关于220KV智能变电站的在线监测研究

学术论文 2018-07-04 11:22:17
  随着经济的飞速发展,我国社会对于电力的需求不断增加,电力行业得到了巨大的发展和进步。在当前电力系统的发展过程中,各种智能化技术的应用,使得电力系统逐渐开始想着智能化的方向发展,智能电网、智能变电站不断涌现,推动了电力系统的持续健康发展。在电力系统中,变电站是输电和配电的枢纽结点,其运行质量直接影响整个电力系统的安全和稳定。因此,做好变电站的在线监测是非常必要的。 
  1 智能变电站在线监测的意义 
  智能变电站是伴随着智能电网发展起来的一种新型变电站,主要是利用先进可靠的智能设备,结合现代信息网络平台,自动实现对于信息的采集、测量、控制等基本功能,同时支持电网实时自动控制、智能调节以及协同互动等高级功能。与普通变电站相比,智能变电站有着显著的优势,具有良好的交互性和可靠性,同时可以有效减少对于环境的影响和破坏。不过,智能变电站在运行过程中,会受到各种因素的影响,产生老化、磨损,导致设备性能的下降,故障率提高,很可能会威胁整个电力系统的运行安全。对此,加强对于智能变电站的监测工作就变得非常重要。传统的监测方法是通过预防性试验或者定期停电检查的方式进行“计划检修”,不仅会影响人们的正常生活和工作,而且试验周期长、成本费用高,对于突发性设备故障也无法进行有效处理。对此,相关技术人员在现代通信技术、计算机技术、数字信号处理技术的基础上,提出了在线监测的相关概念,可以在不影响电气设备正常运行的前提下,实时获取设备的运行状态信息以及周边的环境信息,对设备是否存在故障隐患进行判断,同时及时给出预警信息,方便电力工作人员进行处理。因此,在智能变电站中,应用在线监测技术,是非常必要的。 
  2 220kV智能变电站在线监测系统的应用 
  2.1 变电站概况 
  某智能变电站是国家电网公司第一批试点及重点推广的220kV智能变电站,其一次设备主要包括:180MVA主变压器两台,高压侧220kV、中压侧110kV、低压侧10kV,在220kV侧,采用户外GIS,共11个间隔,在110kV侧采用户内GIS,共13个间隔,在10kV侧采用户内开关柜,共45个间隔。在线监测系统主要是针对变电站一次设备运行状态的监测,因此集中在主变压器、220kV户外GIS、10kV开关柜以及避雷器方面。 
  2.2 主变压器在线监测 
  对于主变压器而言,主要是油色谱在线监测,通过对变压器运行过程中油色谱的监测分析,可以及时发现绝缘油中存在的各种故障特征气体浓度和变化趋势,,如CO、C2H4等,对变压器可能存在的故障类型进行诊断和识别。在我国电力行业《变压器油中溶解气体分析和判断导则》中明确指出,分析油中溶解气体的组分和含量,是实现对充油电气设备的监测的最为有效的措施之一。对于变电运行管理人员而言,应该结合实际情况,利用气相色谱法,对油中各种气体的浓度和变化趋势进行分析,从而判断电气设备的运行状况。在该系统中,利用嵌入式处理器、IED(油中气体微水监测智能电子装置)以及相应的传感器设备组成在线监测智能组件,对主变压器进行实时在线监测。根据微水监测IED的监测结果以及变压器油色谱,可以对其内部各组分气体的浓度等进行分析,对变压器的运行状况进行评估,为主变压器的检修或者试验计划的制定提供科学的依据。 
  2.3 220kV户外GIS在线监测 
  220kV户外GIS在线监测的主要内容是SF6气体密度、温度以及微含水量,这是因为SF6状态是影响GIS设备的重要参数,SF6气体的密度决定了高压电器的绝缘和灭弧性能,关系着GIS设备的运行安全。220kV户外GIS在线监测系统主要由光电转换器、IEC61850规约转换器、SF6气体密度监测设备等组成。通过安装在断路器SF6气体补气口位置的SF6气体密度传感器,可以对其密度和温度信号信号进行采集,经温压补偿后,SF6密度信号会按照4-20mA的形式,传输到智能终端,经智能终端的整理、滤波、数字转换等处理,将信号转变为数字量的形式,通过专用的以太网送至间隔层设备,从而实现对于断路器SF6状态的在线监测。SF6在线监测系统可以通过相应的密度微水传感器,将密度微水信号上传到在线监测IED,由IED的智能数据处理模块对数据信息进行分析和处理,之后将气室的相关参数,如SF6气体密度、微水含量等上传到主控室,就能够实现对于GIS设备气室SF6气体密度和微水的在线监测。 
  2.4 10kV配电柜在线监测 
  10kV配电柜在线监测系统的主要功能,是对开关静触头的温度进行监测,对开关导电性能进行诊断,减少和避免开关柜故障的发生。在当前经济发展的带动下,各种电器设备不断涌现,对于电力的需求也在不断增加,开关柜负荷的增大会使得流经开关触头的电流增大,进而造成开关静触头的温度升高。结合流经开关触头的电流大小以及静触头的温升情况,可以计算出开关闭合状态下动触头和静触头的接触电阻。如果接触电阻过大,会影响开关的导电性能以及带负荷能力,造成触头温度过高,影响开关柜的使用安全。而10kV开关柜在线监测系统可以针对开关接触电阻和静触头温度进行监测,一旦发现电阻过大或者温度过高,系统会立即向变电运行管理人员发出警报信息,提醒其进行处理,同时提供合理的检修意见,保证变电站的稳定可靠运行。 
  2.5 避雷器在线监测 
  在该变电站中,采用的是金属氧化物避雷器,具有反应速度快、体积小、使用寿命长等优点,但是由于这种避雷器内部没有间隙,在长时间的运行中很容易出现阀片非线性电阻特性劣化等问题,引发MOA故障,影响变电站的运行安全。对此,做好避雷器的在线监测同样是非常重要的。避雷器在线监测的主要内容,包括220kV进线避雷器、主变高压侧避雷器、110kV母线避雷器等的全电流和阻性电流。在避雷器接地回路中,串接相应的监测设备单位,利用毫安表对通过避雷器的漏电流有效值进线监测,可以判断避雷器内部是否存在受潮现象,元件是否存在异常等,帮助管理人员做好变电站运行维护工作。在该工程中,将避雷器电流监测装置设置在避雷器附近,综合监测单元则设置在站内控制室的专用机柜内,利用RS485通信协议进行信息的传输,同时经过IEC61850规约转换器以及光纤交换机,可以讲避雷器的实时运行状态传输给监测单元,保证在线监测的效果。 
  3 结语 
  总而言之,在经济发展的带动下,社会对于电力的需求不断增加,智能电网已经成为电力网络发展的一种必然趋势。作为智能电网的重要组成部分,智能变电站的作用和意义都是非常巨大的,做好变电站一次设备的在线监测,保障变电站的稳定运行,是当前电力工作人员需要重点考虑的问题。
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