变电站电力设备状态监测技术分析

摘要：随着电网建设的加快，电力的安全运行越来越重要。对电力设备运行状态及时、准确的掌握，离不开电力设备状态监测装置检测性能的准确和可靠性。如何保障变电站设备安全运行是本文讨论的重点。

关键词：变电站；电力设备；状态监测；检测试验

中图分类号：TM63 文献标识码：A

1 变电站电力设备状态监测装置

按照被监测对象的不同，电力设备的状态监测装置分为变电设备状态监测装置、输电线路状态监测装置及电力电缆状态监测装置。

1.1 变电设备状态监测装置

目前常见的变电设备状态监测装置主要有变压器油中溶解气体在线监测装置、变压器局部放电检测装置、铁心接地电流检测装置、电容型设备及金属氧化物避雷器绝缘在线监测装置、GIS及SF6断路器气体压力和湿度在线监测装置、GIS局部放电在线监测装置、GIS及SF。断路器分合闸线圈电流在线监测装置等。

1.2 输电线路状态监测装置

较为成熟和广泛应用的输电线状态检测装置主要有输电线路气象监测装置、导线温度监测装置、微风振动监测装置、等值覆冰厚度监测装置、导线舞动监测装置、导线弧垂监测装置、风偏监测装置、现场污秽度监测装置、杆塔倾斜监测装置、图像视频监控装置等。

1.3 电力电缆状态监测装置

电力电缆状态监测装置主要为光纤测温在线监测装置。

2 状态监测装置检测试验

2.1 通用检测试验

电力设备状态监测装置性能检测试验是为对监测装置满足的功能情况进行检测试验。监测装置检测试验一般需要满足以下几方面需求：

（1）装置基本功能检验

对装置基本功能的检验试验通常按照现场配置方案组成在线监测系统，给监测装置通电，施加相应信号，分项检验在线监测装置是否具有监测、数据记录、报警、自诊断等功能。

（2）装置电气性能检验

对装置电气性能检验试验主要是对装置绝缘性特性、耐冲击特性进行检验。变电设备状态监测装置的电气性能试验主要按"GB/T7261继电保护和安全自动装置基本试验方法"第19章的规定和方法进行绝缘电阻、介质强度、冲击电压等试验。输电线路状态监测装置根据检测对象种类不同，一般进行可见电晕和无线电干扰试验、短路电流冲击试验或雷电冲击试验。

（3）装置电磁兼容性检验

对装置电磁兼容性检验主要按照"GB/T17626电磁兼容试验和测量技术"中的规定和方法进行静电放电抗扰度、射频电磁场辐射抗扰度、脉冲磁场抗扰度、工频磁场抗扰度等抗扰度试验。

（4）装置环境适应性检验

装置环境适应性检验主要按照"GB/T2423电工电子产品环境试验" 的规定和方法进行高温、低温、恒定湿热、温度变化、交变湿热等试验。

（5）装置外壳及机械性能检验

装置外壳及机械性能检验主要对装置外观、防护等级、振动、冲击、碰撞、运输等进行检查或试验。

（6）装置通信功能检验

装置通信功能检验主要按照现场配置方案组成在线监测系统，给监测装置通电，利用在线监测装置上位机通信软件对监测装置进行通信检测，运行上位机通信软件的计算机与监测装置通过通信网络连接。通常检测数据传输速率整定情况、数据传送功能等。

除了以上通用的检测试验外，不同状态监测装置由于监测对象不同，其结构和工作原理有很大区别，在对其某些性能进行检测时常常需要采用差异化的试验方法进行试验。下面简要介绍几种典型监测装置的检测试验方法。

2.2 变电设备状态监测装置

（1）变压器油中溶解气体在线监测装置

变压器油中溶解气体在线监测装置是安装在变电站油浸式高压设备（如油浸式电力变压油浸式电抗器等）本体上或附近，可对油中溶解气体信息进行连续或周期性自动监视检测的装置。一般由油样采集、油气分离、气体检测、数据采集与控制、通信与辅助等部分组成。按照监测气体成分的多寡分为多组分监测装置（即监测变压器油中溶解气体成分6种及以上的监测装置）和少组分检测装置（监测变压器油中溶解气体成分少于6种的监测装置）。

与离线变压器油中溶解气体检测相比，在线监测装置具有监测及时、反映缺陷快速的特点，这也因此对其测量的准确性和敏感性提出了要求。在对变压器油中溶解气体状态监测装置性能检测试验介绍中，着重介绍其测量误差试验和交叉敏感性试验。

（1）测量误差试验

受试状态监测装置处于正常工作状态，将标油接入受试装置进行分析测试，试验期间不允许进行任何设置。同时取相同油样用实验室气象色谱仪进行分析测试。以实验室气象色谱仪测量结果为基准。试验均通过标油进行，标油中所含气体成分浓度应该包含最低检测限值、最高检测限值以及介于两者之间、气体含量大致成等差关系的4个其他浓度。部分油样可以包括多气体成分，也可以是单气体成分。各油样中气体成分的测量误差按以下公式计算，监测装置的测量误差需符合表1、表2中要求。

