地面供电系统无人值守功能的研究与应用

候国华

（新汶矿业集团有限责任公司华丰煤矿山东泰安271413）

摘要：微水密度在线监测、避雷器在线监测、油中气体在线监测、铁芯接地在线监测、无线测温、智能巡检机器人

一、绪论

1.1课题研究背景与意义

随着现代工业的发展，电能在工业中越来越显示其作用的巨大，而作为接受和分配电能的变电站更是在工业企业占据十分重要的位置，因此，变电站的日常运维是一项很重要的任务。采用传统的变电站一次及二次设备已经越来越难以满足变电站安全及经济运行，少人值班或者无人值班的要求。随着变电站综合自动化技术的不断发展与进步，变电站综合自动化系统取代或更新传统的变电站二次系统，“无人值班”变电站已成为电力系统新的发展方向和趋势。

1.2课题主要研究内容

1.2.1课题研究目标

本课题主要目标是通过完善地面35KV智能变电站，升级现有供电自动化系统，对智能站一次电力设备增加在线监测系统，调研应用变电站智能巡检机器人，达到实现变电站无人值守、巡检机器人替代日常人工巡检的目的。

1.2.2主要研究内容

⑴在两台35KV室外六氟化硫断路器上增加SF6-800型微水密度传感器，微水密度传感器由露点传感器、温度传感器和压力传感器组成。传感器自带气体微循环系统，可扰动气室内SF6气体，使主气室与采样点的湿度能够快速达到平衡，解决在线测量不准及难以反映主气室湿度的问题；自动校准程序通过自动加热传感器并进行“归零”纠偏，确保低露点精度，保证传感器长期稳定性。

⑵在35KV避雷器系统上增加在线监测。避雷器是保证电力系统安全运行的重要保护设备之一。监测器中的毫安表用于监测运行电压下通过避雷器的漏电流（峰值），可以判断避雷器内部是否受潮，元件是否异常等情况；污秽表用于监测避雷器瓷套外部的污秽电流的大小（也就是污秽的大小）；动作计数器则记录避雷器的过电压动作次数。

⑶在两台35KV主变压器上增设TOA-2000油中气体在线监测系统。对于大型电力变压器，目前几乎大多是用油来绝缘和散热，变压器油与油中的固体有机绝缘材料在运行电压下因电、热、氧化和局部电弧等多种因素作用会逐渐变质，裂解成低分子气体；变压器内部存在的潜伏性过热或放电故障又会加快产气的速率。随着故障的缓慢发展，裂解出来的气体形成气泡在油中经过对流、扩散作用，就会不断地溶解在油中。同一类性质的故障，其产生的气体量随故障的严重程度而异。由此可见，油中溶解气体的组分和含量在一定程度上反映出变压器绝缘老化或故障的程度，可以作为反映电气设备电气异常的特征量。

⑷在两台35KV主变压器上增加变压器铁芯接地电流在线监测。电力变压器铁芯两点或多点接地时，在铁芯内部会产生环流，引起局部过热，严重时会造成铁芯局部烧损，甚至使接地片熔断，导致铁芯电位悬浮，产生放电性故障，严重威胁变压器可靠运行，因此在变压器运行过程中，能实时监测变压器铁芯及夹件接地电流变的至关重要。

⑸变电站的开关柜、母线接头、室外刀闸开关等重要的设备增加无线测温系统。在长期运行过程中，开关的触点和母线连接等部位因老化导致接触电阻过大而发热，而这些发热部位的温度很难监测，由此最终导致事故发生。

⑹在6KV配电室内增加一台智能巡检摄像仪。人工巡检受人员的生理、心理素质、责任心、外部工作环境、工作经验、技能技术水平的影响较大，存在漏巡，漏发现的可能性。且对于设备内部的缺陷，运行人员无专业仪器或者仪器精确度太低，通过简单的巡视是不能发现的。巡视人员巡视设备时需要站在离设备较近的地方，对巡视人员的人身安全也有一定的威胁，特别是在异常现象查看、恶劣天气巡视，事故原因查找时危险性更大。因此增加智能巡检设备的有极大的必要性。

