智能变电站在线监测系统及关键技术

智能变电站在线监测系统及关键技术

李晓霞

国网 山西省电力公司 晋中供电公司 山西 晋中 030600

摘要：随着智能电网的快速发展，对变电站内高压设备的在线监测及故障诊断技术提出了更高的要求。如何减少设备的盲目性检修又能保证设备的运行可靠性，是当前经济高速发展对设备运行检修提出的新要求。在线监测和状态检修是智能变电站智能化水平的体现，是智能化变电站发展的趋势，是在线监测也是状态检修和故障诊断的基础。 关键词：智能变电站；在线监测；关键技术；分析

1 智能变电站在线监测系统的目的及组成结构         1.1 智能变电站在线监测系统的目的         变电站一次设备数量很多，结构复杂，采用有线的数据传输方式，其布线繁琐，成本高昂，也容易遭受雷击及老化。设备的可靠性受到了影响，并且监测设备的位置不能随意移动，灵活性差。无线传感网络给有线传输的不足提供了很好的解决方案，利用它的高灵活性，将无线传感网络的各个节点合理地布置在监测区域，便可对一次设备的运行状态进行监测，不必考虑布线的问题，从而可以降低投入成本和工作复杂度。         1.2 系统组成结构         电力物联网，其目的是将各个变电站的现场数据实现联网监测，通过各个变电站配置的监控子系统，将现场数据，诸如运行参数、环境参数、设备参数等，通过网络传输到监控中心，以实现统一的监控和管理。电力物联网从结构上可以分为管理层、网络层和现场层，其中，管理层是将物联网技术引入至智能电网中，以完成电力网络的智能化运行。管理层包括监控中心。网络层的作用是完成信息数据在管理层与现场层之间的相互传递。现场层由各个功能的监控子系统组成。现场监控层分为四个子检测系统，包括高压柜子监测系统，变压器子监测系统，低压柜子监测系统以及避雷子监测系统。         在需要检测的电气设备上安装各种传感器，包括压力传感器，温度传感器，湿度传感器，行程传感器等。将Zigbee终端节点与各精密传感器或者智能仪表相结合，构成检测层网络，负责变电站运行时参数的采集。在每个子监测系统中分配一个路由器，路由器将每个终端节点采集到的数据汇集，并一起发送到协调器节点。协调器节点对所发送到的数据进行存储并处理，最后通过GPRS网络发送至监控中心。

2 在线监测技术         2.1智能传感器技术         智能传感器技术最早是由美国宇航局提出的，用于处理宇宙飞船观测到的大量的空间数据。它已经从过去的单一化向集成化、微型化和网络化方向发展，并随着无线通信技术和物联网概念的提出和发展越来越受到关注。智能传感器在传统传感器基础上集成了神经网络及多传感器信息融合等新技术，是智能一次设备状态信息获取的源头，可以实现所采集数据的传输、存储、自我分析、关联关系的自我判断等功能。传统传感器以机电测量为基础，有易受电磁干扰、灵敏度低、绝缘性能差、可靠性低等缺点。而智能传感器通过软件技术实现高精度的信息采集，促进了测量技术的进步；具有一定的自动编程能力，解决了数据不稳定、信息采集可行性问题；性价比高，易于安装与维护；集成度高、体积小，能有效防止破坏，电磁兼容性良好，易于实现故障诊断，为电网的故障诊断提供理论基础；同时具有实现智能数据交换与远程控制的软硬件，是实现智能一次设备在线监测的核心技术。目前智能传感器技术除了在设备在线监测方面应用外，在民用及军用汽车领域、航空航天领域也拥有广阔的发展前景。         2.2.智能信息处理技术         智能信息处理技术是将不完整、不精确、不确定的知识和信息进行处理的过程与方法，知识获取与数据挖掘是实现信息智能处理的关键手段。随着多数据源在电力系统中的广泛使用，数据的获取越来越便捷，信息量大幅度增长，在提高电网在线监测与诊断的同时又加重了数据处理的负担，数据挖掘通过信息描述、关联关系分析以及历史数据的聚类分析和偏差分析为智能设备的在线监测提供可靠、准确的数据基础。智能信息处理技术最早应用于医用CT机的图像处理以及智能测量仪器等高自动化监测设备中。目前随着计算机技术和信号处理技术的发展，智能信息处理技术中的人工神经网络、模糊集、粗糙集、信息融合等技术应用于电网故障诊断领域，用于解决不确定信息的问题。此外，智能信息处理技术在解决互联网网络阻塞问题、智能交通系统的车辆自动化管理等方面得到广泛应用。         2.3数据传输技术         信息传递的实时性与准确性是设备在线监测技术的重要基础。目前随着WAMS在电力系统的广泛使用，更多带有准确时标的量测数据可以为在线监测系统使用，但这要求通信系统具有高可靠性、低误码率以及良好的鲁棒性和冗余性。其技术要求具体包括：支持保护和控制信息的高速、实时通信；支持电力系统中应用的宽带网；能够访问所有的一次设备以及在部分网络出现故障时能够持续工作。目前数据传输的网络主要采用光纤通信、无线通信或者两者结合的方式组建，实现在线监测系统与设备之间信息的传递。光纤通信可选择以太网无源光网络技术组网，实现网络上数据的传递和信息的综合；无线专网将无线接入点接入最近的。

