陳 珉，劉浩軍， 何文林， 鄭 宏，江 軍

（1.國網(wǎng)浙江省電力有限公司電力科學(xué)研究院，杭州 310014；2.杭州柯林電力設(shè)備有限公司，杭州 310011；3.江蘇省新能源發(fā)電與電能變換重點實驗室（南京航空航天大學(xué)），南京 211106）

0 引言

變電設(shè)備帶電檢測是當(dāng)前電力系統(tǒng)內(nèi)大力推行的檢測手段[1-2]，為規(guī)范和指導(dǎo)各單位做好帶電檢測工作，國家電網(wǎng)公司在2013年對《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗規(guī)程》進行了修訂，增加了大量帶電檢測項目[3-4]。然而現(xiàn)行的帶電檢測工作需要投入大量人力開展設(shè)備檢測工作，特別對于檢測中發(fā)現(xiàn)的異常設(shè)備，需要檢測人員頻繁到現(xiàn)場處理，消耗大量人力物力，且無法保證全天候不間斷監(jiān)測[5]。安裝在線監(jiān)測裝置雖然可實現(xiàn)全天候不間斷監(jiān)測，但存在裝置成本和售后服務(wù)成本較高、數(shù)據(jù)接入復(fù)雜等現(xiàn)實問題。運用單臺儀器開展帶電檢測，檢測工作效率低下，現(xiàn)有檢測設(shè)備的數(shù)據(jù)不能通信上傳、遠(yuǎn)程存儲，因此檢測設(shè)備的利用率低下，帶電檢測工作無法大量快速地開展[6-8]。另外，當(dāng)前類型相近的儀器種類繁多、現(xiàn)場布線復(fù)雜、測試速度慢、效率低，也是無法開展大規(guī)模、高效率的帶電檢測的原因[9-12]。

因此，有必要設(shè)計一套多參量變電設(shè)備集成型帶電檢測系統(tǒng)，并開發(fā)相應(yīng)的帶電檢測裝置，以一臺主機配置不同傳感器進行多參量的帶電檢測工作，同時對解決各類變電異常設(shè)備長時間、無人跟蹤帶電檢測的難題[13-14]。

1 多參量集成化硬件方案

為了開發(fā)變電設(shè)備的通用型多參量帶電檢測系統(tǒng)，實現(xiàn)一次布置到位，對多臺異常設(shè)備進行連續(xù)自動跟蹤檢測，按照模塊化的思路，設(shè)計了多參量集成化硬件方案，主要包括現(xiàn)場模塊化傳感器、狀態(tài)量數(shù)字化模塊、集成遠(yuǎn)程通信管理的集成平臺3個部分，如圖1所示。其中，模塊化傳感器適用于容性設(shè)備、主變壓器（簡稱主變）設(shè)備、氧化鋅避雷器等在內(nèi)的多種變電設(shè)備。

該硬件方案可滿足對電壓、電流信號等多參量綜合分析處理，實現(xiàn)對不同信號的同步差異化處理和參量采集。針對主變鐵心、主變中性點、主變套管、電流互感器、CVT（電容式電壓互感器）、氧化鋅避雷器等變電設(shè)備的不同特性，通過測量泄漏電流、末屏電流、接地電流、母線TV（電壓互感器）電壓等模擬量進行傳感器模塊化處理，并采用通用型硬件組件進行電流、介損、電容量等設(shè)備多參量的分析處理，并設(shè)計了變電設(shè)備帶電檢測集成系統(tǒng)。

方案針對現(xiàn)場不同被測設(shè)備的不同狀態(tài)量，主要配置了兩種傳感器，實現(xiàn)不同變電設(shè)備不同檢測參量的全范圍覆蓋。包括：

（1）有源零磁通電流傳感器，交流檢測范圍：0.1～10 000 mA，相位精度 0.02°，介損誤差0.001，TA（電流互感器）穿芯孔徑Φ30 mm，IP65防護等級，如圖2所示，可用于容性設(shè)備、主變套管、氧化鋅避雷器等不開合結(jié)構(gòu)固定式安裝在末屏引下線裝置中。

圖2 有源零磁通電流傳感器外觀與結(jié)構(gòu)參數(shù)

圖1 多參量集成式系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)示意

（2）霍爾型開合結(jié)構(gòu)電流傳感器，TA口徑120 mm×20 mm，IP55防護等級，如圖3所示；交流檢測范圍：1 mA～200 A，準(zhǔn)確度1%±1 mA；直流檢測范圍：±200 A，準(zhǔn)確度1%±0.1 A；用于主變鐵心和中性點扁鐵電流測量。

圖3 霍爾型開合結(jié)構(gòu)電流傳感器外觀與結(jié)構(gòu)參數(shù)

為方便不同量程參量的就地檢測分析，兩種傳感器在接口設(shè)計上，把二次信號輸出接口規(guī)格進行統(tǒng)一，狀態(tài)參量數(shù)字化模塊可以用同一接口匹配兩種傳感器，參量數(shù)字化模塊可按現(xiàn)場需求進行靈活組合，每模塊集成就地傳感器接入信號顯示，設(shè)計的4路檢測通道至少滿足三相設(shè)備的同時帶電檢測。

