況下，由于容性裝置分布較廣，因此難以進(jìn)行全面的監(jiān)控。通過對變電站容性裝置運(yùn)行情況的分析，本文提出了一種采用對泄漏電流、耦合電容變化情況等進(jìn)行監(jiān)測來判斷變電站全局運(yùn)行狀態(tài)的方法。

五、應(yīng)用情況分析

對變電站進(jìn)行智能化改造，增加自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，對變電站的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。統(tǒng)計(jì)表明，采用新的自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)后，能夠自動(dòng)地對變電站的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)變電站出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行報(bào)警和修正，若超過一定時(shí)間系統(tǒng)未修正完成則系統(tǒng)開啟報(bào)警，同時(shí)顯示異常位置，幫助維修人員進(jìn)行快速定位;自應(yīng)用以來，變電站運(yùn)行故障率降低72%以上、故障處理時(shí)間降低了89.3%，顯著地提升了變電站的運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性。

結(jié)束語

綜上所述，目前針對變電站運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測采用人工巡查效率低、維護(hù)及時(shí)性差、運(yùn)行故障率高的難題，提出了一種新的變電站自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用了功能模塊化監(jiān)控的方案，實(shí)現(xiàn)了對變電站運(yùn)行過程的智能監(jiān)測、自動(dòng)報(bào)警及總體控制。實(shí)際應(yīng)用表明，該變電站自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)⒆冸娬具\(yùn)行故障率降低72%以上、故障處理時(shí)間降低89.3%，顯著提升了變電站運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。

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