一次設備在線監測系統是實現變電設備狀態運行檢修管理、提升輸變電專業生產運行管理精益化水平的重要技術手段。

　　（來源：輸變電工程設計 ID:shubiandiansheji）

　　一、變電站一次設備在線監測系統的構成

　　電氣設備在線監測裝置大致可分為兩類：①集中式：在主控制室集中處理監測信息，這種方式自動化程度高，通常配有顯示、發音和報警功能，可與遠動系統連接，迅速向上級調度、指揮和監控部門傳遞信息，實現遠程監督管理；②便攜式：當需要與傳感器接口對接，就立即能獲得監測信息，并進行處理。由于變電站均采用了遠動監控技術，所以一次設備在線監測裝置可采用集中式。利用監測裝置對不同的電力設備進行監測，通過總線把監測量傳送到上位機，對電力設備的運行狀態和絕緣狀況進行分析、判斷，指出是否進行檢修和如何維護。監測裝置結構如圖1所示。

　　監測單元構成分散監測層，這些監測單元對所連接設備進行監測，并且顯示監測的主要參數；當地監控機構成變電站層在這一層，變電站人員通過當地監控機查看各個電力設備的運行狀態和參數以及將來發展的趨勢，計算機上的監測平臺用圖表等形式來顯示各個電力設備的參數；監測單元通過RTU與調度中心相連，在調度中心實現電力設備遠程監測。當地監控主機的軟件可采用模塊化結構（如圖2），這種系統結構具有開放性，兼容性好，每次加人新的單元只是增加一個子模塊，對現有的監測裝置沒有影響，擴展性強。

　　圖1監測裝置結構

　　圖2監控機的軟件

　　二、在線監測裝置選取原則

　　在線監測裝置的選取要符合現場具體情況，通常可按以下原則進行監測裝置的選取。首先，在線監測裝置的使用壽命必須大于被監測設備的使用壽命，可靠性也必須大于被監測設備的可靠性。其次，在線監測裝置的監測量宜重點選擇導致電力設備故障率最高的狀態量，例如用避雷器對泄漏電流進行監測即可。再次，對重要負荷的間隔進行重點監測，例如要全面監測高壓、超高壓局放監測需上百個點，成本高昂，而通常發生絕緣故障的為少數盆式絕緣子，只須監測少數點即可。最后，適當要求測量精度，精度過高，成本也會更高，例如對母線的溫度監測其監測精度小于1°即可。

　　三、變電站一次設備在線監測方法和配置

　　3.1避雷器在線監測

　　避雷器在正常工況下因避雷器受潮、內部有缺陷等原因造成絕緣等級下降，接地的泄漏電流增大，這時遇到高電壓就會發生故障絕緣擊穿。避雷器在線監測主要是測量泄漏電流。該監測單元利用避雷器運行時的接地電流作取樣裝置的電源，將泄漏電流的大小轉換成光脈沖頻率的變化。采用光纖取樣，微機數據處理和數據通訊等技術，解決避雷器泄漏電流測量、傳輸中的無源取樣、高電壓隔離和數據遠傳等關鍵問題和泄漏電流超標即時報警，實現避雷器絕緣狀況在線監測的自動化。

　　3.2隔離斷路器狀態監測配置

　　1)SF6氣體監測

　　SF6開關因具有開斷能力強、電器壽命長、端口電壓高、結構簡單及少維護等優點而在高電壓領域得到越來越廣泛的應用。然而電氣設備在運行時，不可避免地會發生電氣設備內的氣體向外泄露而導致密度值下降的現象。同時氣體的泄露也會導致電氣設備外部的潮氣滲透進入設備內部，引起設備內部氣體中微水含量的增加。當斷路器采用SF6氣體作為滅弧介質時，如果SF6氣體密度降低，斷路器的絕緣水平隨之降低，可能會引發斷路器內部的放電短路故障。

　　SF6氣體的密度對SF6類電氣設備的絕緣效果有很大的影響，氣體壓力的降低會極大地影響開關的開斷滅弧性能，從而導致設備損壞；在SF6斷路器等高壓電氣設備中，當SF6氣體中的微水含量過高時，在電弧或電暈的作用下，SF6氣體分解物會經水解反應產生毒性，對設備產生化學腐蝕，繼而嚴重影響設備的正常運行。

　　因此，對運行中電氣設備氣體中的微水及密度進行在線監測，可以對氣體中的水分和密度進行合理控制，為開關的狀態檢修提供有效依據，對保證SF6開關的長期安全穩定運行具有中重要的作用。

　　開關SF6密度和微水在線監測系統包括數據服務器、網絡控制器和在線監控單元。監控單元采集到的數字信號通過CAN總線與網絡控制器進行數據傳輸和連接，網絡控制器以串行接口與數據服務器進行連接，實現SF6開關設備的氣室密度和微水的在線監測，進而做出相應的診斷與聯動控制，也可根據個性化的功能需求，靈活配置功能對象，降低用戶總體投入成本。

