CN103513132B - 输变电系统设备状态仿真装置 - Google Patents

Abstract

一种输变电系统设备状态仿真装置，包括GIS局部放电仿真系统，SF₆密度、微水及泄漏仿真系统，变压器油气色谱在线检测仿真系统，和避雷器运行模拟仿真系统；所述GIS局部放电仿真系统包括250kV变压器及配套控制系统、250kV高压分压器、GIS管道、基于脉冲电流法的局部放电测量装置；所述SF₆微水、密度及泄漏仿真系统主体为一气体容器，容器设有与压力表、温度计、密度继电器的固定接口；所述变压器油气色谱在线检测仿真系统，包括油样配置单元、和在线测试单元；所述避雷器运行模拟仿真系统，包括长时工频发生器、三相谐波电源系统、和特殊工况模拟装置。

Description

输变电系统设备状态仿真装置

技术领域

本发明涉及输变电技术，特别是涉及输变电系统设备状态仿真装置。

背景技术

输变电设备是电力系统中非常重要的设备，其运行状态直接影响系统的安全性。长期以来，为确保电力系统安全运行，电力行业一直根据电力设备预防性试验规程的规定，对输变电设备进行定期的停电试验、检修和维护，这种“计划检修”是按照预试规程所规定的试验周期，到期必修，而不顾设备的实际运行状况，具有很大的盲目性和强制性，存在较大的缺陷：一是有可能设备还未达到规定的检修周期就发生了故障，造成故障维修；二是当定期检修周期到时，输变电设备仍处于稳定工作状态，此时按期进行检修，不但造成了不必要的停电损失和人力、物力、财力的浪费，而且由于检修人员的素质参差不齐，反而会降低设备的运行可靠性。为了及时发现电气设备的早期缺陷，防止突发事故的发生，同时减少不必要的停电检修，避免传统试验对输变电设备由于“过度检修”所造成的巨大损失，有效的延长设备的使用寿命，使设备检修达到优化配置，迫切需要对输变电设备运行状态进行实时的在线监测或定时的在线检测。

基于此种情况，有必要开展输变电设备状态仿真平台的建设，建立起一系列能够检测输变电设备在线监测装置准确性及长期稳定性的输变电设备运行状态仿真平台，建立完善输变电设备在线监测装置的检测体系，规范输变电设备在线监测装置的市场，为电力系统提供质量合格的在线监测装置，增强在线监测装置的可信度，促进输变电设备由定期检修向状态检修过渡，降低电网检修的成本，保障了输变电设备安全运行。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种输变电系统设备状态仿真装置。

技术方案1：1、一种输变电系统设备状态仿真装置，其特征在于：

包括GIS局部放电仿真系统，SF₆密度、微水及泄漏仿真系统，变压器油气色谱在线检测仿真系统，和避雷器运行模拟仿真系统；

所述GIS局部放电仿真系统包括250kV变压器及配套控制系统、250kV高压分压器、GIS管道、基于脉冲电流法的局部放电测量装置；GIS局放在线监测系统安装于GIS管道上，在管道内分别模拟不同模式的典型绝缘缺陷，通过套管给管道加电压，使用基于脉冲电流法的局部放电测量装置监测GIS管道的局放，并记录局放起始电压；

所述SF₆密度、微水及泄漏仿真系统主体为一气体容器，容器设有与压力表、温度计、密度继电器的固定接口；标气入口用于向气体容器内充入气体样品，检漏仪接口和SF₆在线监测装置接口用于分别连接需要监测的检漏仪和SF₆在线监测装置；

所述变压器油气色谱在线检测仿真系统，包括油样配置单元、和在线测试单元；油样配置单元完成待检测的油样的配置；在线测试单元包括循环油路、循环泵、鼓气泵、油箱、和油路温度控制装置，油箱与循环油路上设置有与油中气体在线监测装置连接的接头，在油箱上设置有取样口，用于离线样品取样，进行离线测试，循环泵推动油样在循环油路和油箱内循环，在循环油路上设有油路温度控制装置，用于控制在线测试单元内油样的温度，鼓气泵提供载气，在载气力量的推动之下，特征气体被送到在线监测装置的监测口；

所述避雷器运行模拟仿真系统，包括长时工频发生器、三相谐波电源系统、和特殊工况模拟装置；长时工频发生器进行长时间的工频放电，三相谐波电源模拟电力系统内的谐波分量，特殊工况模拟装置模拟污秽、淋雨等特殊工况。

