国网北京电力经济技术研究院：支撑智慧电厂的一二次融合监测技术分析

智慧电厂的主要目标之一就是高效地安全运行，电厂安全运行涉及到了许多领域，其中电气安全急需解决的是绝缘状态问题，如果能够精准地了解主要电气设备的局放水平，并将这些设备局放信息集中长期持续管理，就能支撑智慧电厂安全高效运行。

2019年8月22日，由中国能源研究会节能减排中心联合华北电力大学国家大学科技园共同举办的“2019年智慧电厂论坛（第二期）”在北京召开。主旨报告环节，国网北京电力经济技术研究院主任 舒彬作了题为“支撑智慧电厂的一二次融合监测技术”的报告。北极星电力网对本次会议进行全程直播。直播会议合作，请联系手机/微信：13693626116。

国网北京电力经济技术研究院主任 舒彬

我大概提前介绍一下我们单位，我们是国网公司下面的一个经济技术研究院，我们院有比较全的电力工程的设计资质，我们有咨询、综合甲的设计能力，所以可以为咱们智慧电厂，特别是涉及到电网这侧的一些技术解决方案提供一些支撑。

今天我给大家主要介绍的是一二次融合。智慧电厂本身强调的是通过信息化、通过智能的管理来提高效力、来解决安全生产的问题。涉及到方方面面，有生产的流程、人员管理、经营，包括电厂设施安全、设备安全。这些管理有一个基点就是传感器，把数据抓取。而电厂里面涉及电的部分，实际上我们看就这么几个大的点：开关、变压器、绝缘，其实就这么三大块。如果想把电气监测起来，绝缘监测是非常非常重要的，是解决我们安全运行当中很重要的环节。

智慧电厂这种的这些环节可以看到，智能的融合、智能的控制、泛在感知、全生命周期管理，都涉及到我们电器当中的绝缘检测。同时在一次设备本身也存在着融合的问题，比如我谈到我们的CT、PT、绝缘套管、开关（断路器）。

大家可以看一下我们右侧这张图，这是一个相对融合的GIS系统，跟大家所看到的GIS是完全不一样的，我们一般GIS一个间隔里一般都是四段，断路器一段、CT一段、避雷器一段、刀闸一段，现在变成了一段，只是开关这段是GIS，其他全部都不在这个里，通过我们的套管绝缘来解决了，就是说我们通过了固体绝缘来解决了小型化和气体绝缘的融合。而这种绝缘不是简单的只是普通的绝缘，这种绝缘是在监测的绝缘。

可以看到，在套管内融入了C1、C2和C3，正常情况下我们套管里用的是电容瓶来做的绝缘，这个套管我们在工厂里一次预制的时候就预制好，非常稳定的C1，C2我们来把它做监测。这是我今天主要讲的一个问题，就是我们现在大家走的技术路线，都是用的电子式的传感器。电子式两类，一个是基于电能式的、一类是基于电阻式的，实际这些传感器都会存在一个很大的问题，就是寿命，而我们如果通过绝缘把它融合在套管里，通过C1、C2、C3来解决我们传感器的干扰问题和精度问题。这样我们不仅仅把它做到了传感器，同时把这个绝缘套管做大了以后，对于避雷器自身的氧化锌的监测就有了。在套管里我们再加上小电源的提取，这样我们的监测系统里边基本的电源也可以就地解决，我们一下子就解决了一系列的问题。

目前我们在35千伏以上的绝缘套管方案里都已经实现了，精度可以达到这样的程度，如果我们智慧电网将来的标准不是用模拟量来进行传输，全部是用数字量传输的话，我们可以不再需要PT和CT了，就是一二次融合，不仅仅解决了一次设备的小型化，也解决了传感器和一次设备整合在一起，而且理论上可以把CT和PT可以取代掉了。我们整个电气部分的检修、维护工作量下来了，建设造价下来了，一系列问题都解决了。通讯标准是符合IEC61850—9—2LE通讯协议的，可以为智慧电厂提供支撑。

还有一系列的好处，除了刚才我说的，我们所有的地方都离不开绝缘，我们再怎么减少，我们的变压器、开关、导体，绝缘是不能少的。其他地方都是可以想办法解决的，今天我们跟大家探讨的就是，通过可监测的绝缘，所谓的可监测绝缘是绝缘本身，这样它的寿命是和传感器一致的，25年，我们一系列的问题都可以解答了。

更重要的还有一条，由于这种解决方案不含油，不是陶瓷的，也没有充气，同时还防爆、阻燃、不污染环境，一系列智慧电厂通过这样的解决方案就少了很多很多对环境污染。比如一旦故障泄漏的时候对我们电厂员工会有有毒气体，对我们的环境、臭氧层都是有影响的，而且还减少了运营维护。我们提出来尽量采用电容瓶套管式的传感器。

我们有一些应用的案例，把这个做局放监测，我们常规的局放监测有两种，一种是在线的局放监测，一种是定期的来巡检，现在这种可监测的套管留的接口，既支持在线的、也支持离线的。

我们常规的监测方法还是存在一些问题的，比如像高频法，监测的频带在1兆到30兆之间，这个频带在我们电厂的电磁环境是非常恶劣的，干扰非常大，所以很难捕捉到。还有一些超高频的，也是存在干扰的问题。

还有一些用超声波的方法，也是很难做到定标，我们通过dB值来监测，测完之后多少dB，dB其实里面存在很多干扰性的，我们大多数情况需要专家，特别熟悉装备的这些专家，来定性的去说你有什么什么样的故障，可能会有什么什么样的故障，这样的方式其实并不利于我们电厂对于电器检修的确定，因为没有一个标准。

