（CS10 北京奥德威特电力科技股份有限公司）
1.引言
自国家电网公司提出智能电网的概念后，智能变电站作为其中重要的组成部分，正在如火如荼的发展中。关于智能变电站的状态监测，目前受到众多科研院所及国内外电力设备制造商的关注，这项技术也正在逐渐的走向成熟。本文着重阐述了关于智能变电站中一次设备的在线监测及变电站的整体可视化监控系统，对于实现智能变电站的状态检修提出了相应的解决方案。
2.一次设备在线监测
随着变电站电压等级的提高，变电设备安全可靠的运行，对保证供电可靠性有重要意义。其中对于变压器、高低压开关柜及电力电缆的在线监测，是实现智能变电站状态检修的重要组成部分。
1）变压器在线监测技术
变压器作为电力系统中最重要和最昂贵的电力设备之一，对其进行全面的在线监测不仅可提前发现变压器的故障隐患，保证其安全稳定的运行，还可以有效延长变压器的使用寿命。
变压器的整体监测系统由油中溶解气体分析及油中微水含量检测、变压器局部放电监测、铁心接地电流监测及有载调压开关控制与监测、变压器绕组光纤温度监测等组成。
2025年国家电网公司做出规定，新建110kV及以上变电站应装设变压器在线监测设备，其中油中溶解气体及微水含量是主要监测参量之一。油中溶解气体分析法经过半个世纪的不断完善，被世界各国公认为是目前在线监测和诊断电力变压器早期故障的最好方法。
目前国内用于油中溶解气体监测的原理多采用油色谱分析法，该系统使用强制油循环功能，对变压器中的流动油实时取样。变压器中的油通过强制循环装置进入油气分离装置，通过高效的真空油气分离装置将变压器油中的特征气体完全分离。被分离的气体进入检测系统，通过色谱柱、传感器，将气体浓度值转换成相应的电信号。
基于光声光谱法的变压器油中溶解气体分析原理，是利用一束强度可调制的单色光源照射到密闭的光声池的被测样品上，样品吸收光能，并立即以释放热能的方式退激。释放的热能使样品和周围介质按光的调制频率产生周期性加热，从而导致介质产生周期性压力波动，这种压力波动可用微音拾音器和压电陶瓷传声器检测，并通过放大得到光声信号。由于每种化合物都有其特有的红外光谱（通常指吸收光谱），若入射单色光波长可变，则可检测到随波长变化的光声信号图谱，从而实现对被测物的结构鉴定与定性定量分析。相比于油色谱分析法，光声光谱法无需耗材，无需标气、载气等耗材；操作简便、易学，是更先进的检测原理。
我国对分接开关监测的研究相对起步较晚，目前几乎还是空白。而据调查，有载调压机构的故障的比例占到变压器故障的35％左右，因此对变压器有载调压机构的在线监测，也是不容忽视的。有载分接开关的操作中，触头的碰撞、摩擦等都伴随有机械振动信号的产生，因此通过使用体外传感的方式对这些振动信号进行测试，可以有效地发现有载分接开关存在的故障隐患。
通过监测变压器套管等位置的局部放电及变压器铁心接地电流，也能从不同角度反应变压器隐含的内部故障。
2）基于光纤传感技术的温度在线监测系统
电力输送过程中，有许多电气事故是由于设备或连接处过热而发生的，并且几乎所有的电气故障都伴随着故障点温度的变化。
其中低压开关柜的特点是电缆连接头和母线连接头较多，当安装或检修时工作人员因疏忽而没有安装或少装了紧固螺钉，或是螺钉松动，以及触头脏污时，将会导致连接头的接触电阻增大，当有大电流通过时就会产生高温；而且高压开关柜的上刀闸、下刀闸及电缆接头等活动节点最容易发生故障，其主要原因是由于触头氧化、接触不良等原因导致活动节点的接触电阻增大，当负载电流通过时，容易发生过热现象，进而引发故障甚至事故。(https://www.daowen.com)
大容量变压器运行过程中，保证绕组热点温度在合格范围内十分重要。
从变压器寿命角度来考虑，变压器所选用的各种耐热等级的绝缘材料都有热老化寿命的温度指标。变压器的寿命取决于绝缘的老化，而绝缘的老化又主要取决于运行的温度。故在产品运行中必须注意设备最热点温度，不能超过该耐热等级的热点温度允许值。
从安全角度考虑，在不同的外围温度下，以不同容量运行的变压器，其绕组热点温度不能超过绝缘材料耐热等级所允许的最高热点温度值，否则极有可能导致恶性事故的发生。
在变压器绕组内埋设光纤式温度传感器，从多个传感器探测绕组等设备内部热点温度，及可以保证变压器在安全稳定的情况下运行，同时又可以通过设法降低热点温度，而尽可能地延长变压器的运行寿命。
电力电缆由于其安装方式决定了日常巡视及管理的难度，而一旦发生故障可能带来的后果也更加严重。
从过热开始到事故发生一般会有一段时间过程，如能及早发现温度异常并及时处理，将大大减少电气事故。因此，对电气设备的运行温度，尤其是敏感位置温度的监测是故障预警和预防事故的重要手段。
电力设备温度监测经历了红外测温、无线测温、光纤测温的不同阶段，光纤测温以其本质安全、准确度高、稳定可靠等特性，逐渐成为测温系统的主流技术。目前光纤测温原理主要有采用光纤光栅原理的高低压开关柜触电测温系统、应用喇曼效应的分布式电缆测温系统和荧光式测温原理的高低压开关柜及变压器绕组测温系统。
3.三维可视化监测系统
基于全站三维可视化平台，按照“面向对象（间隔）”的分层、分布式变电站综合自动化设计理念，对所有一、二次设备进行功能组合和优化设计，实现全站信息的统一接入、统一存储和统一展示，实现运行监视、操作与控制、综合信息分析与智能告警、运行管理和辅助应用（电源、消防、安防和环境监测）等功能的一体化监控管理。它完全取代了常规监视仪表、操作控制屏柜、模拟屏柜、中央信息系统、变送器及常规远动装置等设备，提高了变电站的安全与经济运行水平。
系统采用了最新的三维可视化技术，对变电站的室内、室外、地下隐蔽工程、各种主要电力设备进行等比例精细建模，直观、真实、精确地展示各种电力设施形状及组织关系；并对变电站运行状态进行直观展示、模拟、仿真；使用户在电脑上就可以浏览整个变电站，如同亲临现场（见图1）。
图1 监测图
4.智能变电站三维可视化状态监测系统组成
智能变电站三维可视化状态监测系统由变压器在线监测、电力电缆温度监测及高低压开关柜温度监测组成，所有监测设备均带有通信模块，可与监控系统通过标准通信规约将监测信息上传至后台系统（见图2）。
图2 监测系统组成
（作者：北京奥德威特电力科技股份有限公司 张晓彦、陶文华、徐秋凤）
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