变压器和断路器远程在线监视系统的设计与应用

变压器和断路器远程在线监视系统的设计与应用

龚龑

（国网宁夏电力有限公司检修公司宁夏750011）

摘要：针对变压器和断路器运维存在的过度依赖人工前往变电站现场的低效问题，介绍了故障录波器在变电站一次设备就地监视的特殊优势，阐述了通过录波数据提取变压器和断路器状态参数的技术原理。提出了基于调度数据网对变压器和断路器设备信息进行远程在线监视、采集、评估和发布一体化集成平台的设计方案，实现了面向运维策略的广域监视、信息分拣、特征识别、故障研判及状态评估等功能，引入了具备自学习能力的规则特征库长效机制，保证系统决策的科学性和适用性。在广州供电局的运行效果验证了系统对设备故障研判的时效性和潜在缺陷预测的准确性，增强了变压器和断路器的状态评估能力，提高了设备运行维护水平。

关键词：变压器；断路器；远程在线监视系统；设计与应用

变压器和断路器作为变电站最昂贵和最重要的设备，其自身健康状态直接关系到电网运行可靠性，因此对其进行科学合理的运维非常关键，一旦出现故障应及时诊断并加以控制。目前运维方式的缺点首先在于依靠人力下站勘察，耗时费工;其次是勘察时机呈现周期性，盲目被动。随着自动化和计算机运用技术的提高，近年来出现一些就地监视系统，通过记录和测量设备相关电气信号来提高运维效率，不仅造成额外投资，也未从根本上改变过度依赖人工前往现场的局面。故障录波器是我国电力系统主网高压变电站的标配，电网扰动或故障时对断路器、变压器施加的任何细微影响都能从故障录波器侧反映出来，包括电压量、电流量、开关位置、跳闸信号、冲击电流和开断电流等。优点如下:1)覆盖范围广。我国220kV及以上系统变电站的录波器已实现100%配置，110kV系统配置率超过85%。2)记录能力强。能够对断路器和变压器的电气负荷进行精准、不间断监视，自动变频、变长、无死区记录，监视通道数多、采样率高。3)灵敏度好。丰富的单个/组合启动元件，故障和非故障情况下电网扰动都能触发录波器启动元件自动进行电压、电流及开关状态信号的全程记录。4)适用性强。不仅能记录采样值，还能进行相关推导量在线计算，包括矢量、序量、谐波、功率、差流、潮流、电能等，满足多场景灵活需求。上述优点为变压器和断路器设备的远程在线监视和状态评估提供了绝佳条件。基于录波器开展对断路器和变压器的远程在线监视、分析、统计和评估工作，取代人工前往现场抄记，能杜绝过去易发生的重抄、估抄、漏抄等情况，消除现场抄记容易引起的数据分散、信息割裂等现象，开展该领域的研究对增强变压器、断路器的状态评估能力及提高设备运行可靠性意义重大。

1技术原理

电网故障时，运行人员往往面临两难选择，一方面应迅速果断切除和隔离故障点，另一方面又不能轻率随意关停带负荷设备。通过对变压器和断路器等核心设备建立科学、健全的状态评估机制，快速、准确的为设备检修策略提供技术指导和数据支持是解决问题的关键。断路器的核心指标是短路开断电流冲击次数及幅值大小，前者直接影响设备寿命，后者则关乎其选型同电网运行方式的匹配性及是否构成一次性报废。变压器核心指标是各侧冲击电流大小，尤其是出口短路叠加重合闸失败类型的故障电流对变压器伤害极大，可通过各侧的断路器设备动稳定、热稳定电流等数据反映出来。亦即是说，变压器冲击电流的监视相当于同时开展变压器各侧断路器开断电流的监视。通过故障录波数据记录的相关电气量及辅助节点状态信息，可以直接归算和提炼断路器的负荷电流、开断电流、动稳定电流、热稳定电流及持续时间、跳闸时刻、分闸时刻、固有分闸时间、燃弧时间、熄弧时间等，进而统计累计开断次数、累计操作次数、累计最大开断电流、平均/极限分闸时间、燃弧时间、平均/极限固有分闸时间等重要指标，比对断路器额定参数和生命周期数据，评估断路器健康状态，提供设备检修时机、策略及辅助决策支持。

