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状态监测系统在智能变电站中的应用


状态监测系统在智能变电站中的应用
发布时间:13-12-13 来源: 扬州市科发电气有限公司 点击量:894 更多

状态监测系统在智能变电站中的应用 电力设备在运行中经受电、热、机械的负荷作用,以及自然 环境的影响,长期工作会引起老化、疲劳、磨损,以致性能逐渐下降, 可靠性降低,设备故障率逐渐增大,危机电力系统的安全运行,因此 需要对这些设备的运行

状态进行监测。变电设备状态监测通常有离线 检测和在线监测两种方式。 1 离线检测技术 长期以来,电力设备依赖于定期离线检测,离线检测可以在设备 运行时采集样本或数据,通过仪器、设备等在实验室对样本进行检测 分析或对数据进行分析加工,根据设备运行数据、缺陷记录、停电试 验等手段发现设备故障的征兆,通过分析设备可能发生故障的原因和 部位,从而引出处理的方法。离线检测具有非实时性的特点,试验结 果有一定的滞后性,不能反映设备运行的当前状态,只能检测一些常 规数据,在防止事故方面有很大的局限性和不足,不能全过程地反映 设备运行条件下的各种状态,对突发性故障无法提前预知。离线检测 需要停电离线进行,试验时间长、工作量大,越来越制约电力设备的 安全运行。 2 在线监测技术 在线监测的实质是要求分析设备的当前状态及未来趋势,在发生 故障之前提出检修计划,做到防患于未然,是状态设备的技术基础之 一,在智能变电站中占有越来越重要的地位。在线监测技术指在电气 设备的运行状态下,通过特殊的试验仪器、仪表装置,对被测的电气 设备进行的检测,用于发现运行中的电气设备所存在的潜在性的故障。 它可以测出电气设备在所测时刻下的使用状态,便于及时发现设备的 隐患,了解隐患的变化趋势等,可以发现常见的电气设备在运行状态 下出现的所有问题。在线监测是智能变电站状态监测的主要实现技术 手段。 3 状态监测系统在曹植变电站中的应用 220kV 曹植变电站是我院设计的第一座智能变电站,该站状态监测 系统主要针对站内主要一次设备包括主变压器、气体密封组合电器(GI

S)、避雷器等实施状态监测,监测方式主要以在线监测方式。本变电 站规划 3 台主变压器,本期 2 台,均为三相自冷式;220kV 侧采用 GIS 设备,采用双母线接线方式,规划出线 6 回,本期 2 回;110kV 侧采用 GIS 设备,采用双母线接线方式,规划出线 12 回,本期 6 回。全场 22 0kV 电压等级按进出线间隔配置敞开式金属氧化锌避雷器。110kV 电压 等级按进出线间隔配置封闭式金属氧化锌避雷器。 3.1 系统功能结构 本站状态监测系统采用分层分布式结构,由传感器、智能组件 IED 及监测后台组成,各个状态监测单元通过统一的 IEC61850 协议与监测 后台系统通信。监测后台具有各种监测功能的数据采集存储、故障报 警、故障诊断等功能,系统功能结构如图 3.1-1 所示。 传感器是状态监测系统的关键组成部分,其性能直接决定整个系 统测量的准确性。本工程传感器层包括简单的电压电流传感器,也包 括复杂的采集装置,如油色谱、密度微水传感器。传感器采集到监测 数据后,通过模拟信号、RS-485 通信、网络通信等途径,将信息上送 到智能组件 IED,由智能组件 IED 对监测数据做初步的分析,然后将监 测数据及分析结果通过 MMS 服务上传至监测后台。 依据各监测部分需求的不同,本工程共采用了四种智能组件 IED: ①油色谱 IED,监测七气、微水;②变压器监测 IED,监测油温、铁芯 电流;③避雷器 IED,监测全电流、阻性电流;④GIS 密度微水 IED,监 测 SF6 密度、微水。 3.2 变压器在线监测 (1)系统概述 变压器在线监测系统完成对变压器油中气体,变压器顶层油温底 层油温和铁芯电流的监测任务。 (2)监测子系统 ①变压器油色谱及微水监测。变压器油色谱及微水前端采集装置 采集 H2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2、CO、CO2 气体含量和微水含量,并 将七气和微水含量原始数据及谱图通过 RS-485 通信方式上传至油色谱 IED,油色谱 IED 将接收到的各种气体含量通过二次抓峰处理和三比值 运算,得出各种气体浓度值及三比值诊断结论,并将此结果集以 IEC61 850 方式上传至监测后台,通过界面方式展示给用户。 ②变压器油温监测。顶层油温监测采用主变自带铂电阻温度传感

