超特高壓變電站中在線監(jiān)測技術的應用分析

國網(wǎng)安徽省電力有限公司超高壓分公司 許 堯 許旵鵬 臧 偉 于和林 穆云龍

作為整個電網(wǎng)系統(tǒng)中的重要樞紐載體，變電站的各個環(huán)節(jié)設備都切實關乎生產(chǎn)生活安全穩(wěn)定，一旦變電站出現(xiàn)問題，整個電力系統(tǒng)都將受到波及，極有可能造成火災、范圍停電甚至爆炸等事故。在我國圍繞信息智能化建設電網(wǎng)的當下，在線監(jiān)測技術可實現(xiàn)對變電站的動態(tài)實時監(jiān)測，對運行中的信息進行自動化采集、處理，從而確保在變電過程中每個環(huán)節(jié)的正常運行。在日常的運行中，在線監(jiān)測技術也可通過對設備運行信息的分析來判斷設備情況，如出現(xiàn)設備功能下降或預兆則可于出現(xiàn)問題前進行及時檢修，并由此進一步對超特高壓變電站運行進行安全性保障。

1 如何對超特高壓變電站應用在線監(jiān)測技術及其必要性

1.1 何為超特高壓設備在線檢測技術

高壓設備是變電站運轉的基礎配件，隨著智能變電站的推廣，傳統(tǒng)的電網(wǎng)運轉技術逐步轉換為現(xiàn)今的在線監(jiān)測技術。外國電力部門較早開始對高壓設備進行系統(tǒng)地在線監(jiān)測，時至今日高壓設備的在線監(jiān)測已被有效地應用于電氣系統(tǒng)；這項技術也使得電子技術和傳感器的聯(lián)系更為緊密，將在線監(jiān)測技術應用于智能變電站的高壓設備，還需考慮自動收集設備信息的情況，并通過傳感器對設備狀態(tài)進行分組，以便在實際中使用。

此外，外置傳感器的設計應考慮到不對相關技術的準確性產(chǎn)生影響[1]。過程中可向數(shù)據(jù)網(wǎng)絡上傳數(shù)據(jù)進行備份，如現(xiàn)場檢查數(shù)據(jù)和系統(tǒng)缺陷數(shù)據(jù)，可明晰一系列的流程中設備的情況，進一步指導分析設備狀態(tài)。高壓設備具有不同的運行特點，主要表現(xiàn)在故障的頻率和這些故障產(chǎn)生的影響兩方面。為正確使用在線監(jiān)測技術須對需求予以明確，并為智能化超、特高壓變電設備創(chuàng)造基本條件；同時需了解故障的類型和所呈現(xiàn)的特征，從而制定相應的對策，也需提供足夠的技術支持，以確保在線監(jiān)測技術能夠準確完成檢測。

1.2 在線監(jiān)測技術投入實際應用的必要性

經(jīng)濟增長和生活水平的提高，提升了人類社會對電力的需求和對供應穩(wěn)定性的依賴程度。目前傳統(tǒng)方式中對設備所使用的監(jiān)測技術、控制和維護方法并不能很好地滿足當今的用電需求，傳統(tǒng)方法檢修設備采用定期檢查，而在對電力高度依賴的當下應對實時檢測進行推廣。定期檢查往往忽略了電網(wǎng)在發(fā)生故障時的實際運行情況，而將糾正工作交給扁平化的故障處理；雖從經(jīng)驗看也可解決問題，但卻不能保證電網(wǎng)系統(tǒng)中各設備的安全和穩(wěn)定[2]。與之對應的是，在線監(jiān)測技術在實際運行中避免了這一問題，因為超、特高壓設備的在線監(jiān)測技術可讓維護人員了解整個電網(wǎng)的運行狀況，不僅提高了設備維護的效率還有效降低了維護成本。

2 在線監(jiān)測技術在超特高壓變電站不同設備上的應用

2.1 變壓器

因變壓器的正常運轉對于保證電力系統(tǒng)的安全性、可靠性和經(jīng)濟性非常重要，所以在電力系統(tǒng)的日常運行中應竭盡所能地避免和減少變壓器的故障和事故。作為電力系統(tǒng)中必不可少的昂貴設備，變壓器負責電壓轉換、電力分配和傳輸。當下超、特高壓變壓器在線監(jiān)測系統(tǒng)包括安裝于其上的一系列高性能傳感器，用于持續(xù)收集和監(jiān)控動態(tài)信息；通過系統(tǒng)自動收集數(shù)據(jù)的智能監(jiān)測裝置收集、存儲和處理監(jiān)測所得數(shù)據(jù)，并為趨勢預測和維護提供一整套監(jiān)測工具。監(jiān)測數(shù)據(jù)由一個智能專家系統(tǒng)收集、存儲和處理，從而對趨勢進行預測，為維護提供解決方案。