本发明的有益效果是：对输变电设备进行在线监测，可以进一步实现对输变电设备运行状况进行在线诊断，使电力系统从预防性维修阶段过渡到预知性维修阶段。

附图说明

图1是输变电系统设备状态仿真装置结构图；

图2是GIS局部放电仿真系统图；

图3是SF₆微水、密度及泄漏仿真系统图；

图4是变压器油气色谱在线检测仿真系统在线测试单元图；

图5是避雷器运行模拟仿真系统图。

具体实施方式

下面结合附图，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

如图1所示，输变电系统的主要输变电设备包括变压器、避雷器、互感器、电缆、断路器、绝缘子、GIS等，对这些设备来说，用于在线监测的特征参量可分为共性参量和特性参量。共性参量有油气色谱、局部放电、温度、容性设备的介损及容性电流、SF₆气体特征量等，特性参量包括避雷器阻性电流及功耗、避雷器动作特性，绝缘子污秽电流、电缆载流量及温度、电缆护层电流等。本发明主要针对应用较广泛、技术较成熟的一部分在线监测装置，建立输变电设备状态仿真平台，包括：GIS局部放电仿真系统，SF₆密度、微水及泄漏仿真系统，变压器油气色谱在线检测仿真系统，和避雷器运行模拟仿真系统。

1.GIS局部放电仿真系统，如图2所示，GIS局部放电仿真系统由250kV变压器及配套控制系统、250kV高压分压器、GIS管道及直流屏、基于脉冲电流法的局部放电测量装置等设备构成。将待检的GIS局放在线监测系统(德国PDSG公司生产的局部放电检测仪ICMsystem)按其现场安装方式，安装于GIS管道上，在管道内分别模拟不同模式的典型绝缘缺陷，通过套管给管道加电压，记录在线监测装置测得的局放起始电压，检验在线监测装置是否能够识别缺陷模式，如有定位功能，考核其是否能够对缺陷点进行定位，记录实际缺陷点位置及在线监测装置定位的位置，试验过程中使用基于脉冲放电法的局放测量装置监测GIS管道的局放，并记录局放起始电压，与在线监测装置测得的局放起始电压对比，比较两者的灵敏度。

2.SF₆微水、密度及泄漏仿真系统，如图3所示，系统主体为一气体容器，容器设有不同功能接口，其中压力表、温度计、密度继电器接口为固定接口，连接的压力表、温度计、密度继电器为校准过得可溯源的测量仪表；露点发生器或标气入口用于向气体容器内充入气体样品，用于在线监测装置误差测量，检漏仪接口和SF₆在线监测装置接口用于连接需要监测的检漏仪或SF₆在线监测装置，不用时可关闭；测试仪接口接入相关测试仪器(冷镜式露点仪以及SF₆分解产物测试仪)，测试仪器为经过校准的仪器，用于数据比对及误差测量，此接口为可关闭接口，按照试验程序关闭或开启。为环保需要，测试仪出气口接入SF₆气体回收装置，将使用后的SF₆气体回收。

对SF₆气体状态在线监测的特征参量，主要包括SF₆气体的密度、压力、含水量、泄露率以及放电后气体产物(HF、SO₂、H₂S)。其中密度和SF₆的泄露率主要是通过传感器对SF₆气体的压力、温度的监测实现的。传感器通过的对SF₆气体压力及气体温度的测量，通过计算得出SF₆的密度，并由此可得到SF₆的泄露率；SF₆含水量和放电后产物(HF、SO₂、H₂S)的在线监测，可以通过相应的传感器直接测出气体中的水分含量以及HF、SO₂、H₂S的含量。所以，对于SF₆气体仿真系统，主要是利用标准气体发生器发生含有水分的或者含有HF、SO₂、H₂S的SF₆气体，使用压力表和标准温度计测量计算出SF₆气体密度，使用冷镜式精密露点仪测量SF₆气体含水量，使用相应的气体分析仪测量HF、SO₂、H₂S的含量，组成测试系统，测量SF₆气体特征参量的在线检测装置的准确度，其中，压力表、标准温度计、冷镜式精密露点仪以及气体分析仪为可溯源到上一级的标准器。