器,经主变端子箱内变送器转变为 4-20mA 直流信号,接入主变状态监 测系统控制柜内变压器监测 IED。底层油温监测采用铂电阻温度传感器, 传感器输出直接引入主变状态监测控制柜内,经变送器转为 4-20mA 信 号,接至变压器监测 IED。变压器油温监测相关的数据分析功能为温度 告警。 ③变压器铁芯电流监测。变压器铁芯电流监测采用 2 级量程穿芯 式电流互感器,互感器输出信号直接接入主变状态监测控制柜内,接 至主变监测 IED。变压器铁芯电流监测相关的数据分析功能为铁芯电流 越限报警。 ④变压器负荷电流监测。通过变压器的负荷电流采样值信号,对 负荷电流进行监测,为变压器过负荷报警。 另外,基于变压器负荷温度曲线等基础数据,采集负荷电流、油 温、油中气体等运行状态,通过负荷电流及油温数据,估算变压器带 负荷的能力;通过油温及油色谱分析,对变压器绕组是否存在过热点进 行分析判断。 3.3 GIS 密度微水在线监测 (1)系统概述 GIS 微水密度在线监测系统对水分控制采取水分对 SF6 气体体积比 (10-6)的形式,内置的密度微水传感器通过 RS-485 总线将监测数据远 传到微水监测站,能够实时准确测量 SF6 气体微水含量。 (2)系统结构 密度微水传感器通过 RS-485 通信方式接入密度微水 IED,每只密 度微水 IED 可支持 8 通道,每通道配置 8-12 只密度微水传感器。CIS 每气室配置一只密度微水传感器,不替代原有密度表,就近安装于原 密度表旁边。 220kV 微水密度 IED 安装于 220kV 监测控制柜内,220kV 监测控制 柜与 220kV GIS 汇控柜并列布置。110kV 微水密度 IED 安装于 110kV 监 测控制屏,110kV 监测控制屏放置在 GIS 室。 3.4 避雷器在线监测系统 避雷器在线监测系统包括传感器和 IED 两部分。传感器负责采集 避雷器全电流和电压信号,用于在线监测避雷器阻性电流大小和动作 次数,输出信号接入避雷器 IED,主要完成全电流和阻性电流计算,显 示及超标告警功能。

曹植站状态监测系统中总共配置了 6 台避雷器监测 IED,其中两台 用于 110kV GIS 系统,均安装在 110kV GIS PT 间隔智能监测控制柜内, 与柜内的数据交换机相连,与监测后台通信;两台用于用于 220kV GIS 系统均安装在避雷器附近的户外场所,与 220kV GIS 智能监测控制柜 内的数据交换机连接;两台用于主变系统,均安装在主变智能监测控制 柜内,与柜内的数据交换机相连,与监测后台通信。 3.5 监测后台说明 (1)软件架构 装置平台软件系统基于成熟的自动化监控技术,在监控系统的核 心平台上进行应用开发。系统分为数据采集系统和上层软件应用两层 结构。 (2)系统用户管理 用户可以通过用户管理界面对系统用户进行管理,包括增加、删 除、更新用户,更改密码等。 (3)高级应用 随着对状态监测认识的逐渐加深和基础数据的不断完善,更多的 应用功能得以实现,为电力设备的状态检修提供了有力支撑。高级应 用是体现状态监测系统价值的重要部分。 ①油中溶解气体三比值故障类型分析。对油中溶解气体的分析采 用的是目前已经成熟的数据模型,如三比值法、大卫三角形、立体图 示法。在上层应用中对油中溶解气体测量的历史数据进行三比值分析, 并绘制大卫三角形、立体图示,进而给出分析结论。该分析方法具备 良好的准确性和稳定性,能够对变压器可能出现的几种故障类型进行 有效地分析,包括低温过热、中温过热、高温过热、局部放电、低能 放电、低能放电兼过热、电弧放电、电弧放电兼过热等情况。 ②避雷器纵向对比变化分析。根据氧化锌阀片劣化后全电流变化 不大而阻性电流增加的趋势,采取测试数据纵向比较法,比较历次测 试阻性电流在相同干扰条件下的变化量,当观测到阻性电流有逐渐升 高且增高速度逐渐上升的现象出现时,可判断为阀片受潮或老化,从 而及时发现 MOA 的早期故障。 ③变压器过负荷时油温、色谱关系综合分析。当变压器过负荷运 行时,其油温、色谱均会有变化,对其中的曲线关系进行综合对比分 析,能够有效的评估和判断变压器的过负荷能力,在不影响正常使用

年限的情况下,能够使变压器负荷能力在全年得到充分利用。 GIS 系统综合分析。一是 GIS 密度、微水分析系统。GIS 气体密度 下降会使 SF6 气体绝缘性能和灭弧性能降低。水分的凝露会导致设备 内的沿面放电,SF6 在电弧的作用下分解,和水反应生成剧毒和腐蚀性 气体,这些都会危及 SF6 电气设备的安全运行。二是 GIS 局部放电分 析系统。GIS 局部放电 IED 的数据分析功能可提供各种局部放电类型的 发生可能性百分比,实现了对具体发生的局部放电类型提供评判数据, 包括移动粒子、浮动电极、突出电极、绝缘缺陷等。通信处理单元作 为连接监测 IED 与监控后台的中间单元,用于处理 IED 上传的信息, 再以文件形式上传给系统平台。 4 结论 状态监测系统通过各种监测单元实时采集站内主要设备的运行数 据,通过 RS485 总线或以太网与主机相连,实现了对站内主要变电设 备的实时在线监测功能,为生产运行提供直接依据和支撑数据,为智 能变电站在线状态监测系统的建设提供借鉴。


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