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摘要：为适应国家对电网改造技术提升的要求，推进电网安全运行智能化、监测数字化的需要，近年来，我国的电力工业加大对智能电网的建设，智能变电站逐渐成为新建变电站的主要形式。本文通过分析智能变电站的在线监测系统，在相关标准的要求下，加强对智能变电站的一次设备的在线监测进行分析，将各种全站设备状态的监测数据进行传输、诊断和汇总分析，从而可以为以后的智能变电站的一次设备的使用提供良好的参考依据。
关键词：智能变电站；一次设备；在线监测
在我国智能变电站的建设中，将变压器和开关等一次设备在线监测以及故障分析作为变电站建设的重要技术研究，对于各种在线监测系统的配置进行技术和结构分析。在研究中，将重点放在变压器、断路器和避雷器等在线监测上，促进智能电网建设的全面升级。
1.在线监测和智能诊断技术简介
一次设备的绝缘老化的发展具有统计性，速度难以预测，大多有一定的发展期。前期表现为设备的物理，化学，电气等特性变化的征兆，通过对获取的信息进行分析和处理，可对设备的可靠性做出预测和判断，从而及早发现潜在的故障，为设备的检修提供依据。
目前，国网提出了建设以信息化，数字化，自动化，互动化为基本技术特征的坚强智能电网，在变电环节要求建设智能变电站，需要安装智能化设备，这都对变电站设备的选择，数据的采集，通信，分析，和控制环节提出了智能化的要求。智能化设备要求具有信息就地处理能力，并可实现对设备健康状况的自我检查。智能变电站一次设备的在线监测和诊断技术通过安装传感器对设备的实时状态进行数据采集，分析，并进行设备的安全评估和故障诊断。目的是为了实现变电站智能化及无人值班。
2.在线监测和智能诊断技术特点
在线监测技术的研究始于20世纪80年代初，最近10年来，随着计算机通信技术，微处理器技术，故障诊断技术和多传感器信息融合技术的发展，一次设备在线监测技术达到了实用化阶段并不断进步。目前其研究重点转移到监测项目完善，研究符合智能电网建设需求的智能变电站在线监测与智能诊断系统。
（1）信息共享平台化。支持信息一体化平台化的要求，站内数据信息共享；满足集中监控，顺序控制，状态检修等要求；站控层一体化平台和电力数据网相连。
（2）信息展现一体化。站内系统信息平台把经过整合的信息资源展现给用户，提供给用户最全面的全方位监测和故障诊断信息，大大提高了信息系统的效率。
（3）监测目标全景化。对整个变电站关键设备包括变压器，开关设备等进行全面的状态监测，实现监测目标全景化。
（4）系统构架网络化。网络结构分为站控层，间隔层，过程层三层网络结构，系统按照IEC61850协议进行网络化的数据传输和网络化控制。
（5）设备状态可视化。系统基于自监测信息和经由信息互动获得的设备其他信息，通过智能组件的自诊断，以智能电网其他相关系统可辨识的方式表述自诊断结果，使设备状态在电网中是可观测的。
（6）全站信息数字化。对高压设备本体或部件进行智能控制所需设备状态参量及进行就地数字化测量。测量结果可根据需要发送至站控层网络或/和过程层网络。设备状态参量包括开关设备分合闸状态，OLTC分接位置等。
（7）监测功能模块化。监测功能可根据需求对监测项目进行灵活配置，各监测功能模块基于统一的通信协议，具有即插即用得特点。
（8）通信协议标准化。全站实现通信协议标准化（IEC61850标准）站控层具有智能高级应用，可以向外部提供统一的网络服务接口。
3.在线监测和智能诊断技术分析
电力工业的不断发展促进智能电网的出现，随着智能电网的逐步普及，智能变电站的应用也相应拓展，而且已经成为新建变电站的主要形式。智能变电站拥有先进的技术导则和智能设备，也具有可靠、集成、低碳、环保的特点。智能变电站的基本要求将全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为标准，实现各种准确信息的共享利用，通过先进技术的提升作用，电网的设置逐步智能和优化，可自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，并可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能，甚至实现与相邻变电站、电网调度等的互动，所以这些已经对变电站的一次设备状态在线监测提出更高要求。
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一次设备的在线监测功能在物理、化学和电气等领域的特性较为明显，通过采集、分析各种获取的信息，对设备的实用性和周期进行预测，可以及早判处故障，进行预防性处理，为设备的后期检修提供充足的依据。在变电站的智能建设方面，其设备和技术必须达到智能化要求，对获取的信息进行就地处理，检查设备的自身安全状况。智能变电站的一次设备在线监测和诊断技术主要通过传感器的实时监控来实现，对采集的相关信息进行分析和评估，促进变电站智能化的健康发展。
4.变电站系统功能结构和工作过程
在国家电网的智能化变电站的设计规范中，其监测系统已达到IEC61850的标准，并且利用先进的通信技术建立变电站统一的数据服务平台。各种监测系统的智能终端都是按照这一标准设置的，可以实现全站设备的检测数据顺利地传输和汇总，从而进行及时的诊断分析。
