智能变电站一次设备在线监测系统分析

摘要：随着智能电网的飞速发展，一次设备在线监测系统作为变电站设备状态可视化的重要依托，对保证智能变电站的可靠运行至关重要。本文分析了一次设备运行信息的分类和收集方法。根据一次设备在线监测的原则和方法，提出智能变电站中在线监测的配置原则和管理建议。并对新一代智能变电站中在线监测系统应具有的体系结构和技术特点进行了研究，继而讨论了一个典型的在线监测系统方案。

关键词：智能变电站 一次设备 在线监测 配置原则

中图分类号：TM762 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）11-0069-02

目前，国家电网公司系统内投运的智能变电站达6000余座，然而，其在技术上、管理上和运维上存在一定问题。在总结现有智能变电站的经验教训后，国家电网公司自2013年起开展新一代智能变电站试点工作。其核心理念是通过系统融合和设备整合，采用一体化监控概念，在线监测系统作为变电站设备状态可视化的重要依托，对保证智能变电站的可靠运行至关重要[1-2]。

智能变电站的在线监测系统可以对变电站进行综合监测和故障诊断，并提供整体解决方案。安装在高压设备上的在线监测系统可以分析、诊断、预测正在或即将发生的故障，也可以区分故障性质、故障类型、故障程度及其原因，并根据该分析结果给出故障控制和解除措施，从而保障设备安全稳定运行。

1 在线监测系统结构

按照国家电网公司所的智能化和在线监测规范要求，目前智能变电站在线监测系统层次结构示意图如图1所示。

如图1所示，系统按照装置（IED）分为4层，包括站端监测单元、主IED、子IED和传感器（或监测装置）。站端监测单元是全站的后台，负责变电站的监视和管理；主IED按监测设备类型配置，子IED负责部分监测数据的采集及转发；传感器，或与传感器一体的监测装置，直接与被监测一次设备连接[3]。

2 设备信息收集和分类

2.1 设备信息的分类

智能电网中，与电气设备相关的所有信息包括波形、声音，图像应该是以数据的形式提供。为了便于收集和处理，一次设备的数据被分为五种：基础数据、操作数据、测试数据、在线监测数据、缺陷数据和事故数据。基本数据是静态的，这是一次设备的基本参数，其他数据是动态的。反映设备的操作条件的数据包括：电压、电流、断路器动作次数等。测试的数据包括：充电测试数据、常规测试数据和诊断试验数据，这些事由专业仪器获得的数据。

2.2 设备信息的收集

一次设备的信息是由通过监控设备的手动输入和自动采集收集的。

基本数据和测试数据由人工输入收集。目前，基本数据由制造商的说明书提供，并输入由操作者提供到操作和管理系统。测试数据是由维修人员，通过测试部门提供的测试报告输入。

设备的运行数据由通过监控设备的手动输入和自动采集收集。目前，大部分的操作数据是通过人工输入，以及部分数据由监控系统中的变电站收集诸如电压、电压、电流、开关设备的位置的信号，和变压器油的温度等。

在线监测数据来自在线监测设备。总体上，一次设备的监视数据被存储并限于在变电站或电厂应用。缺陷数据通常包含在测试、操作和在线监测数据中，被输入到操作和管理系统或数据中心。

事故数据由故障记录装置和保护装置自动收集并保存在监视系统，是电力系统中的最重要的记录，例如，根据电流断路器动作次数和故障电流，操作者能够估计当前断路器的寿命并提出维修计划，故障电流波形是选择断路器的重要依据。

3 一次设备在线监测的原则和方法

3.1 在线监测系统原则

在线监测的目的是在一次设备故障发生前发现存在的安全隐患，属于预防性监测范畴，并不具有实时性和可控性，因此，可重点从与一次设备整合，简化系统结构，提高实施维护效率等方面进行新一代智能变电站中的在线监测系统的分析[4-5]。

将在线监测装置或传感器与一次设备进行合理整合，为系统实施、测试、试验和维护等工作提供了便利条件。根据各种在线监测技术发展应用的实际情况，可考虑如下方式：

（1）传感器之间的整合。指能类似或相同或监测同一对象的传感器可以整合到一起或一起整合到同一个装置之中，从而减少传感传感器物理数量，增加一致性和稳定性。

（2）传感器与在线监测装置整合。即传感器部分融入监测装置部分，取消传感器与采集器之间的接线，实现二者紧密耦合。

（3）在线监测装置间的整合。考虑将统一类型的多个监测装置进行整合，将不同类型的监测装置在可能的前提下进行整合，将在线监测装置与传统表计整合等。

（4）传感器与一次设备整合。传感器与一次设备的整合可以说是新一代智能变电站在线监测技术深度发展的最为关键一环。在线监测传感器在机械结构上甚至电路上、磁路上难免要与一次设备本体有着较为紧密的耦合。因此，将传感器或装置作为一次设备的一部分进行统筹考虑、整体设计，确保一次设备和在线监测的稳定性和可靠性。

3.2 在线监测系统方法

目前，智能变电站的在线监测系统包括变压器油在线监测、变压器局部放电、色谱在线监测，变压器套管的绝缘、GIS局部放电和SF6气体。这些在线监测系统的目标是在变电站的主要设备，监测结果被广泛用于电气设备状态的维护、防止设备和人事故。

变压器在线监测包括绕组测温在线监测，油中气体在线监测，铁芯接地电流在线监测，局部放电在线监测，高压套管绝缘，其他非电量参数监测包括主油箱气体压力、顶层油温、底层油温）。

GIS（断路器）状态监测包括监测位置信息、分合闸线圈电流波形、分合闸时间、储能电机工作状态，局部放电监测，气体密度和微水在线监测。

避雷器在线监测系统利用避雷器运行时的接地电流作取样装置的电源，将泄漏电流的大小转换成光脉冲频率的变化，采用光纤取样、微机数据处理和数据通讯等一系列高科技手段，解决了避雷器泄漏电流测量、传输中的无源取样，高电压隔离和数据远传等关键问题和泄漏电流超标即时报警，实现了无人值班变电所对避雷器绝缘状况在线监测的自动化[6]。