2系统设计

2.1系统构成

系统由四大模块组成，分别为监视系统、采集系统、评估系统和发布系统，其中监视系统部署在厂站内，其余部署在调控中心的自动化通信机房内并构成故障录波信息采集管理平台［11－12］，厂站内系统同管理平台的采集系统通过电力调度数据网进行双向远程通信交互，如图2所示。监视系统:由厂站内的故障录波器和各变压器、断路器等设备组成。每台录波器监视的模拟量通道数标配为64路，对应至少2台变压器，或10组断路器电流及相关电压量，变压器和断路器负荷扰动触发录波器启动元件，进而记录扰动前后电压、电流及开关位置等信息，生成满足DL/T553技术条件的标准格式文件，并存储于录波器上位机。采集系统:由调度侧通信机房内的通信服务器、存储服务器及部署其中的相应软件组成。通信服务器采用双击冗余配置方式提升可靠性，通过调度数据网远程采集故障录波器上位机的文件数据，无损放置于本地存储服务器。评估系统:由应用服务器和数据库服务器、存储服务器及部署其中的相应软件组成。负责对存储服务器的数据进行同步解构、分析和特征研判，完成变压器和断路器设备的在线状态评估。发布系统:由应用服务器和正向隔离装置、WEB服务器及部署其中的相应软件组成。发布系统跨越电网安全防护的II区和III区，WEB服务器部署在III区，其余部署在II区，应用服务器通过正向隔离装置单向往WEB服务器同步信息，实现评估结果的多渠道接口实时发布，包括短信平台及告警平台等。厂站内的每台录波器对应一个监视点，调控中心的采集系统连接网内所有监视点，进行一站式录波数据采集和分析处理。此设计符合我国电网“集中管控，减员增效”的规划思路，轻松实现局、省和网级所有设备的全时段远程在线集中监视和状态评估。

2.2自学习规则特征库

在保证系统的智能化方面，结合一次设备台账及铭牌参数信息，开发了具有自学习功能的特征库。1)通过人工预置，将常用规则输入作为基础信息。2)然后通过试运行情况与实际设备状态进行比对，对基础规则进行丰富完善。3)引入线性机制和神经网络算法，将单点规则进行有序逻辑关联，以适应真实场景的组合特征信息抽取和快捷比对。4)建立动态规则扩充和修正信息链，系统在运行过程自行根据运算和评估结果，对规则信息进行延伸和调整。基于规则点表内核驱动机制的特征库，能够对系统的分析评估提供在线、精确的决策支持，系统运行时间越长，修正的次数越多，特征库的内容就越丰满，算法也越科学，对断路器和变压器的检修指导也更趋有效。

结语

本文提出了通过在调控中心侧实时采集各厂站侧录波器相关电气量和开关节点信号开展一次设备在线监视评估的系统设计方案，在线分析短路电流冲击下录波数据各特征量反映出来的变压器和断路器运行状态，以实现网/省/地层面对全网一次设备远程非侵入式、高覆盖率的监视评估。系统充分依托电力系统自动化和信息化优势，克服了变电站一次设备运维长期存在的过度依赖人工现场抄录和信息孤岛缺点，构建了稳定可持续性的综合评估体系，在广州供电局的应用情况表明，系统对录波数据中一次设备特征量的辨识和提取既快又准，对实际运维的支撑作用非常明显。本文解决了大电网背景下规模化一次设备在线评价的渠道建设和数据采集问题，符合当前“节能低碳、减员增效”的电网管理理念，而围绕本系统进行调控中心侧录波数据的融合分析及高阶维度的算法挖掘，提出更精细化的设备运维检修策略，将是下一步研究的重点方向。

参考文献

［1］董明，张勇，张岩，等.含电气量信息的电力系统故障诊断解析模型［J］．电力系统自动化，2013，37(6):55-62．

［2］姚珺玉，谢国财.面向运维的电网运行数据分析系统开发［J］．广东电力，2016，29(10):92-96．