1、1石嘴山 220kV 智能变电站一次设备在线监测新技术应用中图分类号：G267 文献标识码：A 文章编号： 一、概括 智能化变电站是由智能化高压一次设备和网络化二次设备分层构建，建立在 IEC61850 通信规范基础上，能够实现变电站内智能电气设备间信息共享和互操作的现代化变电站。 一次设备的在线监测在智能化变电站中，可以有效地获取电网运行状态数据、各种智能电子装置 IED 的故障和动作信息及信号回路状态。智能化变电站中将几乎不再存在未被监视的功能单元，在设备状态特征量的采集上没有盲区。通过对设备进行广泛的在线监测与评估，设备检修策略可以从常规变电站设备的“定期检修”变成“状态检修” ，使得设
2、备检修更加科学可行，既能保证电气设备的安全可靠运行，又可获得最大的经济效益和社会效益。石嘴山 220kV 智能变电站涉及主变油色谱在线监测（含微水） 、主变油温监测、主变铁芯接地监测、主变套管监测、主变油箱气体压力监测；220kV GIS 设备 SF6 气体微水、压力（气体密度）监测、断路器状态监测；110kV GIS 设备 SF6 气体微水、压力（气体密度）监测、断路器状态监测；全站避雷器状态监测。 2图 1 石嘴山 220kV 智能变电站设备在线状态监测一次接线图 二、智能高压设备的组成及原理 图 2 智能高压开关设备的原理模型 一次设备智能化是指使电力系统一次设备具有准确的感知功能，正确
3、的思维判断功能，有效的执行功能以及能与其他设备交换信息的双向通讯功能，能自动适应电网、环境及控制要求的变化，始终处于最佳运行工况的方法以及由此形成的装置设备。智能高压设备由高压设备和智能组件组成。高压设备与智能组件之间通过状态感知元件（传感器或其一部分）和指令执行元件（控制单元或其一部分）组成一个有机整体。三者之间可类比为“身体” 、 “大脑”和“神经”的关系，即高压设备本体是“身体” ，智能组件是“大脑” ，状态感知元件和指令执行元件是“神经” 。三者合为一体就是智能设备，或称高压设备智能化。智能设备是智能电网的基本元件。 三、石嘴山 220kV 智能化变电站在线监测设备的构成 图 3 石嘴
4、山 220kV 智能变电站设备在线状态监测构成图 1、电子式互感器： （1）与常规互感器相比，电子式互感器具有绝缘简单、体积小、重量轻的特点，CT 无磁饱和，允许开路，PT 无谐振现象，数字量输出等特3点。 （2）电子式电流互感器系统包括电子式电流互感器传感部分、数据处理部分及合并单元三部分；目前应用的电子式互感器分为两种：第一种为电学的电子式互感器，电学电子式互感器线圈感应主回路的电流，并将电流信号传送至采集器，经采集器对数据进行处理后，传送至保护小室的合并单元，合并单元对电流信号进行合并后经过直接采集的方式传送给保护装置，还可以通过网络的方式传送给交换机，供测控等装置获取；第二种为光学电子
5、式电流互感器，光学互感器可分为磁光玻璃型和光纤型，两种互感器传感部分均放置在一个互感器筒体内，传感部分采集主回路电流信号通过光纤传送至电气箱中的采集器，再由采集器传送至保护室的合并单元。目前，得以普及的电子式互感器是利用罗氏线圈原理和电容分压器原理， 从而实现电流、电压采样的。罗式线圈其突出的特点就是线性度好， 线圈不含磁饱和元件。其工作原理：罗氏线圈实际上是一种没有铁芯的线圈，亦被称作空心线圈。当它套在导体上时，导体流过的交变电流将在导体周围产生一个交变的磁场，根据电磁感应定律，此交变磁场与罗氏线圈交链后，就在线圈中感应出一个与导体中电流变化成比例的交流电压信号，即罗氏线圈的输出电压 U1
6、正比于被测电流的微分，必须通过特制的积分器处理才能化解这个微分，最后得到幅值与被测电流成正比，相位与被测电流同相的输出电压。这个电压信号可以准确地再现被测量电流信号的波形。 （3）电子式互感器应用 本站在 220kVGIS、110kVGIS 及主变零序、间隙处均采用电子式互感4器，使得一次系统的电流、电压、功率、频率等电气量信息通过合并单元变为低电平的数字信号，经光缆直接传递给变电站二次系统的 IED。变电站二次系统不再需要引入交流二次电缆，一次系统和二次系统可以实现有效的电气隔离。常规变电站由于交流电缆引起的传导性电磁干扰现象将不复存在，一次系统故障产生的干扰对于二次系统的影响将得到有效的控