現(xiàn)場采用無線方式通信，免除了現(xiàn)場布線的繁瑣，大大提高了測量的效率，可同時測量多組設(shè)備數(shù)據(jù)量，系統(tǒng)集成度高、通用性強，可自由組合，靈活性好。由多個電流傳感器及檢測模塊組成的可移動型短期在線檢測裝置實物見圖4。

圖4 可移動型短期在線檢測單元實物照片

在通信設(shè)計方面，模塊通過現(xiàn)場串行通信總線RS485或高速CAN（控制器局域網(wǎng)絡(luò)）總線與集成平臺通信，測試時現(xiàn)場僅需1條通信線和1條電源線，現(xiàn)場布局簡單測試高效。

2 多參量帶電檢測集成系統(tǒng)軟件方案

帶電檢測平臺，用于對變電設(shè)備的某個、多個狀態(tài)參量、整站同類變電設(shè)備進行連續(xù)監(jiān)測，可按要求以較短的周期進行定時在線檢測。帶電檢測系統(tǒng)一般采用總線式的分層分布式結(jié)構(gòu)，分為過程層、間隔層和站控層。

圖5 軟件平臺內(nèi)部組件設(shè)計

系統(tǒng)儀器平臺軟件設(shè)計有MySQL數(shù)據(jù)庫，能按被測設(shè)備類型、間隔相別、采集時間等自動索引，可長時間記錄運行數(shù)據(jù)，形成趨勢分析、告警記錄等遠(yuǎn)程自動監(jiān)控功能。

變電設(shè)備帶電檢測集成系統(tǒng)以現(xiàn)有IEC 61850通信規(guī)約為基礎(chǔ)，結(jié)合數(shù)據(jù)采集、接收、存儲、和發(fā)送的需要與特點建立不同電壓、電流傳感器信息傳輸規(guī)約和通信協(xié)議，規(guī)范就地采集單元與通用帶電檢測裝置數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)。

系統(tǒng)通信上采用3層拓?fù)浼軜?gòu)，由過程層、間隔層、站控層組成。

（1）過程層。

過程層是傳感器，包括容性設(shè)備、避雷器、主變套管、主變鐵心、主變中性點等用于一次設(shè)備監(jiān)測的傳感器。監(jiān)測裝置從高壓設(shè)備中安全地抽采被測的信號，通過傳感器將變電設(shè)備的被測電量狀態(tài)參數(shù)轉(zhuǎn)換為可測的二次信號。該傳感器裝置一般安裝在現(xiàn)場變電設(shè)備的下方，過程層傳感器二次信號連到信號采集模塊。

（2）間隔層。

間隔層設(shè)備未標(biāo)準(zhǔn)化的信號采集模塊，狀態(tài)量數(shù)字采集模塊，與傳感器可以一體化布局在被測設(shè)備下方，可以實現(xiàn)某一相或整個間隔三相設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測，實現(xiàn)被監(jiān)測設(shè)備的信息采集，就地數(shù)字化上送到站控層儀器平臺。間隔層主要是傳感器智能化單元或采集模塊，具備模擬量采集、智能化數(shù)據(jù)加工、通信上傳功能，通信主要為現(xiàn)場總線RS485或CAN總線。

綜合監(jiān)測單元實現(xiàn)在線監(jiān)測與站端監(jiān)測單元通信。

（3）站控層。

站控層為整站帶電監(jiān)測站控端匯集平臺，是多參量帶電檢測系統(tǒng)的儀器人機交互平臺，實現(xiàn)整個帶電檢測系統(tǒng)的運行控制，匯集所有狀態(tài)量的檢測數(shù)據(jù)、綜合分析、故障診斷、監(jiān)測預(yù)警、數(shù)據(jù)展示、存儲和標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程等功能。裝置通信協(xié)議統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為IEC 61850，通信規(guī)約滿足《輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測主站系統(tǒng)（變電部分）I1接口網(wǎng)絡(luò)通信規(guī)范》要求。

在現(xiàn)場長時間可靠運行后獲得帶電檢測數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)顯示界面如表1所示。

3 結(jié)語

針對變電設(shè)備種類較多、特性不一、參數(shù)類型多、量程范圍廣等難題，設(shè)計了一套多參量變電設(shè)備集成型帶電檢測系統(tǒng)。首先在參量檢測方面，采用模塊化思路，主要配置了2種傳感器，實現(xiàn)不同變電設(shè)備不同檢測參量的全范圍覆蓋；基于模塊化檢測，設(shè)計通用型接口規(guī)格，按需組合，使得布局簡單高效，構(gòu)建了集成式硬件系統(tǒng)；以現(xiàn)有IEC 61850通信規(guī)約為基礎(chǔ)，組建了包含過程層、間隔層、站控層3層架構(gòu)，設(shè)計了多參量帶電檢測集成系統(tǒng)軟件方案。

現(xiàn)場對不同變電設(shè)備進行了測試并開展了長時間多參量帶電狀態(tài)檢測，實現(xiàn)了變壓器鐵心接地電流、避雷器阻性電流、容性設(shè)備介損及電容量等在內(nèi)的帶電檢測，測試結(jié)果表明多參量變電設(shè)備集成型帶電檢測系統(tǒng)能夠滿足測試需求，提高了變電設(shè)備的檢測和檢修效率。

表1 遠(yuǎn)程長時間多參量帶電狀態(tài)檢測數(shù)據(jù)