科技信息 专题论述 智雒变电站一次设备在线监测系统建设方案 西宁供电公司 董烨 青海省电力公司 李永斌 张［摘勋 要］电力工业将来的发展方向是智能电网，智能变电站是未来新建变电站的主流。结合智能变电站对在线监测系统的需求，基 于ＩＥＣ６１８５０标准，构建了面向智能变电站的在线监测系统建设方案。各类设备状态监测智能终端模块统一采用ＩＥＣ６１８５０标准进 行建模，实现了全站设备状态监测数据的传输、汇总和诊断分析，为未来智能变电站一次设备在线监测系统建设提供了参考。 ［关键词］智能电网 智能变电站在线监测 ＩＥＣ６１８５０ １．引言 电力工业将来的发展方向是智能电网，在智能电网规划的推动下， 智能变电站将成为新建变电站的主流。根据智能变电站技术导则，智能 理平台。一方面可充分利用综合数据平台上的数据，另一方面。也可提 供给变电站自动化系统使用，自动化系统报表不仅仅是开关开合、保护 动作之类，＿还包括设备的状态信息，为变电站实时设备状态预警分析的 变电站是采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备，以全站信息数 字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，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的变电站 【¨。这就对原有变电站状态监测系统提出了更高的要求，需要更加可靠、 高效的实时监测系统来实现智能变电站设备在线监测。 智能变电站在线监测系统也是实现输变电设备状态运行检修管 理、提升输变电专业生产运行管理精益化水平的重要技术手段。系统通 过各种传感器技术、广域通信技术和信息处理技术实现各类输变电设 备运行状态的实时感知、监视预警、分析诊断和评估预测，其建设和推 广工作对提升电网智能化水平、实现输变电设备状态运行管理具有积 极而深远的意义。 随着智能电网建设全面开展，已有学者对智能变电站一次设备在线 监测系统建设进行了研究１２，３１。本文基于ＩＥＣ６１８５０标准，构建了面向智 能变电站的一次设备在线监测系统建设方案，并对监测系统总体结构、 工作过程、主要监测项目及在线监测装置选取原则进行了说明，为未来 智能变电站一次设备在线监测系统建设提供了参考。 ２．系统总体结构 根据国家电网公司智能变电站设计规范，监测系统采用ＩＥＣ６１８５０ 标准，并纳入智能变电站统一的数据平台。各类设备状态监测智能终端 模块统一采用ＩＥＣ６１８５０标准进行建模，实现全站设备状态监测数据的 传输、汇总和诊断分析。 在变电站现场以间隔汇控柜来放置各系统的传感器、监测单元、电 源、通信模块，将所有间隔状态的监测汇控柜分电压等级进行区域组 合，然后汇总至变电站保护室状态监测系统屏，进行数据采集、状态分 析。 智能变电站在线监测系统采用分层分布式结构，在过程层配置有 传感器和现场采集单元。各类传感器由一次设备厂家安装在设备内部， 现场采集单元按监测功能要求配置，如：变压器类油中溶解气体状态监 测单元、变压器类油中微水状态监测单元、套管绝缘状态监测单元、局 部放电状态单元、变压器铁芯接地电流状态监测单元、ＧＩＳ设备ＳＦ６气 体密度监测单元、气体微水监测单元、ＧＩＳ局部放电状态监测单元、机械 特性状态监测单元、避雷器状态监测单元等。各类现场监测采集单元通 过ＲＳ４８５或以太网以ＩＥＣ１０１、ＩＥＣ１０３或ＩＥＣ６１８５０规约接人状态监测 系统子站。 