二、实施方案

2.1微水密度在线监测系统

微水密度在线监测装置主要用于封闭式组合电器各气室SF6气体的密度、微水、露点及温度等参数的监测，该装置已普遍应用于35kV及以上电压等级的断路器气室SF6气体的监测。根据气室SF6气体的状态信息，可以实现开关状态的诊断功能。

SF6-800型微水密度传感器由露点传感器、温度传感器和压力传感器组成。传感器自带气体微循环系统，可扰动气室内SF6气体，使主气室与采样点的湿度能够快速达到平衡，解决在线测量不准及难以反映主气室湿度的问题；自动校准程序通过自动加热传感器并进行“归零”纠偏，确保低露点精度，保证传感器长期稳定性。

2.2避雷器在线监测系统

避雷器运行时的泄漏电流主要由线性的容性电流分量和非线性的阻性电流分量构成，正常时阻性电流分量约占全电流的10～20%。避雷器事故主要由阻性电流分量异常增加，损耗剧增引起热崩溃，严重的引起避雷器爆炸。而全电流则能反映避雷器受潮、瓷件外表面严重污秽、内部元件接触不良、阀片老化等异常状况。

避雷器在线监测系统长期实时监测避雷器全电流和阻性电流及其变化趋势，其功能是在避雷器有关运行指标出现变化时，给出变化趋势曲线，及时发现避雷器的劣化情况；有关指标达到报警状态时，自动报警以保障避雷器设备和变电站整套系统的安全。

2.3油中气体在线监测系统

TOA-2000变压器油色谱在线监测系统是用于电力变压器油中溶解气体的在线分析与故障诊断，适用于各种电压等级的电力充油变压器、电弧炉变压器、电抗器以及互感器等油浸式高压设备。

TOA-2000变压器油色谱在线监测系统可实现自动定量循环清洗、进油、油气分离、样品分析，数据处理，实时报警；快速地在线监测变压器等油浸式电力高压设备的油中溶解故障气体的含量及其增长率，并通过故障诊断专家系统早期预报设备故障隐患信息，避免设备事故，减少重大损失，提高设备运行的可靠性。该系统作为油色谱在线监测领域的新一代产品，将为电力变压器实现在线远程DGA分析提供稳定可靠的解决方案，是电力系统状态检修制度实施的有力保障。

2.4铁芯接地在线监测系统

电力变压器是电力系统中最重要的电气设备，运行中一旦出现故障，将会对电力系统造成严重的后果。正常运行的变压器铁芯一点接地，铁芯接地电流在O-100mA之内，如果有两点或者两点以上同时接地，则铁芯与大地之间将形成电流回路，最大电流可达到几十安培，将会造成铁芯局部过热甚至烧毁，造成一定的经济损失。华丰35kV站铁芯接地监测

2.5配电室开关柜无线测温系统

供电系统中，各类设备的开断接触点可能因为松动、老化、电弧冲击等原因造成接触电阻增大。这会使触点的温度不断上升，给电网安全带来隐患。如果不及时发现，容易引起起火爆炸、大面积停电、人员伤亡等灾难事故，直接和间接经济损失巨大。因此，对电力设备的温度进行在线监测并及时排除隐患，越来越得到行业的认可和重视。

2.6智能巡检机器人

巡检功能

（1）系统应支持全自主和遥控巡检模式。

全自主模式包括例行和特巡两种方式。例行方式下，系统根据预先设定的巡检内容、时间、周期、路线等参数信息，自主启动并完成巡视任务；特巡方式由操作人员选定巡视内容并手动启动巡视，机器人可自主完成巡检任务。

遥控巡检模式由操作人员手动遥控机器人，完成巡视工作。

（2）巡检内容应包括但不限于：

1）室内设备的外观；

2）开关的分合状态；

3）电压、电流等表计指示；

4）装置状态指示灯；

三、主要结论

对智能站一次电力设备增加多样在线监测系统，涵盖了变电站主要电气设备状态参数的监测，可以对监测设备进行测量，将信息量集中分析、显示以及告警，并将数据上传到后台机进行全面的监视和分析。监测参量多、功能齐全，提高了设备运行的可靠性。

6KV配电室内安装智能巡检机器人具有强度高、重量轻、抗腐、阻燃、绝缘性能高等优点。通过无线接收并传输视频信号具有传输无延时、图像稳定等优点。布局方便、快捷，能替代同一路线上的多个固定监控设备。具有极高的推广价值。