泛在电力物联网实践之高压套管绝缘状态在线监测方案

1.  行业现状
1.1.国家政策
(1) 国家电网政策
      2019.1.17日，国家电网提出建设“三型两网”建设目标，变电属于泛在电力物联网建设范畴，随后列出了泛在电力物联网建设大纲建设范围；
    2019.3.11日，国家电网设备管理部发文，要求开展变电专业新技术、新设备、新装备试点，套管在线监测明确列入了试点范围；
    2019.6月，国家电网设备管理部形成《输变电设备物联网建设方案》，一共18省供电公司纳入输变电物联网建设试点范围，其中变电部分一共包含46座110kV、220kV变电站，套管在线监测也纳入了试点建设省份的建设任务范围。
(2)南方电网政策
      2018年5月11日，南方电网正式印发的《智能技术在生产技术领域应用路线方案》，对新一代智能技术产业进行了全景式分析，规划了智能技术（包括云计算、大数据、物联网、移动互联网、人工智能等）在南方电网公司生产领域的智能装备、现场作业、状态监测、态势感知和智慧运行五个领域的应用前景。
    2019年5月，出台《数字化转型和数字南网建设行动方案(2019年版)》，状态监测纳入数字南网建设范畴。
1.2.行业痛点
    变压器高压套管是变压器核心设备，是变压器咽喉，套管的高精度在线监测装置研发是困扰行业内很多年的难题。
(3)末屏可靠性问题
    末屏测量装置不能就近接地，必须将接地线外延数十米接地，具有极大安全风险；
       末屏改造易引发密封性不良，导致套管本体受潮；
(4)测量精确性问题
      要想精确判定套管的运行状态，必须将介损测量精度控制在0.01%，而目前由于系统频率波动、强电磁场及谐波干扰，介损测量精度只能控制在0.1%
      由于介损因数绝对值测量准确性差，目前国内外主要采用相对介损法。
(5)系统稳定性和重复性问题
       环境、天气、现场磁场等方面都会影响测量数据；

       外界影响误差和测量硬件本身测量误差叠加，难于分析成因；

2.  技术方案
2.1. 工作原理
      按照介质损耗因素（tgδ）定义:它是流过套管阻性电流与容性电流之比值

在线检测套管的介质损耗因素（tgδ）是在套管末屏引出的接地线上穿电流互感器，获取漏电流信号，在母线电压互感器接上电压传感器获取电压信号。将电压、电流信号数字化及其它相关处理。以获得套管的tgδ及其他绝缘参数。测量运行套管绝缘参数特别是测量tgδ真实值较为困难，我们通过被监测套管的电压、电流的相位差来求出δ值。即根据90°减去相位角φ的差值得到。即“90°-φ=δ”来确定tgδ。
2.2. 系统组成
系统包含3部分的内容，智能末屏、在线监测终端和配套上位机软件。

智能一体化末屏

智能一体化末屏装置安装于套管末屏上，通过将末屏泄漏电流传感器、高频脉冲电流传感器、末屏串联电容与末屏接地端盖集成方式，实现套管泄漏电流、高频脉冲电流、运行电压在线测量及末屏接地一体化，可实时监测套管末屏接地状态，为套管在线监测及状态评估提供可靠信号。不同套管配备智能一体化末屏装置结构上可能会有差异，典型的智能一体化末屏装置如下页图所示。

人机交互平台

由安装于变电站站控机房内的屏柜，以及屏柜内的工控机，软件、数据库等软硬件系统组成。

在线监测终端

在线监测终端为一个防护等级为IP65的不锈钢箱体，箱体内装有在线监测系统所需的各种模块，下图标出了监测终端箱体外部样式以及内部主要模块组件的布局和名称。

3.2.   技术特点
  实现变压器套管介质损耗因数、电容量、高频局放和泄漏电流的实时安全准确测量。
  系统介质损耗因数测量误差“不超过±（标准读数×1%+0.0001）”，相对标准偏差“小于0.3%”。
  系统抗干扰能力强，在强磁场和不同负荷变化条件下的测量准确性高、稳定性好。
  智能一体化末屏不改变原有套管末屏接地方式，接地线无需下引，保证末屏就近可靠接地。
  智能一体化末屏的特制合金金属外壳具备良好的抗电磁干扰性能。
  智能一体化末屏防护等级高，防水防尘等级达IP65，保证末屏良好密封，耐候性能好。
  系统硬件采用模块化设计，便于维护、调试、生产。
  支持多种通讯方式，支持北斗、GPRS、主从站以太网等多种通讯方式，接受主站系统的监控和管理。
  检测数据支持多种处理方式，包括云端存储、本地数据库存储以及无存储，支持物联网管理模式。
  内置自诊断程序，支持远程程序更新，减少现场维护工作量。
  系统通过了电力工业电气设备质量检验测试中心产品全套型式试验，质量合格。
 

 
4.  现场数据及安装实例
4.1.安装实例
目前已经在山东、湖北、吉林安装试点。

4.2.现场数据