電力設(shè)備在運(yùn)行中經(jīng)受電、熱、機(jī)械的負(fù)荷作用，以及自然環(huán)境的影響，長期工作會引起老化、疲勞、磨損，以致性能逐漸下降，可靠性降低，設(shè)備故障率逐漸增大，危機(jī)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，因此需要對這些設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測。變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測通常有離線檢測和在線監(jiān)測兩種方式。

1 離線檢測技術(shù)

長期以來，電力設(shè)備依賴于定期離線檢測，離線檢測可以在設(shè)備運(yùn)行時(shí)采集樣本或數(shù)據(jù)，通過儀器、設(shè)備等在實(shí)驗(yàn)室對樣本進(jìn)行檢測分析或?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行分析加工，根據(jù)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)、缺陷記錄、停電試驗(yàn)等手段發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障的征兆，通過分析設(shè)備可能發(fā)生故障的原因和部位，從而引出處理的方法。離線檢測具有非實(shí)時(shí)性的特點(diǎn)，試驗(yàn)結(jié)果有一定的滯后性，不能反映設(shè)備運(yùn)行的當(dāng)前狀態(tài)，只能檢測一些常規(guī)數(shù)據(jù)，在防止事故方面有很大的局限性和不足，不能全過程地反映設(shè)備運(yùn)行條件下的各種狀態(tài)，對突發(fā)性故障無法提前預(yù)知。離線檢測需要停電離線進(jìn)行，試驗(yàn)時(shí)間長、工作量大，越來越制約電力設(shè)備的安全運(yùn)行。

2 在線監(jiān)測技術(shù)

在線監(jiān)測的實(shí)質(zhì)是要求分析設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)及未來趨勢，在發(fā)生故障之前提出檢修計(jì)劃，做到防患于未然，是狀態(tài)設(shè)備的技術(shù)基礎(chǔ)之一，在智能變電站中占有越來越重要的地位。在線監(jiān)測技術(shù)指在電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)下，通過特殊的試驗(yàn)儀器、儀表裝置，對被測的電氣設(shè)備進(jìn)行的檢測，用于發(fā)現(xiàn)運(yùn)行中的電氣設(shè)備所存在的潛在性的故障。它可以測出電氣設(shè)備在所測時(shí)刻下的使用狀態(tài)，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的隱患，了解隱患的變化趨勢等，可以發(fā)現(xiàn)常見的電氣設(shè)備在運(yùn)行狀態(tài)下出現(xiàn)的所有問題。在線監(jiān)測是智能變電站狀態(tài)監(jiān)測的主要實(shí)現(xiàn)技術(shù)手段。

3 狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)在曹植變電站中的應(yīng)用

220kV曹植變電站是我院設(shè)計(jì)的第一座智能變電站，該站狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)主要針對站內(nèi)主要一次設(shè)備包括主變壓器、氣體密封組合電器(GIS)、避雷器等實(shí)施狀態(tài)監(jiān)測，監(jiān)測方式主要以在線監(jiān)測方式。本變電站規(guī)劃3臺主變壓器，本期2臺，均為三相自冷式;220kV側(cè)采用GIS設(shè)備，采用雙母線接線方式，規(guī)劃出線6回，本期2回;110kV側(cè)采用GIS設(shè)備，采用雙母線接線方式，規(guī)劃出線12回，本期6回。全場220kV電壓等級按進(jìn)出線間隔配置敞開式金屬氧化鋅避雷器。110kV電壓等級按進(jìn)出線間隔配置封閉式金屬氧化鋅避雷器。

3.1 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

本站狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，由傳感器、智能組件IED及監(jiān)測后臺組成，各個(gè)狀態(tài)監(jiān)測單元通過統(tǒng)一的IEC61850協(xié)議與監(jiān)測后臺系統(tǒng)通信。監(jiān)測后臺具有各種監(jiān)測功能的數(shù)據(jù)采集存儲、故障報(bào)警、故障診斷等功能，系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖3.1-1所示。

圖3.1-1狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

傳感器是狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，其性能直接決定整個(gè)系統(tǒng)測量的準(zhǔn)確性。本工程傳感器層包括簡單的電壓電流傳感器，也包括復(fù)雜的采集裝置，如油色譜、密度微水傳感器。傳感器采集到監(jiān)測數(shù)據(jù)后，通過模擬信號、RS-485通信、網(wǎng)絡(luò)通信等途徑，將信息上送到智能組件IED，由智能組件IED對監(jiān)測數(shù)據(jù)做初步的分析，然后將監(jiān)測數(shù)據(jù)及分析結(jié)果通過MMS服務(wù)上傳至監(jiān)測后臺。

依據(jù)各監(jiān)測部分需求的不同，本工程共采用了四種智能組件IED：①油色譜IED，監(jiān)測七氣、微水;②變壓器監(jiān)測IED，監(jiān)測油溫、鐵芯電流;③避雷器IED，監(jiān)測全電流、阻性電流;④GIS密度微水IED，監(jiān)測SF6密度、微水。

3.2 變壓器在線監(jiān)測

(1)系統(tǒng)概述

變壓器在線監(jiān)測系統(tǒng)完成對變壓器油中氣體，變壓器頂層油溫底層油溫和鐵芯電流的監(jiān)測任務(wù)。

(2)監(jiān)測子系統(tǒng)

①變壓器油色譜及微水監(jiān)測。變壓器油色譜及微水前端采集裝置采集H2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2、CO、CO2氣體含量和微水含量，并將七氣和微水含量原始數(shù)據(jù)及譜圖通過RS-485通信方式上傳至油色譜IED，油色譜IED將接收到的各種氣體含量通過二次抓峰處理和三比值運(yùn)算，得出各種氣體濃度值及三比值診斷結(jié)論，并將此結(jié)果集以IEC61850方式上傳至監(jiān)測后臺，通過界面方式展示給用戶。

②變壓器油溫監(jiān)測。頂層油溫監(jiān)測采用主變自帶鉑電阻溫度傳感器，經(jīng)主變端子箱內(nèi)變送器轉(zhuǎn)變?yōu)?-20mA直流信號，接入主變狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)控制柜內(nèi)變壓器監(jiān)測IED。底層油溫監(jiān)測采用鉑電阻溫度傳感器，傳感器輸出直接引入主變狀態(tài)監(jiān)測控制柜內(nèi)，經(jīng)變送器轉(zhuǎn)為4-20mA信號，接至變壓器監(jiān)測IED。變壓器油溫監(jiān)測相