韩东升 冯艳丽
摘 要：随着电力市场的发展，使越来越多的供电公司出现继电保护设备校验工作量激增、继电保护人员超负荷工作、继电保护检修成本增加等一系列问题出现，只有强化设备状态监测设备配置，才能尽可能减少上述问题的发生。文章对智能变电站二次设备状态监测分类、原理及技术指标进行分析与探讨。
关键词：智能变电站；二次设备；状态监测
引言
智能变电站状态监测系统通过对全站关键一次设备运行状态进行实时监测，保存历史监测数据，综合实时监测数据和历史监测数据对一次设备运行状态进行评估分析，给出预警信息和诊断结果。目前我国智能变电站状态监测系统监测的对象主要包含主变压器、断路器和GOS等高压开关设备、金属氧化物避雷器等性设备，监测项目涵盖油中溶解气体监测、主变压器铁芯接地电流监测、容性设备介质损耗监测、局部放电监测、SF6微水密度监测、开关机械特性监测等。智能变电站状态监测系统是一个专业性强、覆盖面广、一二次电力设备技术结合紧密的监测系统。
1 智能监测系统分类
智能变电站状态监测由站控层设备、间隔层设备、过程层设备组成。过程层设备负责直接采集一次设备运行状态信息，主要由各种传感器设备组成；间隔层设备负责按间隔对设备汇集过程层设备采集的状态信息并做初步诊断分析，将采集数据及诊断结果按变电站设备在线监测II借口规范组织并上传至站控层设备，主要包含各种一次设备智能组件和监测IED；站控层设备负责汇集全站在线监测数据及初步诊断结果，对站内各一次设备运行状态进行综合诊断分析，给出检修建议，并对监测数据及分析结果进行机组展示和历史数据保存，供远方主站调用。
目前广泛采用的在线监测技术主要有：变压器油中溶解气体监测；变压器特高频局部放电监测；变压器铁芯接地电流监测；GIS特高频局部放电监测；金属氧化物避雷器绝缘监测；断路器机械特性监测；SF6微水密度监测。
2 关键设备功能原理及技术指标
变压器油中溶解气体监测的监测原理：早期预测变压器等充油电气设备的内部故障对安全供电、防止事故是极为重要的。在正常情况下，充油电气设备内的油、纸等绝缘材料在热和电的作用下，会逐渐老化和分解，产生少量的烃类等气体。若存在潜伏性过热或放电等故障时，产生量会增加，产生的气体种类会增多，这些气体大部分会溶解于油中。通过对油中溶解气体的成分及含量进行分析，可以判断推测出充油电气设备内部是否发生了故障以及发生故障的种类。
监测油中溶解气体的方法很多，现有监测产品主要采用以下四种方法：（1）气象色谱法。变压器油中不同气体成分在色谱柱固定相与流动相间的分配系数不同，因此在流动相载气推动下，各成分沿色谱柱运动的速度也就不同。（2）陈列式气敏传感器法。采用由多个气敏传感器组成的陈列，由于不用传感器对不同气体的敏感度不同，而气体传感器的交叉敏感是极其复杂的非线性关系，采用神经结构进行反复的离线训练可以建立各气体成分浓度与传感器陈列响应的对应关系，消除交叉敏感的影响，从而不需要对混合气体进行分离，能实现对各种气体浓度的在线监测。（3）红外光谱法。根据气体分子吸收红外光的吸光度定律比耳定律，吸光度与气体浓度以及光程具有线性关系。因此，由光谱扫描获得吸光度并通过吸光度定律计算可得到气体的浓度。（4）光声光谱法。光声光谱法监测技术基于光声效应，即当物质受到周期性强度调制的光照射时，产生声信号的现象。
