基于物联网的 ABB GOE型高压套管多元 状态监测

卢兴睿、 张玉辉、 简嘉琦

[内容提要]高压电气设备的状态监测是物联网技术重要的应用领域之一，本文着重介绍了物联网技术在ABB GOE型高压套管状态监测系统中的应用，总结出了以相对介质损耗和高频局放数据等电量与油气压力等非电量数据监测相结合的多元状态评价系统，提出了物联网在高压套管状态监测系统中应用的基本架构。在电网状态监测系统中应用物联网技术，可以促进电力设备状态监测与物联网的相互渗透和深度融合，使电网在信息共享化、大数据分析、状态评价准确性等方面得到较大提高。

[关键词]物联网技术；ABB GOE型高压套管；状态监测系统；多元状态评价

0 引言

新疆地区的超高压输电网络为750kV电压等级，范围覆盖全疆11个地州，东西跨度1400公里，南北跨度1300公里，肩负着“疆电外送、疆内跨区输电、新能源接纳”三大任务。为了保持电力网络安全稳定运行，对超高压电网设备状态监测提出了更高要求。物联网技术的发展促使状态监测系统智能地进行数据交互与状态评判，其特点是具有先进的传感器和高度安全的网络基础设施，精确的感知设备状态、性能和可靠性，同时进行数据的实时交互、快速分析、安全传输。目前物联网技术作为一种新型产业技术，越来越多的被应用到电网设备的状态监测系统中。

1 物联网

1. 1. 概念

物联网是指通过传感器技术、射频技术、全球定位系统等技术，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程，采集其声、光、热、电等各种需要的信息，通过各种可能的网络接入，实现物与物、物与人的泛在链接，实现对物品和过程的智能化感知、识别和管理[1]。

1. 2. 特征

从通信对象和过程来看，物与物、人与物之间的信息交互是物联网的核心。物联网的基本特征可概括为整体感知、可靠传输和智能处理[2]。

2 ABB GOE型高压套管的多元状态监测

2.1套管油气压力状态监测

对于少油型高压套管须具有规定的电气强度和足够的机械强度。同时高压套管也是变压器等设备载流元件之一，必须具有良好的热稳定性，能承受变压器正常运行时工作电流产生的长期发热和通过短路电流时的瞬间过热。如果变压器绝缘套管存在缺陷或发生故障，绝缘油会在密封油室内裂解，产生大量氢气及其他烷烃类气体，裂解气无法快速溶解到油中，将导致套管内油压升高，直接危及套管及主设备的安全稳定运行。应用本装置可实时监测套管油气压力及套管内温度变化。

2.2套管相对介损电容量及高频局放状态监测

1. 相对介质损耗因数和电容量检测

由设备绝缘介质损耗因数和电容量停电试验方法演变而来，由于介质损耗因数和电容获得需要电气设备停电后，给电气设备施加一定电压后测量，因为是停电项目受到停电周期的限制，而带电测试相对介质损耗和电容量比值方法是在设备正常运行条件下开展的，摆脱了停电周期的限制。   

2. 套管高频局部放电监测

基于高频电流检测原理，通过安装在末屏的高频传感器（HFCT）收集高压套管局部放电时发出的入地高频信号，检测信号的幅度、相位、频率等，以及与运行（施加）电压之间关系，并将实时数据与典型缺陷图谱对比，可以有效监测电力设备绝缘缺陷信号。

3 ABB GOE型高压套管的多元状态评价

3.1套管油气压力状态监测量评价分析

对公司所辖某变电站750kV 2号高抗的ABB GOE型高压套管累计运行数据进行分析如下：

自2018年10月对该组ABB GOE型高压套管加装套管油气压力传感器至今，在线监测系统运行平稳，持续进行套管油压力、温度数据进行采集。截止2019年8月5日上传至PMS后共计36687组数据，压力、温度数据随时间变化趋势折线图1如下：

图1

从趋势图发现套管温度曲线随季节温度变化明显，最低气温在2018年12月-2019年2月之间出现。同时可以看出套管油气压力数据随气温升高，有升高趋势。

根据热力学查理定律可知，一定质量的气体，当其体积一定时，它的压强与热力学温度成正比。当温度较高且压强不大时，我们将套管油室内气体近似的认定为理想气体（一般可认为温度大于500K或者压强不高于1.01×10^5帕时的气体为理想气体），在套管油室气体体积不变的情况下，理想气体压强随温度作线性满足查理公式：(Pt-P0)/t=P0/273

P0--是在0℃时气体压强

Pt--是在t℃时气体压强

t—当前气体温度

根据假设分析，以各相套管历史运行数据中0℃油气压力设为P0，把三相套管压力、温度数据曲线与标准查理定律曲线做对比,综合分析：

1）从2号高抗A、B、C相套管油气压力与温度曲线关系可以看出，实测数据曲线与查理定律计算曲线走势一致，套管油气压力与温度成正比关系。由于传感器的精度限制，压力值在标准曲线上下浮动。与标准值最大误差数据如下表1：

	A相高压套管	B相高压套管	C相高压套管	平均值
最大正误差	3.57kPa	2.73 kPa	2.96 kPa	3.08 kPa
最大负误差	-5.68 kPa	-7.91 kPa	-9.08 kPa	-7.55 kPa

表1

2）通过标准误差对比表可以明显看出，套管油气压力与标准曲线正向最大偏差稳定在3 kPa左右。而较大的负偏差集中在10℃-30℃之间，最大为-9.08 kPa。从传感器运行稳定性角度考虑，负误差偏大为传感器运行不稳定造成个别数据失真现象。

3）综上所述，根据套管内部发生故障时会大量产出特征气体，油气压力将突增的故障特点，可以不考虑套管压力值突降时的异常判定。故仅需设置套管油气压力上限作为报警阈值。

故将套管压力报警值设置为：

A相阈值=（87.9*T/273+87.9）+3.08 kPa（P0=87.9kPa）

B相阈值=（89*T/273+89）+3.08 kPa（P0=89kPa）

C相阈值=（90.8*T/273+90.8）+3.08 kPa（P0=90.8kPa）

3.2套管高频局部放电状态监测量评价分析

现场传感器检测得到相位图谱后，数据回传至应用层判断测量信号与典型放电图谱特征吻合程度，若相似度在90%以上，则将三相设备局部放电信号的横向对比。若三相测试谱图有20%不一致率，则判定有典型局部放电信号。当放电幅值较小时，判定为异常信号；当放电特征明显，且幅值较大时，判定为缺陷信号。

4 结束语

物联网技术应用在状态监测系统中的应用，可以使电网信息化、自动化，是智能电网建设的必然选择。有效整合现有状态监测系统和新型监测技术资源是物联网技术在智能状态监测体系建设中发展方向，将会提高电力系统信息化水平、安全运行水平，提高设备检修工作效率，提高设备供电可靠性。

[参考文献][1]张鸿涛，徐连明，等.物联网关键技术及系统应用[M].北京：机械工业出版社，2012.[2]饶威，丁坚勇，李锐.物联网技术在智能电网中的应用[J].华中电力，2011，（2）