配電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行環(huán)境綜合在線系統(tǒng)研究

引言

目前 ,我國(guó)配電網(wǎng)檢修模式主要有事故后檢修以及計(jì)劃?rùn)z修兩種模式。事故后檢修模式往往會(huì)造成線路運(yùn)行不穩(wěn)定 ,導(dǎo)致經(jīng)常停電 ,并且容易給電網(wǎng)造成沖擊。而計(jì)劃?rùn)z修模式雖然在一定程度上減少了停電次數(shù) ,但容易浪費(fèi)人力財(cái)力 , 引起過度檢修 。近年來 ,狀態(tài)檢修的概念逐漸流行 ,狀態(tài)檢修是指通過對(duì)配電設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)測(cè) ,利用計(jì)算機(jī)將設(shè)備當(dāng)前運(yùn)行狀況與同類設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行比較分析 ,并預(yù)判設(shè)備故障的方法。

然而 , 目前狀態(tài)檢修大多處于理論研究階段 ,對(duì)配電設(shè)備的健康運(yùn)行評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)尚不明確 ,各類配電設(shè)備運(yùn)行的數(shù)據(jù)也不全面。本文嘗試從配電設(shè)備的外部環(huán)境入手 ,通過選取關(guān)鍵指標(biāo) ,對(duì)配電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià) ,通過選取關(guān)鍵指標(biāo) ,對(duì)配電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1 外部環(huán)境關(guān)鍵指標(biāo)的選取

配電設(shè)備種類眾多 ,大體上分為斷路器、變壓器、電纜、配 電柜這四大類 ,選取的關(guān)鍵指標(biāo)分別為溫度、機(jī)械振動(dòng)、接地電流、局部放電這四個(gè)指標(biāo)。

溫度直接反映了配電設(shè)備的工作負(fù)荷大小 , 并且由于不同材料的熱膨脹系數(shù)不同 , 溫升會(huì)造成配電設(shè)備的緊固連接處接觸不良 ,進(jìn)一步增大接觸電阻 ,從而導(dǎo)致故障發(fā)生 。在變壓器中 ,溫度的上升會(huì)引起變壓器油等絕緣物體的絕緣等級(jí)下降 ,使得變壓器更容易出現(xiàn)故障。

配電設(shè)備的機(jī)械振動(dòng)中包含了大量設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的信

息。根據(jù)傅里葉定理 ,我們可以對(duì)機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生的波形做頻譜分析 ,每一個(gè)不同頻率的波形都是配電設(shè)備內(nèi)部激勵(lì)源的響應(yīng) 。例如 ,對(duì)高壓斷路器而言 ,機(jī)械振動(dòng)的激勵(lì)源包括分合閘電磁鐵、儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)、脫扣機(jī)構(gòu)、四連桿機(jī)構(gòu)等內(nèi)部構(gòu)件產(chǎn)生的機(jī)械運(yùn)動(dòng)。當(dāng)斷路器內(nèi)部的機(jī)械結(jié)構(gòu)出現(xiàn)故障時(shí) ,其機(jī)械運(yùn)動(dòng)狀態(tài)將隨之發(fā)生改變 。而不同部分的機(jī)械故障產(chǎn)生的振動(dòng)波形是不同的 。因此 ,能夠通過對(duì)機(jī)械振動(dòng)的波形進(jìn)行傅里葉分析,找出故障的特征頻率 , 以此判斷實(shí)際的故障發(fā)生位置。

接地電流是能夠迅速有效地反映設(shè)備的工作狀態(tài)的重要指標(biāo)之一 。若在配電設(shè)備運(yùn)行過程中 ,其值產(chǎn)生劇烈變化 ,一般表明配電設(shè)備出現(xiàn)了故障。

局部放電現(xiàn)象的產(chǎn)生是電氣設(shè)備的絕緣層局部被擊穿而引起的。與放電現(xiàn)象不同 ,配電設(shè)備的絕緣層并未完全被貫穿性擊穿。但局部放電現(xiàn)象的存在 ,會(huì)對(duì)配電設(shè)備的絕緣層產(chǎn)生持續(xù)性損傷。其主要體現(xiàn)為局部放電會(huì)加速絕緣層材料老化:絕緣介質(zhì)在放電條件下會(huì)與其他物質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)等 。因此 ,

也可以認(rèn)為配電設(shè)備出現(xiàn)局部放電現(xiàn)象是其出現(xiàn)故障的先兆。

2 配電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行環(huán)境綜合在線系統(tǒng)的構(gòu)架

2. 1 關(guān)鍵指標(biāo)提取方法

溫度測(cè)量方法一般有接觸式和非接觸式兩大類 。其中 ,非接觸式測(cè)量主要采用紅外線進(jìn)行溫度測(cè)量 。鑒于設(shè)備體積及造價(jià)等因素 ,非接觸式測(cè)量設(shè)備一般不適用于在線監(jiān)測(cè)。接觸式測(cè)量有熱電阻、熱電偶、光纖光柵溫度傳感器和無源聲表面波溫度傳感器幾種設(shè)備。

接地電流可采用引流環(huán)或精密電流傳感器實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè) ,并且為保證監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的正常工作 , 電流信號(hào)傳感器的量程應(yīng)為環(huán)流正常值的10~15倍 ,這樣既可保證小電流下較好的線性比例關(guān)系 ,又可保證大電流下的飽和性能。