为了避免给站控层网络设备带来过重的负担、甚至影响整个站控 系统的安全稳定运行，全站设置一套独立的综合状态监测系统。状态监 测系统后台机具有数据采集存储、ＩＥＣ６１８５０数据接口、单元配置、故障 报警、故障诊断等功能，采集主要一次设备（变压器、断路器等）状态信 息，以完成整个变电站的状态监测，进行可视化展示并上传至状态检修 系统主站，同时接收主站对设备故障分析和诊断结果及建议，为电网实 现基于状态监测的设备全寿命周期综合优化管理提供基础数据支持。 系统后台采用ＩＥＣ６１８５０协议与计算机监测系统后台通信。 ３．系统工作过程 状态监测系统工作过程为：各类传感器实时采集各电力功能元件 状态信息，点对点传输至现场采集单元。现场采集单元安装在变电站监 测现场，通过现场总线，自动实时地与监测中心的服务器通信，上传状 态参数。监测中心控制和管理各个监测单元，并负责采集、存储状态监 测数据，对站内各电力功能元件的运行状况进行诊断和分析，并对相关 数据进行融合，建立运行与检修管理数据库，采用ＩＥＣ６１８５０协议与监 控后台通信，向运行人员提供各电力功能元件状态信息和对可能的故 障进行预警。 通过整合后的全站状态监测系统是一个全局状态信息的数据库， 一个设备状态信号发布平台，也是故障诊断、运行和检修维护的咨询管 高级应用提供支撑。 ４．在线监测项目 ４．１容性设备绝缘、氧化锌避雷器在线监测 容性设备绝缘在线监测系统通过监测ｌ１０ｋＶ及以上变电站内电气 一次设备（如电流互感器、电压互感器、变压器套管、变压器铁芯、耦合 电容器及ＣＶＴ等高压设备）的末屏泄漏电流，经分析计算后得到设备 运行状态下的等值电容及其变化率、介质损耗。 系统分两个部分，即由传感器和监测终端构成数据采集、测量和计 算单元。任一个监测终端出现问题都不会影响其它终端的运行。然后终 端将数据上传至服务器进行分析处理保存，最后接人ＭＩＳ网。 氧化锌避雷器在线监测系统通过利用基波法测量１ １０ｋＶ及以上变 电站内氧化锌避雷器的泄漏电流和阻性电流来实现动态监测避雷器的 工作状况。基波法是采用数字滤波技术及模拟滤波技术从采集到的避 雷器末屏泄漏总电流中找出阻性电流的基波部分，并根据阻性电流来 判断避雷器的绝缘状况。该方法可以有效地抑制电网的谐波干扰，真实 反应实际情况。 ４．２断路器动作特性在线监测 断路器动作特性在线监测系统采用专用的霍尔电流互感器，采集断 路器的分、合闸线圈、储能电机等运行过程中的波形和数据以及综合电 流互感器二次传感采集的电流波形、数据，通过断路器在线监测终端将 采集数据进行综合计算、分析，通过ＲＳ４８５总线远传进入后台状态监测 软件，用户可以方便地查勘监测软件监测的分、合闸线圈的动作波形、储 能电机的工作状态以及软件对断路器工作工况的评估和分析结果。 （１）断路器动作时间、速度监测 断路器分、合线圈是控制断路器动作的关键元件，应用霍尔电流互 感器可方便地监测多种信息的分、合闸电流波形。从而分析断路器分、 合闸的动作时间，通过预知的断路器行程从而计算断路器分、合闸速 度。 （２）储能电机工作工况监测 储能电机的监测数据主要包括储能电机的日储能次数、单次储能 时间长短。如果储能周期缩短，单次储能时间变长，则说明储能系统已 出现了问题，如油路或气路发生泄露、储能电机出力不够、管道不畅等。 如油泵打压频度增加或弹簧储能不到位等来预告储能系统液压油不清 洁、阀口密封破坏及泵系统异常、弹簧机构状态异常等故障。 （３）开断故障电流和开断负荷电流监测 开断故障电流和开断负荷电流的监测通过监测一次电流的暂态数 值和波形分析得出，开断次数利用监测单元的计数器记录得出。 ４．３无线测温系统 无线测温系统是专门用于高电磁干扰环境中可靠工作的无线测温 产品。系统由无线温度传感器和无线接收基站构成，基于Ｚｉｇｂｅｅ技术， 符合ＩＥＥＥ８０２．１２．４通信标准，能实现网络化的温度测量。系统支持无线 传感器数量多，且具有较强的抗干扰能力，特别适用于高压母线及开关 的运行温度监测，可以实现非接触温度测量。 ４．４变压器在线监测 变压器在线监测项目包括：油色谱在线监测、本体及套管介损、局 放、瓦斯气体、压力释放、油流继电器、油位、变压器温度在线监测、接头 温度红外监测等。其中，变压器油色谱气体监测系统采用用色谱分析原 理，将传感器输出转换为标准的４—２０ｍＡ电信号传输到状态监测服务 器。 ４．５ ＳＦ６气体密度及微水在线监测 ＳＦ６气体密度及微水在线监测系统主要用于实时监测断路器或 ＧＩＳ设备内部的ＳＦ６气体的微水、密度、温度及其变化趋势。当ＳＦ６气 体有关指标出现变化时，可以给出其变化曲线；当有关指标达到报警状 态时，系统自动启动报警装置。系统的每个监测 （下转第３８７页） 科技信息 专题论述 度偏差。 四、制定措施 按照问题出现的原因，我们通过以下三方面的措施来提高枪铰工 序下线合格率： ｌ ｛＼Ｉ Ｉ ｉ｛ 测量 ｝：导值管 底部 Ｉ｝㈧ ｛。１ １、粗铣左右面工序将右侧面尺寸控制在下差。现场调查发现，该机 床工装的Ｄ１９定位销由于两个紧固螺栓断裂，只有一个紧固螺栓起作 用，在加工时受力产生偏离，使得右侧面加工厚。为此我们重新定做定 位板，将右侧面尺寸控制在下差，并随时根据自检情况进行调整。 ２、调整机床精度，提高座圈、导管孔的位置度。首先我们对粗加工 导管座圈孔的机床进行精度调整。为了提高粗加工导管座圈孔设备的 加工精度，我们需对机床主轴或工装进行调整。在分析了此机床结构 后，发现工装上没有相应基准来调整工装，因此我们对机床主轴进行了 调整。为了提高精加工导管座圈孑Ｌ设备的加工精度，我们对工装进行了 ｊ ｆ ｛＼ 相应的校正。通过以上两种调整后再次将精加工完的缸盖在三坐标进 行测量，得出表３，可见垂直度、位置度控制得非常好。 表３精加工导管孔与座圈孔位置偏差统计 ｛ ｆ ； 际值 座圈偏差 导管底端偏差 导管顶端偏差 ｍｍ ｍｍ 工艺要求 ±０．２ ±０－２ ±Ｏ．２ 进气门 ０．０２６ ０．０３４ ０．０３７ １＃ 排气门 －０．０２８ ０．Ｏ１ｌ ０．０２７ 表２粗加工导管孔与座圈孔位置偏差统计（左右方向） 进气门 ０．０３５ ０．０４７ ０．０５０ ２＃ 座圈偏差 导管底端偏差 导管顶端偏差 排气门 ０．００９ ０．０４２ ０．０８９ ｍｍ 进气门 －０．０２３ ０．００１ ０．０１０ ３＃ 工艺要求 ±Ｏ＿２ ±Ｏ．２ 士Ｏ．２ 排气门 －０．０ｌ７ －０．００５ ０．００８ 进气门 ０．０９６ Ｏ．１３４ Ｏ．１７１ 进气门 ０．０６０ Ｏ．０７１ Ｏ．Ｏ７３ １＃ ４抖 排气门 Ｏ．Ｏ２１ ０．Ｏ６１ ０．１０１ 排气门 －０ ０１３ Ｏ．０１１ ０．０２８ 进气门 ０．１０３ ０．１４０ ０．１７５ 进气门 ０．０４３ ０．０５４ ０．０５８ ２＃ ５＃ 排气门 ０．０３８ ０．０５２ ０．