变电站电力设备综合状态在线监测系统

变电站电力设备综合状态在线监测系统

一、应用范围及特点

变电站电力设备综合在线监测系统主要针对110kV及以上电压等级变电站内关键电力设备（变压器、GIS、断路器、容性设备、避雷器、电力电缆等）进行在线监测，并通过对不同电力设备多种运行参量的综合分析为全面评估设备的运行状态和寿命预测提供准确的现场运行数据。系统主要特点：

采用分层次监测的系统结构，将电力局管辖区域内的多个变电站内的多种电力设备在线监测作为一个整体进行规划和设计，在统一的硬件平台、统一的软件平台和统一的数据库上实现变电站多种电力设备、多个状态参量的集成监测，避免了在线监测简单拼凑带来的弊端，使监测系统具有良好的兼容性、可扩展性和可维护性。

采用目前国际上最先进的数据采集硬件和PXI测控总线结构，不同设备和数据中间之间的通讯采用IEC61850标准，能够保证监测数据的准确性和可靠性。

超高频局部放电监测采用外置的微带天线传感器（带宽：3000MHz）进行测量，并对采集到的单次放电波形进行多种分析，从真正意义上实现了超高频局部放电的在线监测。所有传感器的安装不改变变压器的本体结构，不影响设备的正常运行。

现场前置机机柜、智能采集单元和所有外置传感器的结构设计均符合高海拔、大温差户外长期使用的要求，系统具备定期自检和故障自恢复功能，能在规定的工作条件下长期可靠工作。

远程数据监控中心采用双机热备+磁盘阵列的结构保证数据长期存储的可靠性，采用电力局

区域互联网通信的方式，通过浏览器方式可以远程监控管理终端和监控中心连接，实现电力局办公桌面查看现场数据，并提供无线接入方式。

系统软件采用模块化结构设计和图元设计，同时具备自动监测和手动监测功能，具有良好人机界面，易操作，易升级。

二、技术参数

1. 电容性设备：

介质损耗角正切分辨率达1‰。

长期检测稳定性小于5‰。

检测单元测量误差小于5‰

智能监测单元电磁兼容满足相关技术标准，同时支持现场通讯协议；

2．避雷器

电流测量精度小于2%（现场干扰条件下测量）；

能够对测量结果进行温湿度修正；

长期监测稳定性小于1%；

电磁兼容应足相关技术标准，同时支持现场通讯协议；

3．断路器：

a) 电寿命诊断

分合闸过程电流波形

正常工作和分合闸过程电流幅值

电弧持续时间（准确性≤±10%）

分合闸动作次数、时间及日期

主触头累计电磨损（以I2T 或IT 表征）（受燃弧时间判断的影响，测量精度≤±15%）b) 机械系统诊断

线圈分合闸时间

分合闸线圈电流波形

断路器分/合状态

c) 控制回路状态监测

辅助触点动作时间

d) 储能机构状态监测

储能电机工作电流波形

储能电机启动次数

4 变压器：

a）射频局部放电监测单元

传感器频带：100kHz~15MHz

实时采样带宽：15MHz

相位分析窗口数：4000

放电统计参量分析功能，包括：

基本放电参量：最大放电量、平均放电量、放电次数

二次统计参量：偏斜度、峭度

二维谱图显示：最大放电量相位分布Hqmax(φ)、平均放电量相位分布Hqn(φ)、放电次数相位分布Hn(φ)二维放电谱图

三维放电谱图：放电次数－放电量－相位

b）超高频局部放电监测单元

传感器频带：10MHz~3000MHz

实时采样带宽：300MHz

实时采样速率：2000MS/s

等效采样速率：2000MS/s

纳秒单次放电分析功能，包括：时域指纹分析、频域指纹分析、联合时频分析、基于小波提取的分形分析

c）油中气体色谱在线监测

最小分析周期: ≤4小时；

工作环境温度：-30℃～45℃；

安装接口位置：油路循环范围内；

测量精度：

气体组分灵敏度测量范围检测精度

H2 ≤1μL/L 1－2000μL/L ≤10％

CO ≤1μL/L 1－5000μL/L ≤10％

CH4 ≤1μL/L 0.1－2000μL/L ≤10％

C2H6 ≤1μL/L 0.1－2000μL/L≤10％

C2H4 ≤1μL/L 0.1－2000μL/L≤10％

C2H2 ≤1μL/L 0.1－500μL/L ≤10％

总烃≤1μL/L 1－8000μL/L≤10％

d）套管介质损耗角正切在线监测（可选）

介质损耗角正切分辨率达10-3

长期检测稳定性小于5×10-3

检测单元测量误差小于±1%读数+0.0005

e）油中温度在线监测

温度检测范围：-30℃～+125℃

温度测量精度：0.5℃

f) 铁芯接地故障在线监测

最小电流分辨率1mA

最大可测量电流范围应达到100A

5 环境参数监测：

环境参数环境温度 -50～80℃ ±0.5% 环境湿度 0～98%RH ±2%

三、系统构成

采用分层次在线监测的方式，将需要在线监测的电力设备按照区域划分为多个单元（通常将一回出线上的所有电力设备划分为一个单元）。所有底层信号采集系统采用统一的硬件进行集成，而不是各种现有监测设备的简单堆砌。变电站电力设备综合在线监测系统主要包括三个组成部分，分别对应系统监测功能的三个层次。

1）现场监测层

负责现场变压器各在线监测参量的获取。对于每回出线上的电力设备通过一个现场的PXI

系统或工控机系统进行硬件集成，将底层的各种状态信号和智能监测单元集成起来。每个监测单元具有即插即用功能，自动实现硬件添加、采集控制、数据传输等功能。采用星形网路拓扑结构和光缆将站内所有PXI系统或工控机组成以太局域网，构成变电站内针对多个电力设备的多种状态参量的综合在线监测系统网络。

监测前置机放置在现场被监测设备所属线路的变压器附近，前置机内包含集成采集PXI单元、信号调理单元、温度自动控制单元和变压器油色谱智能单元等。PXI系统在运行时，通过各个PXI 模块控制硬件采集模块，将传感器耦合的状态参量信号进行A/D转换及相应的处理，然后由PXI 软件系统进行最后的处理。