3 智能变电站在线监测系统的功能设计及运行实现 　　3.1 主变油色谱在线监测系统 　　可以利用物理分离技术分离变压器油中溶解的气体，鉴定和测量变压器油中溶解气体的浓度，主要是通过油气分离器装置分离变压器油中的特征气体。在强制油循环导入定量室内的载气作用下，分离出故障特征气体，辨析变压器油中特征气体成分，根据油中气体的产气速率判断特征气体的含量和成分。 　　该系统的运行工作步骤主要为：通过油路循环的方式有效防止连接管道处残余的变压器油，进行油气分离和油样定量工作，并在载气作用条件下，由色谱柱分离出采样气体。同时，数据采集模块则采集气体检测的电信号数据，将其转换为数字信号。嵌入式现场控制和处理单元则进行采集数据的监测、分析和存储。 　　3.2  避雷器在线监测系统 　　可以采用主机+从机的方式进行系统配置，选取功耗小、性能稳定、高速的SamsungS3C2440A板作为主机，选取高精度、低功耗、集成度高、大容量的TMS320F28335一体板作为从机。同时，系统基于私有协议进行MOA在线监测装置和避雷器监测IED间的通信，在线监测并获悉MOA氧化锌避雷器全电流、阻性电流、容性电流和雷击时刻，及时进行故障预警和排查。监测系统运行的相关参数有：工作电压、共模、差模、静电放电、电磁场辐射干扰、快速瞬变干扰、绝缘电阻、脉冲电压测试等。 　　3.3  容性设备在线监测系统 　　该系统采用分布式结构，由中央监控器控制本地LU的工作状态，进行正常运行数据及异常数据的读取、上传、诊断和分析。包括电流互感器在线监测装置、电压测量取样装置、耦合电容器在线监测装置、变压器套管在线监测装置等，实现对母线电压、电流、等值电容量、谐波分量的实时在线监测。 　　容性设备在线监测系统的运行原理为：由本地测量单元LC1检测母线PT的二次电压信号Un，由本地测量单元LC2检测电容型设备Cx的末屏电流信号Ix，由中央监控器SC控制LU1、LU2，同步启动、采样传感器输出的模拟电压信号，并对其进行FFT变换处理，获得输入信号Un、Ux相对于工作电源Us的基波相位Ph（n-s）、Ph（x-s），计算获悉电容型设备的介质损耗Tanδ、电容量Cx等绝缘参数[2]。 　　

参考文献： [1]王堃.智能变电站二次在线监测系统及关键技术[J].中国新通信，2017，19（20）：155. [2]张震.智能变电站一次设备在线监测系统分析[J].数字技术与应用，2016（11）：69-70.