2.2 電壓、電流互感器

在線監(jiān)測技術的電容監(jiān)測工作是檢測電容性設備的電容量，并分析所檢測到的電容數(shù)據(jù)，以了解整個設備的實際工作狀態(tài)，該技術使用起來相對簡單方便且較為穩(wěn)定。超、特高壓電網(wǎng)的設備在線監(jiān)測技術主要關注的設備有電壓、電流互感器等，其絕緣特性直接影響到整個電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性和安全性，因此對電容設備的絕緣特性進行實時監(jiān)測具有重要的現(xiàn)實意義。

2.3 斷路器

電力系統(tǒng)運轉中，當監(jiān)測設備連接到斷路器時，通過監(jiān)測裝置的動觸頭持續(xù)工作來收集斷路器的運行信息?？杀挥米鞣治鰯嗦菲魍焦收系膮⒖家蛩赜斜O(jiān)測設備運作時的速度和行程信息，在線監(jiān)測技術被用來監(jiān)測和分析各種測試對象的連接狀態(tài)和運行條件，這種監(jiān)測必須是連續(xù)且與斷路器的運行同步的。斷路器的分閘時間必須被嚴格控制，只有保持控制狀態(tài)斷路器才能起到對電力系統(tǒng)的保護作用。在發(fā)生故障（如停電）的情況下，斷路器的長弧會導致接觸點燒毀和爆炸。此外，確保斷路器的分合閘時間同步也很重要，如果時間不受控制則變壓器也會處于異常接入狀態(tài)，從而產(chǎn)生過電壓問題。

2.4 避雷器

在電力系統(tǒng)中，許多配電變壓器和電纜線都將避雷器用于防雷保護裝設，如果配電系統(tǒng)的避雷器出現(xiàn)損壞則可能出現(xiàn)許多嚴重后果。如避雷器沒有完全穿透則其漏電電流會增加，導致線路損耗增加；如果避雷器被完全擊穿則會導致接地故障。由于避雷器的故障是無法直接觀測的，所以一旦出現(xiàn)這種情況就需要大量的人力和物力來尋找故障點?，F(xiàn)代的MOA在線監(jiān)測方法是對避雷器采用泄漏全電流法：即當MOA老化或潮濕時電流的電阻分量增加，這會導致總電流增加，因此可以利用這一特性來對MOA的工作狀況進行監(jiān)控。

目前大部分電力系統(tǒng)中使用氧化鋅材料的避雷器，通常用這種避雷器是無間隙的，其閥片部分長時間承受電壓，隨著系統(tǒng)運行持續(xù)輸出電流，同時如果其內(nèi)部元件受潮后或者受沖擊電壓，則會導致閥片部分溫度上升到熱擊穿點，產(chǎn)生熱崩潰；同時設備中的阻性泄露電流也會增加，閥片的使用壽命也會減少，或者無法使用。變電站中的氧化鋅材質避雷器發(fā)生故障時，非常容易對變電站和整個輸電線路的運轉產(chǎn)生不良影響，以至危害安全。因此，引入避雷器在線監(jiān)測系統(tǒng)可以保證及時監(jiān)測氧化鋅避雷器的運行狀態(tài)，保證輸電線路的安全正常運行，這對電力企業(yè)的可持續(xù)運營和輸電線路的安全供電至關重要。

在線監(jiān)測技術應用于氧化鋅避雷器的優(yōu)勢主要有兩點：一是可以及時地發(fā)現(xiàn)避雷器的異常狀況；二是可以實現(xiàn)即時性大范圍監(jiān)測。根據(jù)前文所述的避雷器原理可知，應用于氧化鋅避雷器的在線監(jiān)測技術應當主要注意監(jiān)測系統(tǒng)泄漏電流和動作次數(shù)，從而提升變電站運行的穩(wěn)定性，保證變電站避雷器的可靠運轉。

在線監(jiān)測氧化鋅避雷器的泄漏電流可以有效地反映出監(jiān)測時間段內(nèi)的絕緣狀況，這種技術應用于實際中，可以在運行現(xiàn)場進行廣泛監(jiān)測，可以掌握避雷器的即時電流數(shù)據(jù)狀態(tài)，盡最大可能保證線路運行安全。

一般而言，避雷器正常運行時的阻性電流分量是十分之一到五分之一的總電流量，并持續(xù)保持在這個安全范圍內(nèi)，通過技術手段可以及時監(jiān)測和發(fā)現(xiàn)數(shù)值的變化。反之，如果避雷器的閥體部分出現(xiàn)問題，則會造成電流流動不正常等問題，引起絕緣性能的嚴重下降，使得容性電流變少、阻性電流激增。因此，通過對阻性電流分量的在線監(jiān)測技可以確保避雷器順利和安全地運行。

2.5 氟化硫封閉式組合電器

GIS設備是指變電站各種電氣設備（除變壓器外）共同組裝而成的封閉金屬外殼內(nèi)的設備，在這個密封的金屬外殼中，充滿六氟化硫或六氟化硫混合氣體，從而使得導線對金屬外殼和端口之間形成絕緣[3]。目前使用的GIS主要用于監(jiān)測局部放電和大氣壓力等指標。局部放電表明存在內(nèi)部缺陷，導致電脈沖、電磁波和超聲波的產(chǎn)生，因此就演生出相應的電脈沖檢測、超高頻檢測和超聲波檢測方法來對進行在線監(jiān)測。