刚刚提到我们新型的绝缘，在接地这侧留有接口，加一个在线的就可以做在线监测，上头可以带一个发光二级管，可以把运营情况如果有故障也有一个灯光显示也可以把这个线接一个定期检修的检测，非常方便，套管可以按照常规套管使用。

原理，C1型是做电容套管，C2是做电容分压的电压取样，通过电压取样，通过放电监测，我们可以准确的来表达出来局放的情况，如果我们是在线运行，这些数据可以常年的存在我们的智慧电厂数据管理中心，这样就可以看到一个变压器每一项随着运行的年限局放的波动情况。

监测原理，脉冲电流法，实验室基本用的这个方法，可定值，直读pC值，这种方法是国际上认可的，因为过去我们很难取到智慧电厂的电压，所以很少用这样的方法，这种方法能够最直接的反映设备的局放情况。因为C1和C2电容分压，还可以监测C1的电容变化情况，如果电流正常、电压正常的情况下，我监测的时候突然间电流值变化了，就可以认定有一层击穿了，因为是稳定的，就说明击穿了，击穿到几层，绝缘的水平就可以非常直观的看到，到第几层的时候就应该检修了，如果击穿一层、两层无所谓，都能知道。昨天咱们讨论的时候，我们只有看得见、才有可能摸得着，我们有可能摸得着才有可能检修到，底层要利用好我们的绝缘，用一个稳定的传感器来支撑我们所有上边这层的智慧判别。绝缘套管是可以搁变压器的套管，这是最好的一个案例。如果我们三相高压的套管、三相中压的套管，我们都有局放监测，再把变压器的接地进行电流监测的话，变压器各方面的运行情况就很方便的进行集中监测了。

利用这样可监测的套管也可以把它做成智能的避雷器，不仅仅它能够测局放，同时还能够测其他很多的问题，可以解决我们避雷器当中很多解决不了的疑难问题。我们有些避雷器划片的运行情况、泄漏电流，我们通过这样的方法就可以解决避雷器寿命的监测，避雷器一方面是防雷，同时也是钳制我们操作电压重要的器件，而操作过电压对我们整个系统的绝缘造成破坏是最重要的。如果我们避雷器在过电压的时候失效的话，使得我们，相当于我们在裸奔，裸奔的绝缘没有保护的话，什么地方活动什么地方就可以被不一定是击穿，是逐渐破坏，是不可恢复的累计破坏。这个技术不仅仅用在避雷器上，还有很多很多方面，希望跟大家一块合作，来研究在智慧电厂当中还有什么地方去利用它。像刚刚说的避雷器可以装到我们的开关柜里面，开关柜就变成了智能开关柜。

还有一个应用，电缆头，35千伏以上的电缆头，带监测的电缆头，当然到了电厂我们可能会专门开发一款6.6千伏的、10千伏的厂内的电缆的监测，本身可以聚温，电缆这一侧有局放、还是设备这一侧有局放，同时也监测电流本身的绝缘情况，这样实际上解决了三个方向的问题。

电缆头，从11万以上来看，我们GIS这侧插拔头，还有电缆中间的中间头，还有到厂外架空线终端塔的电缆头，这三个电缆头都可以具备监测的能力。同时如果通讯的话，还有一种模式，用PLC，不需要去部署一个光纤网来解决电缆的监测问题，我们通过PLC就可以解决。通过电缆当中取电的线圈，我们就可以支撑这些运行的监测系统，不需要外部再配，这样就解决了安装的问题。

这些都是基础技术，最重要说的是我们要坚持用CIGRE要求的技术标准，这样大家都可以在统一一个标准下来看。CIGRE强调的是10到50pC值的情况下认为它是非常好的，只要是小与500pC都认为是正常的老化过程，也是可以预警的。到了500pC以上，经常发生大家会认为有一定问题了。500—1000pC，这个过程是给咱们留了足够的时间去安排检测了。1000—2500cP就属于缺陷了。到了2500pC必须要换了，必须要停下来检修更换了。这样要比我们听的那个准确得多，也更适合用我们智慧电厂的那些软件进行处理。

这是一个例子，是定期检测看到的一个断面，上面三个是高压侧，下面三个是中压侧，ABC三项。右上角的数字，就是最高的pC值，等于高压侧的C项，当时定期检测是225pC。中压测都没问题。

这是运行三年的在线监测数据，中间这个是一个干扰，通过我们来看这个值也可以看到，因为不是多次出现，所以可以鉴定为它是一个干扰。这个图可以看到，从250pC以下它的占比，250pC以下说明它是安全的。

一次、二次高度的融合，它的优点刚刚我提到了，一个是能够充分的如实的去体现，而且同时没有新增加电子式传感的这方面，可靠性非常合理，运行维护很方便。同时增加了屏蔽，我们很多干扰都在屏蔽以外，所以我们信号可以性能很准，精准度高，而且这种方法是CIGRE直接认可的。目前我们有很多实验室检测也是用这种方法。

一次、二次的智能融合，将来下一步还可以发展到计量，因为我们的精度可以达到千分之二水平的，过去我们计量在一个端口，现在计量可以到所有的电力设备，这些设备自身的损耗就可以很准确。

还有一个一二次融合的技术叫快速诊断的快速开关首波双路供电切换系统，这是一个案例，非常重要的案例，我们两路供电，底下是负荷，两路供电当中，一路出现故障，首波第一个周波在20毫秒，自动把故障切掉，把备用电源用上。切换，我们大量辅机的变频器都不会掉，包括我们的照明，都不会闪，我们叫零闪动，在智慧电厂中不知道是不是需要，至少在我们控制室是非常需要的，在看盘的地方是非常需要的。

今天是第一次跟大家交流，希望以后能够跟大家经常在一起，我也能学习很多新的东西。谢谢大家！

来源：北极星电力网

（本文根据现场速记整理，未经发言人审核。）