3.变压器油气色谱在线检测仿真系统，包括油样配置单元、和在线测试单元；

油样配置单元，包括真空泵、摇床、和高纯气体，用真空泵对一定体积的变压器油进行脱气操作，根据整个在线测试单元的体积以及要达到的特定气体的浓度计算出需要的特定高纯气体的体积，根据计算得出的高纯气体体积以及特定气体在油中的饱和溶解度计算出需要的脱气油样的体积，并将上述体积的高纯气体加入到特定体积的脱气油样中，将加入了高纯气体的脱气油样固定在摇床上使高纯气体完全溶解在脱气油样中；

如图4所示，在线测试单元，在线测试单元包括循环油路、循环泵、鼓气泵、油箱、和油路温度控制装置，油箱与循环油路上设置有与油中气体在线监测装置连接的接头，在油箱上设置有取样口，用于离线样品取样，进行离线测试，循环泵推动油样在循环油路和油箱内循环，在循环油路上设有油路温度控制装置，用于控制在线测试单元内油样的温度，鼓气泵提供载气，在载气力量的推动之下，特征气体被送到在线监测装置的监测口。在线监测装置可以使用已有的变压器油气色谱仪，如TransFix变压器油在线监测系统。

4、避雷器运行模拟仿真系统，如图5所示，避雷器在线监测系统的功能除了能监测避雷器的阻性电流测量或功耗测量外，在特殊工况下的运行性能也是其性能优劣的重要体现。比如在污秽条件下其运行性能，在工频过电压下其运行性能等，在复杂的系统运行条件下能否正常工作都是避雷器在线监测设备的重要考察方面。本套避雷器运行模拟仿真系统包含三部分，第一部分：长时工频发生器。该发生器为长期运行，对避雷器在线监测产品的在持续运行电压下的运行特性予以考察。第二部分，三相谐波电源系统，根据理论分析，阻性电流的大小和系统内部的谐波分量有很大关系，因此该谐波电源可以充分模拟电力系统内的谐波分量，各分量可以调节，以此来模拟电力系统的电源，判断避雷器在线监测装置的运行性能。另外三相谐波源还可以三相同时施加电压，分析相间干扰对阻性电流的影响情况。第三部分：特殊工况模拟装置，该装置可以模拟污秽、淋雨等特殊工况避雷器在线监测装置应该在这些特殊的工况下正常工作。

Claims (1)

1.一种输变电系统设备状态仿真装置，其特征在于：

输变电系统的主要输变电设备包括变压器、避雷器、互感器、电缆、断路器、绝缘子、GIS，对这些设备来说，用于在线监测的特征参量分为共性参量和特性参量，共性参量有油气色谱、局部放电、温度、容性设备的介损及容性电流、SF₆气体特征量，特性参量包括避雷器阻性电流及功耗、避雷器动作特性、绝缘子污秽电流、电缆载流量及温度、电缆护层电流；包括GIS局部放电仿真系统，SF₆密度、微水及泄漏仿真系统，变压器油气色谱在线检测仿真系统，和避雷器运行模拟仿真系统；

所述GIS局部放电仿真系统包括250kV变压器及配套控制系统、250kV高压分压器、GIS管道、基于脉冲电流法的局部放电测量装置；GIS局放在线监测系统安装于GIS管道上，在管道内分别模拟不同模式的典型绝缘缺陷，通过套管给管道加电压，使用基于脉冲电流法的局部放电测量装置监测GIS管道的局放，并记录局放起始电压；将待检的GIS局放在线监测系统按其现场安装方式，安装于GIS管道上，在管道内分别模拟不同模式的典型绝缘缺陷，通过套管给管道加电压，记录GIS局放在线监测系统测得的局放起始电压，检验GIS局放在线监测系统是否能够识别缺陷模式，如有定位功能，考核其是否能够对缺陷点进行定位，记录实际缺陷点位置及GIS局放在线监测系统定位的位置，试验过程中使用基于脉冲电流法的局部放电测量装置监测GIS管道的局放，并记录局放起始电压，与GIS局放在线监测系统测得的局放起始电压对比，比较两者的灵敏度；