（2）交叉敏感性试验

交叉敏感性即某一气体含量的测量不应受到其它气体成分的大小的影响。

①配制一油样，其中一氧化碳CO含量>1000μL/L、二氧化碳CO2含量>1O000μL/L，氢气H2含量

② 配制一油样，其中一氧化碳CO含量>1000μL/L、二氧化碳CO2含量>10000μL/L，氢气H2含量>500μL/L，烃类气体含量

（2）电容型设备及金属氧化物避雷器绝缘在线监测装置

电容型设备/金属氧化物避雷器绝缘在线监测装置是用于对电容型设备/金属氧化物避雷器的绝缘状态参量进行连续实时或周期性自动监视监测的装置。

（1）测量误差试验

如下图1所示，将待测的电容型设备/金属氧化物避雷器绝缘在线监测装置接于状态参量模拟装置（由若干电容、电阻及功率源等组成），将标准测试仪（高精度介损电容量/泄漏电流测试装置）接于同一个状态参量模拟装置，调整状态参量模拟装置的工作状态，同时测得在多个测量点的介质损耗因数、电容量以及全电流及阻性电流值。将两者在各测量点的测量值一一比较，以标准测试仪检测数据为基准，计算测量误差， 电容型设备绝缘在线监测装置的测量误差需符合表3中测量误差要求，避雷器绝缘在线监测装置的测量误差需符合表4中测量误差要求。测量误差计算公式如下：

电容型设备在线监测装置测量点的选取，应在全电流和介损的测量范围内选取包括最低监测限值、最高检测限值以及其他4个测量点在内的共6个测量点，电容量应选取至少4个典型值，包括100pF、800～1300pF范围内选1点、5000pF、lO000pF及以上选1点。

金属氧化物避雷器绝缘在线监测装置测量点的选取，应选取包括在线监测装置最小可测量全电流值、最大可测量全电流值以及其他4个电流值在内的共6个不同的电流值。

（2）接入安全性试验

电容型设备在线监测装置若采用穿心电流互感器取样方式，要求设备末屏接地引线各处连接牢固，符合通流能力要求；回路导线最小截面积≥4mm2，需要时进行通流能力校验。要求对电流信号输入端

（包括串联元件方式串入的元件）进行0.1s/1000A交流电流通流能力试验及2ms/400A方波电流冲击试验。试验之后，要求接地线连接正常，受试装置工作正常，试验后测量值不超过表3所示的误差限值。

金属氧化物避雷器绝缘在线监测装置要求金属氧化物避雷器接地线各处连接牢固，符合通流能力要求。对于与计数器并联接入的在线监测装置，不应影响计数器计数功能。与计数器串联接入的在线监测装置，应满足避雷器通流容量，材质宜采用多股铜导线。受试装置还应在正常工作状态，对电流信号接入端进行10μs/20kA 冲击电流和2ms/400A方波电流试验，要求受试装置工作正常，试验后测量值不超过表4所示的误差限值。

2.3 输电线路状态监测装置

输电线路状态监测装置种类较多，这里介绍两种常见的装置试验。

（1）导线温度监测装置

导线电流耐受试验

将接触类导线温度采集单元安装在导线上，处于工作状态，进行如下导线通流试验：① 将导线电流从零升流至导线允许电流，然后降流至零，重复3次。

对导线通以允许电流值的电流，连续运行48h。试验期间及试验结束后，导线温度采集单元应能正常工作， 电气系统无损坏。

（2）温升试验

在环境温度为20 5℃的条件下，将接触类导线温度采集单元安装在400mm2的导线上，对导线通以800A电流，测量导线表面温度、导线温度采集单元夹具及表面的温度。导线温度采集单元夹具及表面的温度应不超过导线表面温度。

（3）等值覆冰厚度监测装置的覆冰试验

在受试装置运行状态下， 工作温度在-5℃～0℃之间，湿度90%以上，使装置结冰；工作温度保持0C30min后，降至-5℃ ，再保持30min后逐渐升至0C，重复3次。整套受试装置应运行正常，数据稳定。

3 检测试验中需解决的问题

状态监测装置的检测试验是否准确、有效，与试验模拟现场条件相近度有很大关系。在很多情况下，实验室不具备模拟输变电设备正常运行条件下电源容量、环境特性等，如对GIS设备局部放电信号的监测、对高压电缆光纤测温的监测以及部分输电线路运行环境的模拟等。这就给这些状态监测装置检测试验的实现提出了挑战。要找到解决此类试验困难的途径，还需不断丰富实验室技术手段，搭建更完备的试验平台，同时考虑利用现场设备运行提供的系统资源，在保证电网安全的前提下，对状态检测设备开展性能测试试验。

结语

随着输变电设备状态监测技术的不断发展提高，还会有越来越多的新型监测装置涌现并投入到电网系统实际应用中。对状态监测装置性能质量的检验把关不仅是对此类产品发展的规范促进，更是保证电网设备状态实时可控的需要。因此研究和完善状态监测装置性能试验方法也将是持续性工作，也将成为电力系统不可或缺的常态化工作之一。

参考文献

[1] 变电站智能设备规约仿真分析系统，2009.

[2]王风雷. 电力设备状态监测新技术的应用研究， 2009.