電力設備在運行中經(jīng)受電、熱、機械的負荷作用，以及自然環(huán)境的影響，長期工作會引起老化、疲勞、磨損，以致性能逐漸下降，可靠性降低，設備故障率逐漸增大，危機電力系統(tǒng)的安全運行，因此需要對這些設備的運行狀態(tài)進行監(jiān)測。變電設備狀態(tài)監(jiān)測通常有離線檢測和在線監(jiān)測兩種方式。

1 離線檢測技術(shù)

長期以來，電力設備依賴于定期離線檢測，離線檢測可以在設備運行時采集樣本或數(shù)據(jù)，通過儀器、設備等在實驗室對樣本進行檢測分析或?qū)?shù)據(jù)進行分析加工，根據(jù)設備運行數(shù)據(jù)、缺陷記錄、停電試驗等手段發(fā)現(xiàn)設備故障的征兆，通過分析設備可能發(fā)生故障的原因和部位，從而引出處理的方法。離線檢測具有非實時性的特點，試驗結(jié)果有一定的滯后性，不能反映設備運行的當前狀態(tài)，只能檢測一些常規(guī)數(shù)據(jù)，在防止事故方面有很大的局限性和不足，不能全過程地反映設備運行條件下的各種狀態(tài)，對突發(fā)性故障無法提前預知。離線檢測需要停電離線進行，試驗時間長、工作量大，越來越制約電力設備的安全運行。

2 在線監(jiān)測技術(shù)

在線監(jiān)測的實質(zhì)是要求分析設備的當前狀態(tài)及未來趨勢，在發(fā)生故障之前提出檢修計劃，做到防患于未然，是狀態(tài)設備的技術(shù)基礎之一，在智能變電站中占有越來越重要的地位。在線監(jiān)測技術(shù)指在電氣設備的運行狀態(tài)下，通過特殊的試驗儀器、儀表裝置，對被測的電氣設備進行的檢測，用于發(fā)現(xiàn)運行中的電氣設備所存在的潛在性的故障。它可以測出電氣設備在所測時刻下的使用狀態(tài)，便于及時發(fā)現(xiàn)設備的隱患，了解隱患的變化趨勢等，可以發(fā)現(xiàn)常見的電氣設備在運行狀態(tài)下出現(xiàn)的所有問題。在線監(jiān)測是智能變電站狀態(tài)監(jiān)測的主要實現(xiàn)技術(shù)手段。

3 狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)在曹植變電站中的應用

220kV曹植變電站是我院設計的第一座智能變電站，該站狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)主要針對站內(nèi)主要一次設備包括主變壓器、氣體密封組合電器(GIS)、避雷器等實施狀態(tài)監(jiān)測，監(jiān)測方式主要以在線監(jiān)測方式。本變電站規(guī)劃3臺主變壓器，本期2臺，均為三相自冷式;220kV側(cè)采用GIS設備，采用雙母線接線方式，規(guī)劃出線6回，本期2回;110kV側(cè)采用GIS設備，采用雙母線接線方式，規(guī)劃出線12回，本期6回。全場220kV電壓等級按進出線間隔配置敞開式金屬氧化鋅避雷器。110kV電壓等級按進出線間隔配置封閉式金屬氧化鋅避雷器。

3.1 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

本站狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，由傳感器、智能組件IED及監(jiān)測后臺組成，各個狀態(tài)監(jiān)測單元通過統(tǒng)一的IEC61850協(xié)議與監(jiān)測后臺系統(tǒng)通信。監(jiān)測后臺具有各種監(jiān)測功能的數(shù)據(jù)采集存儲、故障報警、故障診斷等功能，系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖3.1-1所示。

圖3.1-1狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

傳感器是狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，其性能直接決定整個系統(tǒng)測量的準確性。本工程傳感器層包括簡單的電壓電流傳感器，也包括復雜的采集裝置，如油色譜、密度微水傳感器。傳感器采集到監(jiān)測數(shù)據(jù)后，通過模擬信號、RS-485通信、網(wǎng)絡通信等途徑，將信息上送到智能組件IED，由智能組件IED對監(jiān)測數(shù)據(jù)做初步的分析，然后將監(jiān)測數(shù)據(jù)及分析結(jié)果通過MMS服務上傳至監(jiān)測后臺。

依據(jù)各監(jiān)測部分需求的不同，本工程共采用了四種智能組件IED：①油色譜IED，監(jiān)測七氣、微水;②變壓器監(jiān)測IED，監(jiān)測油溫、鐵芯電流;③避雷器IED，監(jiān)測全電流、阻性電流;④GIS密度微水IED，監(jiān)測SF6密度、微水。

3.2 變壓器在線監(jiān)測

(1)系統(tǒng)概述

變壓器在線監(jiān)測系統(tǒng)完成對變壓器油中氣體，變壓器頂層油溫底層油溫和鐵芯電流的監(jiān)測任務。

(2)監(jiān)測子系統(tǒng)

①變壓器油色譜及微水監(jiān)測。變壓器油色譜及微水前端采集裝置采集H2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2、CO、CO2氣體含量和微水含量，并將七氣和微水含量原始數(shù)據(jù)及譜圖通過RS-485通信方式上傳至油色譜IED，油色譜IED將接收到的各種氣體含量通過二次抓峰處理和三比值運算，得出各種氣體濃度值及三比值診斷結(jié)論，并將此結(jié)果集以IEC61850方式上傳至監(jiān)測后臺，通過界面方式展示給用戶。

②變壓器油溫監(jiān)測。頂層油溫監(jiān)測采用主變自帶鉑電阻溫度傳感器，經(jīng)主變端子箱內(nèi)變送器轉(zhuǎn)變?yōu)?-20mA直流信號，接入主變狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)控制柜內(nèi)變壓器監(jiān)測IED。底層油溫監(jiān)測采用鉑電阻溫度傳感器，傳感器輸出直接引入主變狀態(tài)監(jiān)測控制柜內(nèi)，經(jīng)變送器轉(zhuǎn)為4-20mA信號，接至變壓器監(jiān)測IED。變壓器油溫監(jiān)測相