智能变电站的在线监测系统是一种分层分布式的结构，分为过程层、间隔层、站控层。过程层包含由一次设备和智能组件构成的智能设备、合并单元和智能终端，在过程层配备了现场采集单元和传感器，并且已由一次设备的生产厂家在生产过程中安置于设备中，而现场采集单元则需要按照不同的监测功能进行相应的配置，从而完成变电站电能分配、变换、传输及其测量、控制、保护、计量、状态监测等相关功能。例如，变压器的油中分为溶解气体状态和微水状态的监测单元，局部放电状态单元和避雷器状态监测单元等等。各种现场监测采集单元都会按照各类规定接入相应的监测系统子站。
在变电站的工作过程中，通过传感器采集电力功能的相关元件的状态信息，再利用点对点的传输形式传送到现场采集单元。一般而言，在变电站的监测现场，已经安装好了现场采集单元，将各种状态参数上传至监测中心。监测中心对各个监测单元进行管理，通过采集的监测数据进行分析，从而对各种电力功能元件进行诊断，将各种数据进行融合建立一定的数据库，作为检修的数据管理依据。同时，保持和监控后台的联系，如若出现各种故障，可以进行及时预警。
在全局的状态信息数据库，一次设备的状态信号发布，可以进行故障诊断和检修。不仅可以充分利用综合数据的信息数据，而且很多数据可以提供变电站自动化系统使用，可以随时监控设备的状态信息，还可以提供开关和保护动作等，为变电站的设备状态预警提供支撑。
5. 一次设备在线监测装置选取原则
在线监测装置的选取要遵循一定的原则，必须考虑现场的具体情况。首先，对于设备的使用寿命分析，在线监测装置的使用寿命必须比被监测设备的使用寿命要长，其可靠性也要大于被监测设备。其次，对于设备的监测量也要进行着重考虑，在线监测装置的监测量要进行慎重选择，最好选择高于电力设备故障率发生最高的状态量并兼顾好数据同步性。在这个方面，可以采用避雷器来监测其泄漏电流，效果也很好。紧接着，对于一次设备的重要负荷间的间隔也是监测的重点。如果要全面监测高压或是超高压的监测设点，最少需要上百个监测点，这样的设置成本过于高，不符合实际的变电站的设备要求。因而，在此环节，可以考虑对少数盆式绝缘子加强监测，因为其易导致绝缘故障。所以，具体问题进行具体分析，重点监测少数点就可以了。最后一个原则就是，在考虑成本方面，需要适当选取测量精度，选取的精度过高也会导致相应的成本增加。举例来说，对于母线的温度监测，选择的监测精度可以低于0.5。
6. 智能变电站在线监测系统实际设计方案
由系统的功能结构可知，对智能变电站的变压器、断路器以及避雷器等一次设备的状态信息的在线监测尤为关键，对于其设备的故障分析，可以得出其故障的原因和发展趋势，进而为预防和排除故障提供有效的建议。
6.1 变压器在线监测
变压器的智能组件主要包括油气相色谱在线监测、油中溶解气体及微水监测、局部放电监测、本体及套管介损、压力释放、变压器温度在线监测，接头温度的红外监测等等。其中，可对变压器中的油中溶解气体及微水监测进行具体分析。其监测系统主要是采用的油色谱在线监测，发挥着数据诊断、分析以及储存的功能，而且采用通用的IEC61850标准协议和站内主智能电子装置IED进行通信联系。在色谱的分析原理中，一般采用负压动态顶空脱气技术、高精度和高稳定性的湿度传感器，再根据所监测的体积分数来分析和判断变压器的运行状况。在变压器的主IED中，可以进行变压器的过载能力估算，通过分析环境温度、负荷以及绕组温度等，建立变压器负荷动态智能监测系统。
6.2 断路器在线监测
断路器的智能组件主要是SF6微水和密度监测、断路器动作特性在线监测。断路器的动作特性监测主要包括分合闸线圈电流波、时间以及综合电流互感器二次传感器采集的电流波形、数据。断路器在线监测终端将采集的数据进行综合分析，可以实现对动作时间和速度的监测、储能电机工作工况监测、开断故障电流和负荷电流监测。例如，断路器的分合线圈是控制断路器动作的关键元件，可以通过其监测多种分合闸电流波形和动作时间。
6.3 避雷器在线监测
避雷器在线监测由智能监测装置执行，采用DL/T 860《变电站通信网络和系统》标准，其包括监测装置、数据采集单元、数据处理及数据传输单元组成，可集成为一体，亦可按功能分立组成。由一台或多台智能监测装置与上位机（或经IED与上位机）可构成避雷器智能监测系统，其具有测量数字化、状态可视化、功能一体化和信息互动化等特征。
一般用于监测10kV的变电站内一次设备末端泄漏电流和阻性电流的工作状况，通过分析计算可以得出设备运行时的等值电容、变化率以及介质耗损，可以有效抑制电网的谐波干扰，反映真实的设备工况。
7. 结语
由全文的分析可知，智能变电站是智能电网的核心部分，涵盖10～1000kV电压等级，它将信息采集、传输、处理、输出过程完全数字化，提升了变压器、断路器、隔离开关和避雷器等一次设备的制造工艺要求，对电力设备智能化监测技术的进步，有很大的促进作用和深远影响。我国的智能电网的建设已由试点运行转向全国推行使用，其可靠、集成、低碳、环保的特性具有很好的社会效益，可以实行一系列智能化的经济收益，提高用电的可靠性和安全性。在信息技术潮流推动下，我国的智能电网建设有了很好的发展保障，我国的智能变电站处于快速发展时期，需要从不断的实践中加强对一次设备的运行监测，促进整个电网的安全健康运行。
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论文作者:王,燕
论文发表刊物:《防护工程》2017年第30期
论文发表时间:2018/3/7
标签：在线论文; 变电站论文; 智能论文; 设备论文; 电网论文; 状态论文; 信息论文; 《防护工程》2017年第30期论文;