機(jī)械振動(dòng)可采用壓電式傳感器進(jìn)行測(cè)量 ,其具有體積小、質(zhì)量輕、測(cè)量范圍寬等特點(diǎn)。

局部放電檢測(cè)是通過在線纜中間接頭安裝超高頻放電檢測(cè)模塊或震蕩波放電檢測(cè)模塊來實(shí)現(xiàn) 。高頻放電檢測(cè)模塊通過電壓互感器采集數(shù)據(jù) , 經(jīng)過濾波和頻譜分析等方法將放電脈沖數(shù)據(jù)從采集到的信號(hào)中分離出來 , 以準(zhǔn)確捕捉設(shè)備的局部放電現(xiàn)象。

2.2 通信方式與通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架

數(shù)據(jù)通信是配電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行環(huán)境綜合在線系統(tǒng)中至關(guān)重要的環(huán)節(jié) ,通信質(zhì)量直接決定了整個(gè)系統(tǒng)能否正常運(yùn)行。在電力系統(tǒng)中 ,采用的通信方式有無源光纖專網(wǎng)通信、工業(yè)以太網(wǎng)通信、電力載波技術(shù)、無線專網(wǎng)與無線公網(wǎng) 。但由于無線專網(wǎng)易受干擾且大規(guī)模組網(wǎng)復(fù)雜:無線公網(wǎng)的安全性不易保證且無法保證數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性: 電力載波技術(shù)的通信距離較短且一 次回路發(fā)生變化時(shí)數(shù)據(jù)通信也會(huì)發(fā)生變化等 , 不適用于配電網(wǎng)絡(luò) ,所以目前電力系統(tǒng)大都采用的是無源光纖專網(wǎng)通信、工業(yè)以太網(wǎng)通信方式。

通信網(wǎng)絡(luò)總體設(shè)計(jì)構(gòu)架是基于《配電自動(dòng)化規(guī)劃設(shè)計(jì)技術(shù)導(dǎo)則》(0/GDw 11184—2814)的指導(dǎo)下進(jìn)行。在線狀態(tài)監(jiān)測(cè) 裝置通過相應(yīng)的傳感器對(duì)所監(jiān)控配電設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行測(cè)量 ,測(cè)量所獲得的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)地發(fā)送給后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)。在網(wǎng)絡(luò)較大的情況下 , 由于有很多的監(jiān)控節(jié)點(diǎn)同時(shí)要向后臺(tái)發(fā)送數(shù)據(jù) ,有可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁塞。在此情況下 ,在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置與后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)的通信方式可以設(shè)置為周期模式 ,在每個(gè)周期中 ,在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置將所收集的數(shù)據(jù)積累并進(jìn)行壓縮 ,在周期結(jié)束時(shí)一起發(fā)送給后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng) 。后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)接收到數(shù)據(jù)包后進(jìn)行解壓 ,得到原始數(shù)據(jù)。

通信網(wǎng)絡(luò)總體可分為三層 ,分別為終端通信層、子站通信層和主站層 。終端通信層為在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置的接入層 ,通過RS232、RS485、等通信方式將據(jù)轉(zhuǎn)為光纖等通通號(hào)傳給子站等通層。

終端等通層的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用"手拉手"的等通信方 ,如圖1所示 ,0LT1和0LT2分別安裝在不同的110 kV變電所 ,0NU設(shè)備安裝在配電終端處 。 由于0NU設(shè)備選擇接入不同的0LT , 在光纜中斷或0LT設(shè)備失效時(shí)均能實(shí)現(xiàn)保護(hù) 。當(dāng)因配電一次網(wǎng)架的原因不滿足兩點(diǎn)接入不同的變電所條件時(shí) , 能夠組織兩條不同的光路 ,保證單點(diǎn)能夠接入其中一個(gè)變電站。終端等通層與主站層之間采用千兆以太網(wǎng)進(jìn)行將據(jù)傳輸 。主站層的SCADA服務(wù)器式能夠切實(shí)反映配電設(shè)備的工作狀態(tài)。

3 系統(tǒng)功能模塊

配電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行環(huán)境綜合在線系統(tǒng)主要包括通息搜集 、設(shè)備評(píng)價(jià)、狀態(tài)告警以及系統(tǒng)配置四個(gè)部分 ,具體如圖2所示 。通息搜集部分主要提供設(shè)備通息將據(jù)檢索功能 。設(shè)備通息主要來自于設(shè)備初始狀態(tài)將據(jù)(即設(shè)備投產(chǎn)運(yùn)行前的將據(jù))和設(shè)備運(yùn)行時(shí)的將據(jù)采集兩個(gè)信面 。設(shè)備評(píng)價(jià)模塊的主要功能是根據(jù)在線監(jiān)測(cè)模塊搜集到的配電設(shè)備的運(yùn)行狀況和該類設(shè)備以前的運(yùn)行將據(jù) ,對(duì)設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估。狀態(tài)警告模塊的主要功能是式在線監(jiān)測(cè)模塊收集到的將據(jù)進(jìn)行歸類 ,直觀地反映在人機(jī)交流界面上 , 另外對(duì)于已經(jīng)超過系統(tǒng)正常運(yùn)行的將據(jù)進(jìn)行告警 ,使得管理人員能夠根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)處理故障或是等過人工干預(yù)消除故障 。系統(tǒng)配置模塊主要負(fù)責(zé)各種閾值的設(shè)定以及各種基礎(chǔ)將據(jù)的配置、功能。

4 結(jié)語

本文總結(jié)了外部環(huán)境對(duì)配電網(wǎng)設(shè)備的影響 , 并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一套配電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行環(huán)境 綜合在線系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠等過在線監(jiān)測(cè)單元對(duì) 配電設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控 , 目的是為了能夠 及時(shí)準(zhǔn)確地了解配電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài) ,為設(shè)備的 狀態(tài)檢修提供參考。本項(xiàng)目系統(tǒng)已在浙江寧海地 區(qū)進(jìn)行試點(diǎn)使用 ,效果良好。