7、制。 2、变压器设备在线监测 在各级电网中，电力变压器是影响电网安全运行的主要设备之一，变压器也是价值最昂贵、技术最复杂、事故影响最大的设备，因此，变压器是智能化的重点设备之一。石嘴山 220kV 变电站对变压器状态监测系统要求是监测变压器油的顶层油温、底层油温、铁芯接地电流、主油箱气体压力、油中溶解气体、油中水分、套管末屏电流、电容。 图 4 变压器本体监测系统图 3、GIS SF6 气体监测 气体绝缘全封闭组合电器（Gas Insulated Metal-Clad Switchgear，GIS）具有运行可靠性高、维护方便，占地面积小等优点而越来越得到广泛的应用。这些设备虽然可靠性较高，但故
8、障也时有发生，实际运行中需要一种对 GIS 进行检测的有效手段，能及早发现 GIS 内部绝缘故障，并能准确定位，使得 GIS 的检修工作能有计划地进行，缩短检修时间和节省检修费用，从而提高 GIS 运行可靠性。 5石嘴山 220kV 智能变电站监测 GIS 气室的密度、微水、压力、温度、露点。宁波理工选用高精度稳定性高的进口的露点传感器，安装iIEM2020A SF6 气体密度及微水监测设备，监测开关的绝缘情况和密封性能，提前发现开关绝缘隐患和风险，同时减少开关巡检工作。SF6 气体密度及微水监测设备能够以高于国家标准的测量精度，长期在线监测 SF6气体密度和微水及其变化趋势，其功能是在 SF
9、6 气体有关指标出现变化时，给出变化趋势曲线；有关指标达到报警状态时，自动报警或启动报警装置，以保障设备和变电站整套系统的安全。 图 5 SF6 气体密度及微水监测系统组成示意图 4、高压断路器状态监测 高压断路器状态监测系统采用了当今先进的通讯、微处理器、传感器、数据库管理等技术对运行中的高压断路器进行实时在线监测。石嘴山 220kV 智能变电站监测的主要内容包括主回路电流、分合闸状态、储能状态、分合闸线圈电流、触头行程，以及 SF6 气体密度、湿度、压力、温度、露点等断路器的基本特征量，通过对这些数据的分析可以计算出分合闸速度、分合闸时间、储能电机电流波形、储能状态、储能时间、频率、电寿命
10、、SF6 气体状态等。通过自动分析采集到的数据以及历史和出厂数据的智能对比，对高压断路器运行的状态进行了实时的监测和评估，可提供工作参数的准确报告，触头磨损状况的准确判断，实现了机6械特性的强大分析能力。 图 6 高压断路器在线监测系统布局图 5、避雷器状态监测 避雷器绝缘监测设备采用基波法测量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绝缘状况。避雷器绝缘监测各现场单元在接收到避雷器绝缘监测智能处理器的同步采集命令后，电压监测单元及容性设备监测单元跟踪系统频率、同步采样；容性设备监测单元接收到系统电压监测单元的数据后进行数据处理，并通过 RS485 发送避雷器绝缘监测 IED，进行
11、泄漏电流和阻性电流计算，并通过横向纵向比较、诊断、预警，从而实现避雷器绝缘状态的在线监测，经过处理后的结果数据和设备状态通过光纤以太网上传至主 IED 或站控层服务器。 石嘴山 220kV 智能变电站安装避雷器绝缘在线监测设备，采用RS485/CAN 有线传输方式，监测避雷器泄露电流的全电流、阻性电流及避雷器动作次数。 图 7 避雷器监测组成示意图 6、基于 1EC61850 数字接口的形式 1EC61850 是变电站自动化系统第一个完整的以实现变电站内智能电7子设备互操作性为主要目标的通信标准体系，它使用了面向对象的统一建模技术和独立于网络结构的抽象通信服务接口，具有很好的自描述能力和网络适
12、应能力，是一个开放的、面向未来的通信协议。全站 IED 设备全部采用 1EC61850 数字接口的形式。 四、总结及展望 智能化变电站一次智能设备具有了自我诊断和监视能力，可为运行和维护提供综合、有效的信息，更容易实现远方维修和远方运行控制，实现变电站真正意义的无人值守，减少系统的运行维护成本。我国电网仍处于快速成长期，根据我国能源发展战略，未来将以智能电网建设为主，对智能设备做到更好的监测将是智能电网发展不可缺少的重要部分。石嘴山 220kV 变电站是宁夏电力公司首座 220kV 智能化示范工程，本站一次设备的在线监测属于新技术应用的初试阶段，对本站智能设备在线监测的总结，将为以后智能变电站建设奠定良好的基础和一定的施工经验。