７８ 排气门 ０．００７ Ｏ．Ｏｌ７ ０．０４２ 进气门 ０．０８５ ０．１０９ ０．１４９ ３＃ 排气门 ０．０１ ０．０３５ Ｏ．０４７ 『６＃ 进气门 排气门 －０．０．００ｏ５ ５６ ００．．００１７０６ ０．０．０４６ ０７９ 进气门 ０．０８９ ０．１１３ ０．１３８ ３、提高枪铰工序设备精度。为了提高枪铰工序设备的精度，我们分 ４＃ 排气门 Ｏ．Ｏ１８ ０．０３５ ０．Ｏ５１ 析查找了机床主轴间歇性跳动的原因为：主轴内轴承磨损。通过更换主 进气门 ０．１Ｏ１ ０．１３９ ０．１６８ 轴轴承后再次测量主轴跳动为０．００２ｒａｍ。然后我们又根据主轴与工装 ５＃ 定位套０．０３ｍｍ的同轴度偏差，对工装进行了相应调整，将同轴度控制 排气门 Ｏ．０１Ｏ ０．０３８ ０．Ｏ６ｌ 在０．０１ｍｍ以内。 进气门 ０．０９７ ０．１４１ ０．１６４ 五、结束语 ６＃ 排气门 ０．（）ｏ７ ０．０１９ ０．０５７ 通过以上三方面的设备调整后，生产现场因座圈加工不合格而下 线的缸盖每班产生６件以下，远低于改进之前的２０～３Ｏ件，班。 由表２我们看出，进气门的座圈孔与导管孔垂直度差。 通过以上分析可知，由于粗、精加工座圈导管孔的垂直度不是很 参考文献 好，在后面枪铰工序造成加工偏，引起座圈加工不全、跳动超差。 ［１］黄玮．柴油发动机构造与原理［Ｍ］．北京：科学出版社，２００９：５３． ３、枪铰工序设备精度差。通过现场打表测量发现，机床主轴有 ［２］张金柱，韩玉敏．柴油发动机维修技术［Ｍ］．北京：化学工业出版 Ｏ．Ｏ０８ｍｍ左右的间歇性跳动，主轴与工装定位套有０．０３ｍｍ左右的同轴 社，２００８：８２． （上接第３８５页） 单元均配置ＲＳ４８５通讯接口，实现将监测数据实 电站建设正处于快速发展阶段，作为变电站的重要资产，及时、全面掌 时上传至变电站或上级监控中心功能。 握变电站一次设备的运行状况、健康状况对于变电站乃至整个电网的 ５．在线监测装置选取原则 安全稳定运行至关重要。本文以ＩＥＣ６１８５０标准系统模型为基础构建了 在线监测装置的选取要符合现场具体情况，通常可按以下原则进 一种面向智能变电站的在线监测系统建设方案。方案将各类设备状态 行监测装置的选取。首先，在线监测装置的使用寿命必须大于被监测设 监测智能终端模块统一采用ＩＥＣ６１８５０标准进行建模，实现全站设备状 备的使用寿命，可靠性也必须大于被监测设备的可靠性。其次，在线监 态监测数据的传输、汇总和诊断分析，为今后智能变电站一次设备在线 测装置的监测量宜重点选择导致电力设备故障率最高的状态量，例如 监测系统的建设提供参考。 用避雷器对泄漏电流进行监测即可。再次，对重要负荷的间隔进行重点 监测，例如要全面监测高压、超高压局放监测需上百个点，成本高昂，而 参考文献 通常发生绝缘故障的为少数盆式绝缘子，只须监测少数点即可。最后， ［１］国家电网公司．Ｑ／ＧＤＷ３８３－２００９智能变电站技术导则． 适当要求测量精度，精度过高，成本也会更高，例如对母线的温度监测 ［２］周海，雷先伟．数字化变电站一次设备在线监测技术．贵州电力 其监测精度小于１ ｏ即可。 技术［Ｊ］．２０１０，１３（１）：３０－３１． ６．结论 ［３］鲁东海，孙纯军，王晓虎．智能变电站中在线监测系统设计［Ｔ］ 智能变电站是智能电网建设的重要组成部分。目前，我国的智能变 电力自动化设备，２０１１，３１（１）：１３４—１３７． ．．．——３８７．．．．——