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石嘴山220kV智能变电站一次设备在线监测新技术应用

一、概括

智能化变电站是由智能化高压一次设备和网络化二次设备分层构建，建立在

IEC61850通信规范基础上，能够实现变电站内智能电气设备间信息共享和互操

作的现代化变电站。

一次设备的在线监测在智能化变电站中，可以有效地获取电网运行状态数

据、各种智能电子装置IED的故障和动作信息及信号回路状态。智能化变电站

中将几乎不再存在未被监视的功能单元，在设备状态特征量的采集上没有盲区。

通过对设备进行广泛的在线监测与评估，设备检修策略可以从常规变电站设备的

“定期检修”变成状态检修“”，使得设备检修更加科学可行，既能保证电气设备的

安全可靠运行，又可获得最大的经济效益和社会效益。石嘴山220kV智能变电

站涉及主变油色谱在线监测（含微水）、主变油温监测、主变铁芯接地监测、主

变套管监测、主变油箱气体压力监测；220kVGIS设备SF6气体微水、压力（气

体密度）监测、断路器状态监测；110kVGIS设备SF6气体微水、压力（气体密

度）监测、断路器状态监测；全站避雷器状态监测。

图1石嘴山220kV智能变电站设备在线状态监测一次接线图

二、智能高压设备的组成及原理

图2智能高压开关设备的原理模型

一次设备智能化是指使电力系统一次设备具有准确的感知功能，正确的思维

判断功能，有效的执行功能以及能与其他设备交换信息的双向通讯功能，能自动

适应电网、环境及控制要求的变化，始终处于最佳运行工况的方法以及由此形成

的装置设备。智能高压设备由高压设备和智能组件组成。高压设备与智能组件之

间通过状态感知元件（传感器或其一部分）和指令执行元件（控制单元或其一部

分）组成一个有机整体。三者之间可类比为身体“”、大脑“”和神经“”的关系，即

高压设备本体是身体“”，智能组件是“大脑”，状态感知元件和指令执行元件是神“

经”。三者合为一体就是智能设备，或称高压设备智能化。智能设备是智能电网

的基本元件。

三、石嘴山220kV智能化变电站在线监测设备的构成

图3石嘴山220kV智能变电站设备在线状态监测构成图

1、电子式互感器：

（1）与常规互感器相比，电子式互感器具有绝缘简单、体积小、重量轻的

特点，CT无磁饱和，允许开路，PT无谐振现象，数字量输出等特点。

（2）电子式电流互感器系统包括电子式电流互感器传感部分、数据处理部

分及合并单元三部分；目前应用的电子式互感器分为两种：第一种为电学的电子

式互感器，电学电子式互感器线圈感应主回路的电流，并将电流信号传送至采集

器，经采集器对数据进行处理后，传送至保护小室的合并单元，合并单元对电流

信号进行合并后经过直接采集的方式传送给保护装置，还可以通过网络的方式传

送给交换机，供测控等装置获取；第二种为光学电子式电流互感器，光学互感器

可分为磁光玻璃型和光纤型，两种互感器传感部分均放置在一个互感器筒体内，

传感部分采集主回路电流信号通过光纤传送至电气箱中的采集器，再由采集器传

送至保护室的合并单元。目前，得以普及的电子式互感器是利用罗氏线圈原理和

电容分压器原理，从而实现电流、电压采样的。罗式线圈其突出的特点就是线

性度好，线圈不含磁饱和元件。其工作原理：罗氏线圈实际上是一种没有铁芯

的线圈，亦被称作空心线圈。当它套在导体上时，导体流过的交变电流将在导体

周围产生一个交变的磁场，根据电磁感应定律，此交变磁场与罗氏线圈交链后，

就在线圈中感应出一个与导体中电流变化成比例的交流电压信号，即罗氏线圈的

输出电压U1正比于被测电流的微分，必须通过特制的积分器处理才能化解这个

微分，最后得到幅值与被测电流成正比，相位与被测电流同相的输出电压。这个

电压信号可以准确地再现被测量电流信号的波形。

（3）电子式互感器应用

本站在220kVGIS、110kVGIS及主变零序、间隙处均采用电子式互感器，

使得一次系统的电流、电压、功率、频率等电气量信息通过合并单元变为低电平

的数字信号，经光缆直接传递给变电站二次系统的IED。变电站二次系统不再需

要引入交流二次电缆，一次系统和二次系统可以实现有效的电气隔离。常规变电

站由于交流电缆引起的传导性电磁干扰现象将不复存在，一次系统故障产生的干

扰