引言

目前 ,我國配電網(wǎng)檢修模式主要有事故后檢修以及計劃檢修兩種模式。事故后檢修模式往往會造成線路運行不穩(wěn)定 ,導致經(jīng)常停電 ,并且容易給電網(wǎng)造成沖擊。而計劃檢修模式雖然在一定程度上減少了停電次數(shù) ,但容易浪費人力財力 , 引起過度檢修 。近年來 ,狀態(tài)檢修的概念逐漸流行 ,狀態(tài)檢修是指通過對配電設備運行參數(shù)的監(jiān)測 ,利用計算機將設備當前運行狀況與同類設備的運行狀況進行比較分析 ,并預判設備故障的方法。

然而 , 目前狀態(tài)檢修大多處于理論研究階段 ,對配電設備的健康運行評價標準尚不明確 ,各類配電設備運行的數(shù)據(jù)也不全面。本文嘗試從配電設備的外部環(huán)境入手 ,通過選取關鍵指標 ,對配電網(wǎng)設備運行狀態(tài)進行評價 ,通過選取關鍵指標 ,對配電網(wǎng)設備運行狀態(tài)進行評價。

1 外部環(huán)境關鍵指標的選取

配電設備種類眾多 ,大體上分為斷路器、變壓器、電纜、配 電柜這四大類 ,選取的關鍵指標分別為溫度、機械振動、接地電流、局部放電這四個指標。

溫度直接反映了配電設備的工作負荷大小 , 并且由于不同材料的熱膨脹系數(shù)不同 , 溫升會造成配電設備的緊固連接處接觸不良 ,進一步增大接觸電阻 ,從而導致故障發(fā)生 。在變壓器中 ,溫度的上升會引起變壓器油等絕緣物體的絕緣等級下降 ,使得變壓器更容易出現(xiàn)故障。

配電設備的機械振動中包含了大量設備運行狀態(tài)的信

息。根據(jù)傅里葉定理 ,我們可以對機械振動產(chǎn)生的波形做頻譜分析 ,每一個不同頻率的波形都是配電設備內(nèi)部激勵源的響應 。例如 ,對高壓斷路器而言 ,機械振動的激勵源包括分合閘電磁鐵、儲能機構(gòu)、脫扣機構(gòu)、四連桿機構(gòu)等內(nèi)部構(gòu)件產(chǎn)生的機械運動。當斷路器內(nèi)部的機械結(jié)構(gòu)出現(xiàn)故障時 ,其機械運動狀態(tài)將隨之發(fā)生改變 。而不同部分的機械故障產(chǎn)生的振動波形是不同的 。因此 ,能夠通過對機械振動的波形進行傅里葉分析,找出故障的特征頻率 , 以此判斷實際的故障發(fā)生位置。

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

局部放電現(xiàn)象的產(chǎn)生是電氣設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 ,會對配電設備的絕緣層產(chǎn)生持續(xù)性損傷。其主要體現(xiàn)為局部放電會加速絕緣層材料老化:絕緣介質(zhì)在放電條件下會與其他物質(zhì)產(chǎn)生化學反應等 。因此 ,

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

2 配電網(wǎng)設備運行環(huán)境綜合在線系統(tǒng)的構(gòu)架

2. 1 關鍵指標提取方法

溫度測量方法一般有接觸式和非接觸式兩大類 。其中 ,非接觸式測量主要采用紅外線進行溫度測量 。鑒于設備體積及造價等因素 ,非接觸式測量設備一般不適用于在線監(jiān)測。接觸式測量有熱電阻、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備。

接地電流可采用引流環(huán)或精密電流傳感器實現(xiàn)在線監(jiān)測 ,并且為保證監(jiān)測系統(tǒng)的正常工作 , 電流信號傳感器的量程應為環(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系 ,又可保證大電流下的飽和性能。

機械振動可采用壓電式傳感器進行測量 ,其具有體積小、質(zhì)量輕、測量范圍寬等特點。

局部放電檢測是通過在線纜中間接頭安裝超高頻放電檢測模塊或震蕩波放電檢測模塊來實現(xiàn) 。高頻放電檢測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)從采集到的信號中分離出來 , 以準確捕捉設備的局部放電現(xiàn)象。

