配电网设备运行环境综合在线系统研究

引言

目前 ,我国配电网检修模式主要有事故后检修以及计划检修两种模式。事故后检修模式往往会造成线路运行不稳定 ,导致经常停电 ,并且容易给电网造成冲击。而计划检修模式虽然在一定程度上减少了停电次数 ,但容易浪费人力财力 , 引起过度检修 。近年来 ,状态检修的概念逐渐流行 ,状态检修是指通过对配电设备运行参数的监测 ,利用计算机将设备当前运行状况与同类设备的运行状况进行比较分析 ,并预判设备故障的方法。

然而 , 目前状态检修大多处于理论研究阶段 ,对配电设备的健康运行评价标准尚不明确 ,各类配电设备运行的数据也不全面。本文尝试从配电设备的外部环境入手 ,通过选取关键指标 ,对配电网设备运行状态进行评价 ,通过选取关键指标 ,对配电网设备运行状态进行评价。

1 外部环境关键指标的选取

配电设备种类众多 ,大体上分为断路器、变压器、电缆、配 电柜这四大类 ,选取的关键指标分别为温度、机械振动、接地电流、局部放电这四个指标。

温度直接反映了配电设备的工作负荷大小 , 并且由于不同材料的热膨胀系数不同 , 温升会造成配电设备的紧固连接处接触不良 ,进一步增大接触电阻 ,从而导致故障发生 。在变压器中 ,温度的上升会引起变压器油等绝缘物体的绝缘等级下降 ,使得变压器更容易出现故障。

配电设备的机械振动中包含了大量设备运行状态的信

息。根据傅里叶定理 ,我们可以对机械振动产生的波形做频谱分析 ,每一个不同频率的波形都是配电设备内部激励源的响应 。例如 ,对高压断路器而言 ,机械振动的激励源包括分合闸电磁铁、储能机构、脱扣机构、四连杆机构等内部构件产生的机械运动。当断路器内部的机械结构出现故障时 ,其机械运动状态将随之发生改变 。而不同部分的机械故障产生的振动波形是不同的 。因此 ,能够通过对机械振动的波形进行傅里叶分析,找出故障的特征频率 , 以此判断实际的故障发生位置。

接地电流是能够迅速有效地反映设备的工作状态的重要指标之一 。若在配电设备运行过程中 ,其值产生剧烈变化 ,一般表明配电设备出现了故障。

局部放电现象的产生是电气设备的绝缘层局部被击穿而引起的。与放电现象不同 ,配电设备的绝缘层并未完全被贯穿性击穿。但局部放电现象的存在 ,会对配电设备的绝缘层产生持续性损伤。其主要体现为局部放电会加速绝缘层材料老化:绝缘介质在放电条件下会与其他物质产生化学反应等 。因此 ,

也可以认为配电设备出现局部放电现象是其出现故障的先兆。

2 配电网设备运行环境综合在线系统的构架

2. 1 关键指标提取方法

温度测量方法一般有接触式和非接触式两大类 。其中 ,非接触式测量主要采用红外线进行温度测量 。鉴于设备体积及造价等因素 ,非接触式测量设备一般不适用于在线监测。接触式测量有热电阻、热电偶、光纤光栅温度传感器和无源声表面波温度传感器几种设备。

接地电流可采用引流环或精密电流传感器实现在线监测 ,并且为保证监测系统的正常工作 , 电流信号传感器的量程应为环流正常值的10~15倍 ,这样既可保证小电流下较好的线性比例关系 ,又可保证大电流下的饱和性能。

机械振动可采用压电式传感器进行测量 ,其具有体积小、质量轻、测量范围宽等特点。

局部放电检测是通过在线缆中间接头安装超高频放电检测模块或震荡波放电检测模块来实现 。高频放电检测模块通过电压互感器采集数据 , 经过滤波和频谱分析等方法将放电脉冲数据从采集到的信号中分离出来 , 以准确捕捉设备的局部放电现象。

2.2 通信方式与通信网络构架

数据通信是配电网设备运行环境综合在线系统中至关重要的环节 ,通信质量直接决定了整个系统能否正常运行。在电力系统中 ,采用的通信方式有无源光纤专网通信、工业以太网通信、电力载波技术、无线专网与无线公网 。但由于无线专网易受干扰且大规模组网复杂:无线公网的安全性不易保证且无法保证数据实时性: 电力载波技术的通信距离较短且一 次回路发生变化时数据通信也会发生变化等 , 不适用于配电网络 ,所以目前电力系统大都采用的是无源光纤专网通信、工业以太网通信方式。

通信网络总体设计构架是基于《配电自动化规划设计技术导则》(0/GDw 11184—2814)的指导下进行。在线状态监测 装置通过相应的传感器对所监控配电设备的运行参数进行测量 ,测量所获得的数据实时地发送给后台监控系统。在网络较大的情况下 , 由于有很多的监控节点同时要向后台发送数据 ,有可能导致网络拥塞。在此情况下 ,在线状态监测装置与后台监控系统的通信方式可以设置为周期模式 ,在每个周期中 ,在线状态监测装置将所收集的数据积累并进行压缩 ,在周期结束时一起发送给后台监控系统 。后台监控系统接收到数据包后进行解压 ,得到原始数据。

通信网络总体可分为三层 ,分别为终端通信层、子站通信层和主站层 。终端通信层为在线状态监测装置的接入层 ,通过RS232、RS485、等通信方式将据转为光纤等通通号传给子站等通层。

终端等通层的网络结构采用"手拉手"的等通信方 ,如图1所示 ,0LT1和0LT2分别安装在不同的110 kV变电所 ,0NU设备安装在配电终端处 。 由于0NU设备选择接入不同的0LT , 在光缆中断或0LT设备失效时均能实现保护 。当因配电一次网架的原因不满足两点接入不同的变电所条件时 , 能够组织两条不同的光路 ,保证单点能够接入其中一个变电站。终端等通层与主站层之间采用千兆以太网进行将据传输 。主站层的SCADA服务器式能够切实反映配电设备的工作状态。

3 系统功能模块

配电网设备运行环境综合在线系统主要包括通息搜集 、设备评价、状态告警以及系统配置四个部分 ,具体如图2所示 。通息搜集部分主要提供设备通息将据检索功能 。设备通息主要来自于设备初始状态将据(即设备投产运行前的将据)和设备运行时的将据采集两个信面 。设备评价模块的主要功能是根据在线监测模块搜集到的配电设备的运行状况和该类设备以前的运行将据 ,对设备运行的状态进行评估。状态警告模块的主要功能是式在线监测模块收集到的将据进行归类 ,直观地反映在人机交流界面上 , 另外对于已经超过系统正常运行的将据进行告警 ,使得管理人员能够根据实际情况及时处理故障或是等过人工干预消除故障 。系统配置模块主要负责各种阈值的设定以及各种基础将据的配置、功能。

4 结语

本文总结了外部环境对配电网设备的影响 , 并在此基础上设计了一套配电网设备运行环境 综合在线系统。该系统能够等过在线监测单元对 配电设备的运行情况进行监控 , 目的是为了能够 及时准确地了解配电设备的运行状态 ,为设备的 状态检修提供参考。本项目系统已在浙江宁海地 区进行试点使用 ,效果良好。