　　氣體密度監測通過在開關設備上安裝數字式密度監測單元進行測量。數字式密度監測單元的核心包括一只數字式壓力傳感器和一只溫度傳感器，數據經內部模數轉換處理后直接輸出數字信號，送到上位計算機。數字式密度檢測單元與機械式指針密度繼電器最大的不同是后者通過機械方式測量壓力，由機械式溫度補償到20°C時的壓力P20作為密度指示。而數字式密度監測單元采用電子式壓力和溫度傳感器，測得氣體的壓力和溫度值，而且可以隨時監控到SF6氣體的壓力和溫度值，有利于更全面地了解設備的工作狀況。

　　2）斷路器機械特性監測

　　高壓斷路器是電力系統一次設備中檢修維護工作量最大的設備。傳統檢修主要集中在檢修與斷路器在規定周期內實際運行的小時數、分合閘操作次數、開斷短路電流的次數、實際短路容量與斷路器額定開斷短路容量之比等因素有關的滅弧室、觸頭和傳動機構。

　　傳統檢修方式的不足之處主要表示為：

　　離線試驗需要停電進行，不少重要電力設備，輕易不能停電運行；

　　停電后設備狀態和運行中的設備狀態有差異，影響判斷的準確度；

　　周期性定期檢查而非連續性的監測，設備仍可能在間隔期間發生故障；

　　檢修造成人力、物力的浪費；

　　反之維修過剩，操作頻繁，有可能導致設備損壞。

　　對斷路器的重要參數進行長期連續的在線監測，不僅可以提供設備在運行時的實時狀態，而且還能分析各種重要參數的變化趨勢，判斷是否存在故障的先兆，從而延長設備的維護保養周期，提高設備的利用率，減少維修保養的費用，提高電力系統運行的安全可靠性及自動化程度。

　　測量斷路器的跳、合閘線圈的動作電流，采用霍爾開口元件，轉變為直流電流信號進行采集測量。

　　測量斷路器動作軸的位移，采用直線式光電編碼器工作原理與旋轉式光電編碼器或CBD型差動變壓器振動傳感器，轉變為直流電壓信號進行采集測量。

　　測量斷路器的振動，可以采用壓電式振動傳感器，轉變為直流電壓信號進行采集測量。

　　測量斷路器觸頭的電壽命，可以通過在線計算斷路器每次關合電流的電流值大小，結合不同類型的斷路器特性，估算每次斷路器動作的壽命損耗。

　　斷路器的機械特性檢測，可以用過測量斷路器的動作軸的振動性能和機械動作事件，利用機械性能模型計算。

　　滅弧機構的絕緣檢測，通過檢測滅弧時間及是否存在重燃現象。

　　測速器的安裝：測速傳感器在斷路器的機械部分安裝，各個制造廠在產品設計時都有專門的安裝設計以及與之配套的測速器，安裝相對簡單。

　　電流傳感器的安裝：采用穿心式電流互感器，將操作回路的導線穿過電流互感器，不會改變原操作線路的回路。

　　3.3變壓器在線監測

　　變壓器在線監測項目包括：油色譜在線監測、本體及套管介損、局放、瓦斯氣體、壓力釋放、油流繼電器、油位、變壓器溫度在線監測、接頭溫度紅外監測等。其中，變壓器油色譜氣體監測系統采用用色譜分析原理，將傳感器輸出轉換為標準的4-20mA電信號傳輸到狀態監測服務器。

　　3.4電氣設備絕緣在線檢測

　　電氣設備在長期運行中受溫度、雷擊及內過電壓的作用，絕緣會逐步老化，導致內部微弱放電（稱局部放電），如果不采取措施，則會導致設備絕緣擊穿。傳統的預防性試驗只能在檢修周期了解到設備狀態，而不能了解設備運行中絕緣的變化情況。

　　3.4.1電氣設備絕緣在線監測的優點

　　（1）不需要停電就可以了解運行設備的絕緣狀況（包括變壓器、電抗器局部放電位置）。

　　（2）絕緣在運行電壓下其缺陷容易暴露出來，預防性試驗不容易發現其缺陷。

　　（3）絕緣在線監測所提供的數據為設備的“狀態修”提供了理論依據。

　　（4）可對運行中電氣設備的絕緣狀態跟蹤測試，及時發現設備內部的故障隱患。

　　3.4.2電氣設備絕緣的特征量

　　電氣設備絕緣狀態通常是通過幾個特征量來表示：

　　（1）局部放電量，放電位置：設備內部絕緣若存在雜質、氣泡，會導致其內部放電，嚴重時可能導致放電部位擴大，最后擊穿。通常放電發生時，其放電量很小，測量和定位較困難。

　　（2）介質損耗值（tgδ）：是表明設備絕緣狀態的重要指標，當一個設備的tgδ大時，說明設備絕緣受潮，電導電流增大等，設備正常時其tgδ值在0.1~0.8％之間。

　　（3）漏電電流：對于一些設備不能測量tgδ值時，也可用測量漏電電流方法確定設備絕緣發潮或損壞程度。

　　（4）設備電容值：設備中若進水時，電容值會增大，但漏油時，其電容值會減少，按規程規定，當電容值的偏差超出額定值-5~10％范圍，應停電檢修。