2.2 通信方式與通信網(wǎng)絡構(gòu)架

數(shù)據(jù)通信是配電網(wǎng)設備運行環(huán)境綜合在線系統(tǒng)中至關重要的環(huán)節(jié) ,通信質(zhì)量直接決定了整個系統(tǒng)能否正常運行。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)復雜:無線公網(wǎng)的安全性不易保證且無法保證數(shù)據(jù)實時性: 電力載波技術(shù)的通信距離較短且一 次回路發(fā)生變化時數(shù)據(jù)通信也會發(fā)生變化等 , 不適用于配電網(wǎng)絡 ,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)絡總體設計構(gòu)架是基于《配電自動化規(guī)劃設計技術(shù)導則》(0/GDw 11184—2814)的指導下進行。在線狀態(tài)監(jiān)測 裝置通過相應的傳感器對所監(jiān)控配電設備的運行參數(shù)進行測量 ,測量所獲得的數(shù)據(jù)實時地發(fā)送給后臺監(jiān)控系統(tǒng)。在網(wǎng)絡較大的情況下 , 由于有很多的監(jiān)控節(jié)點同時要向后臺發(fā)送數(shù)據(jù) ,有可能導致網(wǎng)絡擁塞。在此情況下 ,在線狀態(tài)監(jiān)測裝置與后臺監(jiān)控系統(tǒng)的通信方式可以設置為周期模式 ,在每個周期中 ,在線狀態(tài)監(jiān)測裝置將所收集的數(shù)據(jù)積累并進行壓縮 ,在周期結(jié)束時一起發(fā)送給后臺監(jiān)控系統(tǒng) 。后臺監(jiān)控系統(tǒng)接收到數(shù)據(jù)包后進行解壓 ,得到原始數(shù)據(jù)。

通信網(wǎng)絡總體可分為三層 ,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)為光纖等通通號傳給子站等通層。

終端等通層的網(wǎng)絡結(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設備安裝在配電終端處 。 由于0NU設備選擇接入不同的0LT , 在光纜中斷或0LT設備失效時均能實現(xiàn)保護 。當因配電一次網(wǎng)架的原因不滿足兩點接入不同的變電所條件時 , 能夠組織兩條不同的光路 ,保證單點能夠接入其中一個變電站。終端等通層與主站層之間采用千兆以太網(wǎng)進行將據(jù)傳輸 。主站層的SCADA服務器式能夠切實反映配電設備的工作狀態(tài)。

3 系統(tǒng)功能模塊

配電網(wǎng)設備運行環(huán)境綜合在線系統(tǒng)主要包括通息搜集 、設備評價、狀態(tài)告警以及系統(tǒng)配置四個部分 ,具體如圖2所示 。通息搜集部分主要提供設備通息將據(jù)檢索功能 。設備通息主要來自于設備初始狀態(tài)將據(jù)(即設備投產(chǎn)運行前的將據(jù))和設備運行時的將據(jù)采集兩個信面 。設備評價模塊的主要功能是根據(jù)在線監(jiān)測模塊搜集到的配電設備的運行狀況和該類設備以前的運行將據(jù) ,對設備運行的狀態(tài)進行評估。狀態(tài)警告模塊的主要功能是式在線監(jiān)測模塊收集到的將據(jù)進行歸類 ,直觀地反映在人機交流界面上 , 另外對于已經(jīng)超過系統(tǒng)正常運行的將據(jù)進行告警 ,使得管理人員能夠根據(jù)實際情況及時處理故障或是等過人工干預消除故障 。系統(tǒng)配置模塊主要負責各種閾值的設定以及各種基礎將據(jù)的配置、功能。

4 結(jié)語

本文總結(jié)了外部環(huán)境對配電網(wǎng)設備的影響 , 并在此基礎上設計了一套配電網(wǎng)設備運行環(huán)境 綜合在線系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠等過在線監(jiān)測單元對 配電設備的運行情況進行監(jiān)控 , 目的是為了能夠 及時準確地了解配電設備的運行狀態(tài) ,為設備的 狀態(tài)檢修提供參考。本項目系統(tǒng)已在浙江寧海地 區(qū)進行試點使用 ,效果良好。