GIS設備的優(yōu)勢有如下四點：大大縮小電氣設備所占用的體積和占地面積；因六氟化硫氣體的絕緣性，有效縮短距離，且因電氣設備占地面積和空間體積與絕緣距離之間均呈現(xiàn)正相關，所以電壓等級越大，對絕緣距離的縮短和對占地面積空間體積的減少意義更為重大，在超、特高壓變電站中這一點尤為明顯；GIS設備有助于優(yōu)化電網(wǎng)系統(tǒng)、加強變電站的建設，為滿足近城市地區(qū)電力需求和工業(yè)電力需要奠定了堅實基礎；超、特高壓變電站多在相對惡劣的自然環(huán)境（如高海拔、嚴重污染和鹽霧地區(qū)等）建設，因其空間和地理環(huán)境的局限性，傳統(tǒng)方法建造的變電站無法適應[4]，此時采用GIS就可以輕松應對區(qū)域空間產(chǎn)生的限制。GIS設備的在線監(jiān)測可以有效防止六氟化硫氣體泄漏，保證工作人員的生命安全。

2.6 針對超特高壓變電站出現(xiàn)的特有問題

誤報多。針對實際應用的研究表明，局部在線監(jiān)測設備的誤報比較多，準確率約在十分之一左右，而且因為出現(xiàn)的故障可能是不可逆的，一旦沒有警告或警報顯示，則可能造成極為嚴重的后果。在實際工作的應用中，在線檢測技術對其他因素非常敏感，稍有不慎就可能導致檢測效果不佳，從而導致高誤報率，降低了檢測效率。

傳感器故障。在實施過程中，六氟化硫封閉式組合電器在線檢測設備有高達八成以上的故障率，這是其內(nèi)置傳感器故障頻發(fā)所導致的，又因為GIS的結構導致了維修困難，這大大降低了設備的利用率；相關技術人員的缺失。一般來說，超、特高壓變電站設備對局部放電故障進行檢測時，需要在實際完成在線檢測技術的安裝和應用過程之前，由有資質的相關技術人員進行檢測，這樣可以提高在線檢測技術的應用水平。

3 目前在線監(jiān)測技術應用有待改進的方面

數(shù)據(jù)查詢方面。運營和維護人員不得不花費大量時間來尋找在線監(jiān)測數(shù)據(jù)，例如，如果檢測六氟化硫氣室的在線壓力，監(jiān)測系統(tǒng)需要檢查全站的每一個氣室是否有故障，就必須逐一測試氣室，并分析所得的圖表，以人為地確定是否存在故障。這不僅耗費時間，而且可能導致對故障的誤判其他方法如油色譜法，在線監(jiān)測只能從某個時間點開始，因此不能對歷史數(shù)據(jù)進行分析或比較[5]。

數(shù)據(jù)分析方面。大多數(shù)情況下，超、特高壓電站的在線監(jiān)測系統(tǒng)只能依靠單一維度的數(shù)據(jù)來發(fā)布提示和警報。如六氟化硫室的壓力低會觸發(fā)警報，但六氟化硫氣室內(nèi)部的壓力也由各種外部的因素影響，如溫度、負荷和氣室密封性。目前的在線監(jiān)測無法分離出哪個因素是影響了警報的關鍵因素，也無法提前檢測到哪些氣室在泄漏，所以需要考慮所有的因素，在這大量的數(shù)據(jù)中找到隱藏的規(guī)律，探索數(shù)據(jù)的價值，并使用多變量分析來預測和診斷六氟化硫氣室的泄漏缺陷。

數(shù)據(jù)利用方面。現(xiàn)有的在線監(jiān)測技術只是在數(shù)據(jù)值超過設定的閾值時發(fā)出提示來反映設備的狀態(tài)，但如今要求電力系統(tǒng)的可靠性越來越高，這意味著要盡可能對檢測所得數(shù)據(jù)進行細致分析，從而確定設備的運行狀態(tài)，預先確定故障設備，有針對性地進行預防和維護，從而大幅降低故障發(fā)生的概率。

4 結語

超、特高壓變電站設備的在線監(jiān)測技術實施，需要技術人員利用在線監(jiān)測系統(tǒng)和適當?shù)牟僮?，來監(jiān)測儲油罐、避雷器、變壓器和六氟化硫封閉式組合電器等的狀況。當變電站設備連接到一個在線監(jiān)測系統(tǒng)時，搭載系統(tǒng)的監(jiān)測裝置也應被監(jiān)測，以確保變電設備不受到負面影響。此外，必須確保系統(tǒng)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，通過與現(xiàn)代先進的技術相結合，可預見的是在線監(jiān)測技術在未來能夠得到更好的發(fā)展。同樣，技術人員也必須提高他們的專業(yè)技能，以便高效地對電網(wǎng)進行運行狀態(tài)監(jiān)測。