在线监测系统在智能变电站中的应用

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　　摘要：各种基础设施的完善有助于智能电网的研究，智能变电站作为智能电网的一个最重要、最关键的“终端”，本文论述了智能变电站设备检修和监测技术现状，分析了各种设备在线监测系统的参数，提出智能变电站在线监测系统的实现方案。
　　关键词：智能电网；智能变电站；在线监测
　　
　　1 引言
　　 智能变电站是智能电网建设的重要组成部分，变电站作为电网的重要一环，设备的安全运行是实现坚强智能电网的关键。变电站一次设备在线监测尚无统一的技术标准，在智能变电站中，IEC61850标准为组建在线监测网络，将不同设备在线监测的相关数据信息整合提供了有效途径。许多学者对数字化变电站内主要一次设备在线监测技术进行了研究，应用IEC61850 建立了检修辅助决策系统。
　　 电力设备近年来在线监测技术发展很快，绝大多数变电站设备及发电机、电缆、线路绝缘子等都有在线监测项目。但是也存在一些问题：变电站自动化系统信息共享程度较低，综合利用效能还未充分发挥；主控室里各种设备监测系统各自独立运行，不仅浪费了空间资源和计算机资源，同时也增加了值班人员的工作量，必须在不同的计算机之间进行大量的操作。
　　 目前，我国智能变电站一、二次设备作为变电站的重要资产，及时、全面掌握设备的运行状态、健康状况及其所处环境等要素对于变电站乃至整个电网的安全稳定运行至关重要，实现变电站设备的状态检修对于提高设备运行可靠性、降低运行维护费用等意义重大。
　　2 智能变电站
　　 智能变电站作为智能电网的重要组成部分，根据智能变电站技术导则，其定义为：智能变电站是采用先进、可靠、集成的智能设备，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制等基本功能，并可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能的变电站。这个概念使得更加可靠、高效的实时监控设备装设在变电站。
　　 由于更多自动化、网络化设备的应用，智能变电站尤其应加强自动装置、网络交换机等设备的在线监视，将设备的自检诊断信息、运行工况信息等通过标准协议，送达变电站监控系统进行可视化展示，并通过远传装置发送到上级调度/集控系统为电网实现基于状态监测的设备全寿命周期综合优化管理提供基础数据的支撑。
　　3 智能变电站在线监测
　　 智能变电站中设备主要包括过程层设备（包括变压器、断路器、隔离开关等一次设备）、间隔层设备（继电保护装置、系统测控装置等二次设备）、站控层设备（包括自动化站级监视控制系统、站域控制、通信系统、对时系统等设备）。
　　3.1 过程层设备监测
　　 过程层设备在线监测的主要项目有: 变压器、断路器、电容器、MOA 避雷器以及气体绝缘组合电器（GIS，Gas Insulated Substation）等。
　　 目前国内外对变压器、高压断路器等电力设备的在线监测都做了大量深入研究，监测的范围也越来越广泛。智能开关设备（包括断路器和刀闸）是过程层数字化的重要组成部分。开关设备配有电子设备、数字通讯接口、传感器和执行器，不但具有分合闸基本功能，而且在监测和诊断方面具有附加功能。GIS等SF6电气设备的绝缘性能是确保其安全运行的重要条件，设备内部中的金属微粒、粉末和水分等导电性杂质是引发GIS设备故障的原因。设备存在导电性杂质时，因局部放电而发出不正常声音、振动、产生放电电荷、发光、产生分解气体等异常现象。因此局部放电是GIS设备状态监测重要对象之一。
　　 过程层设备主要监测参数如表1 所示。
　　 表1 过程层电力设备在线监测项目
　　
　　
　　
　　 变电设备在线监测系统包括在线监测数据集成平台、容性设备在线监测系统、断路器在线监测系统等几部分组成。通过对以上设备的在线监测，来实时监测其绝缘性能和运行状态，并在出现异常时能及时报警。
　　3.2 变电站运行环境监测
　　 无人值班变电站运行环境远程监测系统，应包括视频和安防功能，实现运行情况监视、入侵探测、防盗报警、出入口控制等；还能够实现室内环境温湿度监测，以及室外环境温湿度、雨量风速监测等主要功能。利用单片机技术、紫外线、红外线等技术，对智能变电站现场的绝缘放电、环境温度、环境湿度等情况进行实时监测和记录，并通过通讯网络传输到预警系统主站，作为设备运行工作状况的辅助评估。
　　 变电站运行环境远程监测系统中的视频和安防信号传至集控中心，视频监视和安防功能宜紧密集成。当发生报警时，远程视频监控终端能自动切换至相应摄像机，同时传送报警信息和相关图像，并自动在地理图上提示报警位置及类型；支持一点报警多个摄像机联动和多点设备联动。视频处理单元应能对站内摄像机进行自检和故障报警，实现联动并及时准确跟踪事故点，同时远传到集控中心，从远端实现及时掌控。
　　3.3 电缆、开关柜测温
　　 电力系统的一次电气设备一般由断路器、变压器、开关柜等电气设备组成，其相互之间由母线、引线、电缆等连接。由于电流流过产生热量，所有的电气故障都会导致故障点温度的变化。如开关柜内部触头接触不良、插接偏心不正等原因导致设备受损；高压电缆接头、连接器导体部分接触不良引起异常过热，是大型事故的征兆。所以电缆接头、高压开关柜的在线温度监控，是电缆和开关柜安全的重要保障。
　　 目前，国内电力测温主要应用红外点测仪和红外成像仪，但都无法实现开关柜内如断路器、刀闸联接点和触头测温，对全封闭金属铠装柜更是无法触及，所以高压开关的触点等空间有限的电气设备基本上都是处于无监控的状态下运行。
　　 系统采用基于光纤布拉格（FBG）原理的准分布式光纤光栅测温，具有良好的绝缘耐压性能和稳定的工作特点， 采用星型拓扑结构布置测温点， 避免了光纤在开关柜内部的迂回布线，解决防污闪问题。
　　3.4 在线监测系统整体结构
　　 智能变电站在线监测系统包括智能设备监测终端、通信网络以及综合监测分析系统。基于单片机和总线技术的智能型监测终端安装在设备运行现场，其主要功能是对各智能设备采集的数据采用透明转发技术，通过以太网接入光纤网实现实时信息的可靠传送。
　　 位于数据信息中心的远程服务器数据采集平台具有向现场采集仪发送通讯命令、接收和处理信息数据、对电力设备的运行状况进行评价和分析，故障报警、故障诊断等功能，并负责将处理后的设备信息数据送入开放式实时数据库，等待设备运行状态信息查询，或供其它系统调用，如与有关数据进行融合，建立电力设备运行与检修管理数据中心，分析处理结果可作为变电站设备状态检修的依据。
　　4 结论
　　 智能变电站的发展和成熟对建立坚强智能电网有重要意义。智能变电站在线监测系统运用当前国内外最先进的通信和检测技术，实现对变电站设备各项性能参数的实时监测，达到对变电站设备健康状况及运行环境的智能化实时采集、分析变电站主设备的各项数据，实时对运行设备的状态进行跟踪和监测，及时发布故障告警及检修信息，使智能变电站有效成为智能电网变电环节的重要组成部分。
　　
　　参考文献
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