特高频局部放电监测的监测原理：局部放电是指绝缘结构中由于电场分布不均匀，局部场强过高而导致的绝缘介质中局部范围内的放电或击穿现象。局部放电是造成绝缘劣化的主要原因，也是劣化的重要征兆。因此，对局部放电的在线监测对于电流设备的安全运行具有重要意义。局部放电的监测以局部放电所产生的各种现象为依据，通过能表述该现象的物理量来表征局部放电的状态及特性，由于局部放电的过程中会产生电脉冲、电磁辐射、超声波、光以及一些化学生产物，并引起局部过热，相应地出现了脉冲电流法、特高频法、超声波法、光测法、化学监测法等多种监测方法。
容性设备在线监测的监测原理：电力系统中高压容性设备是指某些绝缘结构可视为一组串联电容的设备，包括变压器套管、电流互感器、耦合电容器等。容性设备数量在变电站中占较大比重，它们的绝缘是否良好直接关系到整个变电站能否安全运行，因而对其绝缘进行监测具有重要意义。
避雷器监测装置的监测量包括电流、阻性电流和雷击记录。变电站设备状态监测范围较广，除监测装置外，常见的还包括变压器套管绝缘在线监测装置、变压器铁芯接地监测装置、变压器绕组测温、断路器机械特性监测装置、SF6环境在线监测系统、开关柜温度监测装置等。
3 状态监测综合应用服务器
状态监测综合应用服务器对外提供统一的基于IEC 61850的通信接口，对各种在线监测装置进行数据采集、处理、分析、保存和诊断，并将信息上送到调度。综合应用服务器软件主要功能包括使用IEC 61850介入各类监测数据；对变压器的监测数据，如气体含量、局部放电、套管介质损耗、铁芯电流等进行综合状态诊断；电流互感器、电压互感器等设备的绝缘诊断；根据监测的泄露电流，阻性电流等进行状态诊断；对监测到的开断电流、分合闸线圈电流、行程等进行状态诊断；提供各类数据查看、分析、诊断等。
在新一代智能变电站中，综合服务器除对一次设备进行在线监测数据接收和处理外，还要接收过程层二次设备监测数据，通过SNMP接收过程层网络交换机的网络状态信息，通过动态记录装置接收保护装置的状态诊断结果等。
4 二次设备状态监测发展的必然性
随着智能变电站工程建设不断推进，设备状态监测领域内凸显一些需要解决的问题：状态监测功能的集成度和一体化水平不高，部分功能虽然得到整合，但是数据未得到重复融合和利用；装置硬件屏体不统一，通用性差，设计不规范，限制了进一步提供系统的可靠性和适应性；装置可靠性差、误报率高，投入生产效应比较差；一次和二次之间的信息交互动较弱等。
为提高智能化变电站整体技术水平，满足新一代智能变电站建设要求，增强市场的竞争力并支撑智能变电站电网的发展，必须切实提高智能变电站设备状态监测装置的功能集成度、可靠性和稳定性，并通过综合分析多种监测数据，减少报误率。因此，面向对象的全景数据监测及综合诊断评估将成为智能变电站设备状态监测技术未来的发展方向。另外，充分利用状态监测数据，实现与监测系统、视频系统、安防系统有效互动，也将成为智能变电站设备状态监测技术发展的趋势。
5 结束语
变电站二次设备状态检修是强化变电设备安全管理及电网可靠性运行的重要举措。也是智能变电站发展的必然趋势。在电力系统设备中，不仅要重视一次设备的状态监测，二次设备也同样需要进行全面的状态监测，这样才能保证智能变电站的安全和效率。
参考文献
[1]罗洪治，浅析智能变电站及二次设备状态监测技术[J].电力与资源，2013，6.
[2]琚军，施中郎，赖秀炎，等.关于二次设备状态检修若干问题的探讨[J].浙江电力，2010，12.
作者简介：韩东升（1980-），男，汉族，河南鄢陵人，助理工程师，从事电力工程监理工作。
冯艳丽（1982-），女，汉族，河南项城人，工程师，从事工程设计工作。