所述SF₆密度、微水及泄漏仿真系统主体为一气体容器，所述容器设有与压力表、温度计、密度继电器相连接的固定接口；标气入口用于向气体容器内充入气体样品，检漏仪接口和SF₆在线监测装置接口用于连接需要监测的检漏仪和SF₆在线监测装置；系统主体为一气体容器，容器设有不同功能接口，其中压力表、温度计、密度继电器接口为固定接口，连接的压力表、温度计、密度继电器为校准过的溯源的测量仪表；露点发生器或标气入口用于向气体容器内充入气体样品，用于SF₆在线监测装置误差测量，检漏仪接口和SF₆在线监测装置接口用于连接需要监测的检漏仪和SF₆在线监测装置，不用时关闭；测试仪接口接入相关测试仪器，测试仪器为经过校准的仪器，用于数据比对及误差测量，此接口为可关闭接口，按照试验程序关闭或开启，为环保需要，测试仪出气口接入SF₆气体回收装置，将使用后的SF₆气体回收；对SF₆气体状态在线监测的特征参量，主要包括SF₆气体的密度、压力、含水量、泄露率以及放电后气体产物，其中密度和SF₆的泄露率主要是通过传感器对SF₆气体的压力、温度的监测实现的，传感器通过对SF₆气体压力及气体温度的测量，通过计算得出SF₆的密度，并由此得到SF₆的泄露率；SF₆含水量和放电后产物的在线监测，通过相应的传感器直接测出气体中的水分含量以及HF、SO₂、H₂S的含量，所以，对于SF₆密度、微水及泄漏仿真系统，主要是利用标准气体发生器发生含有水分的或者含有HF、SO₂、H₂S的SF₆气体，使用压力表和标准温度计测量计算出SF₆气体密度，使用冷镜式精密露点仪测量SF₆气体含水量，使用相应的气体分析仪测量HF、SO₂、H₂S的含量，组成测试系统，测量SF₆气体特征参量的SF₆在线监测装置的准确度，其中，压力表、标准温度计、冷镜式精密露点仪以及气体分析仪为溯源到上一级的标准器；

所述变压器油气色谱在线检测仿真系统，包括油样配置单元、在线测试单元；油样配置单元完成待检测的油样的配置；油样配置单元，包括真空泵、摇床、高纯气体，用真空泵对一定体积的变压器油进行脱气操作，根据整个在线测试单元的体积以及要达到的特定气体的浓度计算出需要的特定高纯气体的体积，根据计算得出的高纯气体体积以及特定气体在油中的饱和溶解度计算出需要的脱气油样的体积，并将上述体积的高纯气体加入到特定体积的脱气油样中，将加入了高纯气体的脱气油样固定在摇床上使高纯气体完全溶解在脱气油样中；在线测试单元，在线测试单元包括循环油路、循环泵、鼓气泵、油箱、油路温度控制装置，油箱与循环油路上设置有与油中气体在线监测装置连接的接头，在油箱上设置有取样口，用于离线样品取样，进行离线测试，循环泵推动油样在循环油路和油箱内循环，在循环油路上设有油路温度控制装置，用于控制在线测试单元内油样的温度，鼓气泵提供载气，在载气力量的推动之下，特征气体被送到油中气体在线监测装置的监测口，在线测试单元使用已有的变压器油气色谱仪，所述已有的变压器油气色谱仪包括TransFix变压器油在线监测系统；

所述避雷器运行模拟仿真系统，包括长时工频发生器、三相谐波电源系统、特殊工况模拟装置；长时工频发生器进行长时间的工频放电，三相谐波电源模拟电力系统内的谐波分量，特殊工况模拟装置模拟污秽、淋雨特殊工况；避雷器在线监测系统的功能除了能监测避雷器的阻性电流测量或功耗测量外，在特殊工况下的运行性能也是其性能优劣的重要体现，包括在污秽条件下其运行性能，在工频过电压下其运行性能，在复杂的系统运行条件下能否正常工作都是避雷器在线监测系统的重要考察方面，本套避雷器运行模拟仿真系统包含三部分，第一部分：长时工频发生器，该发生器为长期运行，对避雷器在线监测系统的在持续运行电压下的运行特性予以考察，第二部分，三相谐波电源系统，根据理论分析，阻性电流的大小和系统内部的谐波分量有很大关系，因此该三相谐波电源系统可以充分模拟电力系统内的谐波分量，各分量可以调节，以此来模拟电力系统的电源，判断避雷器在线监测系统的运行性能，另外三相谐波电源系统还同时施加三相电压，分析相间干扰对阻性电流的影响情况，第三部分：特殊工况模拟装置，该装置模拟污秽、淋雨特殊工况；避雷器在线监测系统应该在这些特殊的工况下正常工作。