[发明专利]具有高压电力设备绝缘在线监测功能的变电站自动化系统

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统、发电厂的变电站内高压电力设备的绝缘监测，属于高压电力设备状态检修和在线监测领域和变电站自动化领域。

背景技术

特高压、超高压输电是现代电力系统和输电网的特征，更高的电压等级对电力设备绝缘提出更高的要求，同时拉动材料科学和在线监测技术的应用。特高压、超高压电网的绝大多数故障表现为绝缘遭受破坏，除输电线以外的高压电力设备都集中放置在变电站内，包括主变压器、高压断路器、电流互感器(CT)、电容式电压互感器(CPT)、套管、耦合电容器、避雷器等。高压输变电设备的安全运行是影响电力系统安全、稳定和经济运行的重要因素。高压设备发生绝缘事故，不仅会造成设备本身损坏，而且还会造成多方面的损失。

随着电压等级和设备容量的不断增加，使得设备故障检修时间越来越长，费用也越来越高。传统的定时检修(计划检修)由于存在不足维修和过剩维修等缺点，已经无法满足高压电力设备安全稳定运行的要求。为了降低运行成本、提高设备的运行效率以及改善电能质量等，状态监测取代定时检测已成必然趋势。实时的绝缘监测及诊断技术是状态检修的基础，对高压电力设备进行在线监测，及时预测并诊断故障，对确保电力设备的正常运行、提高电网的可靠性以及对设备和运行人员的安全都具有重要的意义。

高压电力设备绝缘状况的监测目前通常基于对其介质损耗值tgδ、介质泄漏电流IP和电容量C的监测。介质损耗的测试原理可以简述为将被测对象的电流信号和电压信号传送到测试主机，然后将两个信号的相位进行比较，从而得到设备的介损值。电流信号一般是采用电流传感器从被测电力设备末屏接地引下线处获得，经较长电缆传输到测量装置，使得微小的泄漏电流信号很难准确测量。电压信号的取样通常也是从母线PT二次侧通过较长电缆送至测试主机，由于PT本身角差的存在，二次电压与一次电压发生了相移。这种有线方式使得现场连线非常复杂，不可靠性增加，引入的误差较大，并且故障后不易维护。

变电站自动化系统(SAS)是实现变电站测量、控制、保护、通信的一体化系统。目前由于技术原因变电站自动化系统没有涵盖高压电力设备在线监测功能，具有在线监测功能的变电站自动化系统是技术发展的必然趋势。

本专利在现有变电站自动化系统的构架下，通过具有同步相量测量功能的间隔层测控装置(PMU和IPMU)实现高压电力设备绝缘在线监测，具有分布式就地测量、测量精度高，可以实现高压电力设备绝缘在线监测，并可以作为一项子功能纳入变电站自动化系统。

发明内容

本发明涉及在变电站自动化系统(SAS)构架下实现变电站内高压电力设备绝缘状态在线监测技术，公开了一种利用变电站自动化系统间隔层测控装置实现同步相量测量，并结合变电站自动化系统内部通信实现的高压电力设备绝缘在线监测的方法、装置及系统。该系统包括站控层监控主站、间隔层同步相量测控装置(PMU)和分散就地安装的电流同步相量测量装置(IPMU)。其中PMU和IPMU实现基于时钟同步的同步相量测量，PMU实现间隔层测控和对主设备的绝缘在线监测；PMU基于时钟同步计算母线电压同步相量(P_V)，通过间隔层通信单元(BCOM)向IPMU广播P_V，IPMU测量容性设备的泄漏电流同步相量，实现对容性设备的绝缘在线监测，绝缘监测的特征量采用泄漏有功功率的变化量。IPMU作为一类分布式测量装置纳入变电站自动化系统，IPMU与间隔层的通信方式为现场总线或无线通信，从而使变电站自动化系统具有高压电力设备绝缘在线监测功能。由监控主站、同步相量测控装置和电流同步相量测量装置也可以构成专门的高压设备绝缘在线监测系统。

本发明适用于电力系统和冶金、化工、铁路等工业行业的各种电压等级变电站和发电厂内变电站的高压电力设备的绝缘监测，适用于在变电站自动化系统中实现高压电力设备的绝缘监测功能。

在变电站自动化系统中实现高压电力设备绝缘在线监测的具体步骤和技术要点如下：

1)变电站自动化系统(SAS)由位于控制室的站控层监控主站和位于电子设备间或现场小间的间隔层测控装置组成，如图2所示。其中站控层包括服务器、操作员站、工程师站、远动站、就地监控站；间隔层包括分别实现线路、主变压器等高压设备测控功能的测控装置；通过通信网络构成变电站自动化系统。变电站自动化系统通过GPS时钟实现对时，在测控装置中实现年月日时分秒和毫秒的对时，对时精度为微秒级，测控装置的之间的SOE分辨率为1ms。