发电厂电气设备在线监测装置信息管理

【摘 要】本文通过对发电厂中装设的电气设备在线监测装置的研究,结合现场设备投运情况,探讨在目前条件下,发电厂在线监测装置信息管理方案,提出在发电厂设计过程中对在线监测装置进行系统设计,建立信息管理系统的观点.

【关 键 词】发电厂在线监测装置、信息管理系统、设计研究

【分类号】：TM354.9

1前言

近年来,发电厂、变电站工程设计中都配置有在线监测装置,特别是发电机和变压器的在线监测装置,在新建工程中已普遍配置,但发电厂中装设的各种在线监测装置的信息基本没有得到应有的重视和系统的管理,为使在线监测装置在发电厂中能得到充分利用,促进我国电气设备在线监测技术的发展,应对发电厂中的在线监测装置进行整合设计,建立有效的信息管理系统,使在线监测装置在发电厂的运行管理中发挥应有的作用.

2在线监测装置产品及使用情况现状

2.1在线监测装置的配置情况

根据GB/T7064-2002《透平型同步电机技术要求》中的规定,“对功率200MW及以上的电机,可根据用户需要配备各种监测器,以提高电机运行可靠性.如配置漏水监测器；漏气、漏油监测器,氢气纯度监测器；发电机绝缘过热监测器（G..C.M）；局部放电监测仪（P.D.M）；氢气湿度监测器等”.

发电厂的升压主变压器一般根据业主意见装设油中气体及微水在线监测装置,个别还有装设变压器套管介损、局放监测装置等；厂用变压器和起动备用变压器个别装设了油中气体及微水在线监测装置,较大部分没有装设.

敞开式布置的断路器都没有装设在线监测装置,封闭组合电器（GIS）却都配有局部放电在线监测、气体泄漏量侧及气体绝缘设备的在线监测装置.

个别业主要求为厂用中压断路器（真空断路器）配置在线监测装置.

有些高压电缆、封闭母线、高压电动机等也配置了在线监测装置.

2.2在线监测装置的产品性能和质量

随着传感器技术、信息采集技术、数字分析技术与计算机技术的发展和广泛应用,电气设备在线监测技术得到了飞速发展,现在已能够较好的监测发电机、变压器等高压电气设备的绝缘、局部放电等潜在故障及故障发展趋势.

目前,技术含量较高的解读式在线监测装置,如发电机局部放电、发电机绝缘过热、变压器油色谱等重要电气设备的在线监测装置等多由美、加等国外制造厂和研究机构制造,监测信息的准确度能够基本满足对电气设备进行运行监视、故障趋势判断、为制定检修计划提供参考的要求.

直读式在线监测装置,如氢气纯度分析仪,写作冷却水导电率仪,氢气漏入水中监测器,氢气露点仪,氢气监测仪等监测设备,这类直读式设备的监测数据准确度较高,较少有漏、误报现象,但这些设备监测对象都是大型电气设备的辅助设施.

3建立在线监测信息管理系统的可行性

3.1在线监测装置组网能力

通过搜资和调研获知,现在行业中使用和配置的电气设备在线监测装置大都具有网络接口和信息传输接口,只有个别国产设备不具备信息传输接口.一些设备带有以太网口,有些设备带有串行口,也有些设备带有CAN总线接口.

个别装置不具有信息接口,可利用接口转换设备进行转换,可将基本的装置动作和报警信息传递到上位机.

各类在线监测装置的通信协议多为MODBUS、MODBUSRTU/TCP/DNP3.0及IEC60870、IEC61850等电力系统常用或通用协议.

有些制造商为适应设备组网连接开发了一系列通信接口和通信接口转换装置等.

3.2在线监测装置信息管理终端设备能力

1）目前可作为在线监测系统信息管理终端的设备有两种：

第一,由在线监测装置制造厂或集成商开发的专用在线监测装置信息管理系统,有专门对应某一种在线监测装置的,如：发电机运行信息管理系统、GIS运行信息管理系统等；也有可收集管理所有连接的在线监测装置信息的综合管理系统；

第二,由发电厂电气监控管理系统（ECMS）或电网监控（NCS）集成一个在线监测信息管理系统.

2）两种终端系统可达到的能力

可借助以太网或局域网及信息传输接口采集在线监测装置的信息,包括数字及文字数据,报警信号,趋势曲线等；

对采集到的数据进行整理、储存、与初始及典型数据进行对比,提供可能的潜在故障判断结果,可作为制定设备维护和检修计划的参考；

可根据设定值进行故障报警；

所有采集到的数据和信息都可在监测终端上监测和提取,根据需要可对数据和曲线进行打印,供运行人员使用.

综上所述借助于发电厂电气监控管理系统（ECMS或NCS）集成在线监测信息管理系统,或采用独立的在线监测信息管理系统都是可行的.建立在线监测信息管理系统可不过多增加发电厂的设备投资,通过在线监测信息管理系统可采集和处理较大部分在线监测装置的信息,为电厂运行提供辅助数据；

4建立发电厂在线监测信息管理系统的意义

4.1在线监测装置的主要作用

发电机在线监测装置可在发电机带负荷运行的情况下,对发电机绝缘、过热、匝间短路故障等进行监视,通过趋势曲线可帮助我们评估和判断发电机主机的运行状态.

变压器在线监测装置可在线监测变压器局部放电、变压器油中溶解气体成分含量、油中水分含量等,从而帮助我们判断变压器的潜在故障和安全隐患.

GIS、断路器、高压电缆、封闭母线、高压电动机等的在线监测装置也分别对这些高压电器的运行状况提供故障判断参考依据.

4.2建立在线监测信息管理系统的意义

在发电厂中,发电机和主变压器中多数已配置了在线监测装置,只是信息没能得到统一管理,通过建立信息管理系统能够将在线监测信息进行收集、监视和管理,使在线监测装置得到充分利用.通过对在线监测装置的数据和曲线的监视,对设备运行状况做出预测和判断,为电厂电气设备的维护和检修提供依据和参考.

在运行中对在线监测数据进行定期和不定期管理和整理,通过与大小检修过程中的实际数据进行对比,可对在线监测装置做出客观、准确的评价,集系统中多电厂在线监测数据的积累,可逐步建立在线监测装置技术水平、产品性能、数据准确程度等的设备信息库.

加强设备信息及运行数据的管理和存储为逐步实施在线诊断和状态检修积累经验和数据依据.

建立智能化电网已正式提到电力系统建设的意识日程,而电气设备在线监测技术将是电力系统智能化的一个重要组成部分.

为建立在线监测装置的设计、运行管理制度积累经验.

5发电厂在线监测信息管理系统的设计

5.1在线监测信息管理系统设计思路

1）发电厂在线监测系统的设计最重要的是这些设备提供的信息和数据的管理,必须将这些信息和数据呈现给运行人员,这些在线监测装置的配置才有意义.根据现代技术的发展,合理组网应该是最佳选择.

2）在组网有困难时,至少应利用通信接口将配置的在线监测装置的信息上送到运行人员可监看的地方,让它们发挥对电气设备的监测作用；

3）充分利用现场总线技术将发电厂中已选配好的在线监测装置进行组网,实行在线监测信息的集中管理.

4）可采用独立的信息管理系统；也可考虑利用电厂中配置的电气监控设备作为在线监测信息管理系统的集中监视载体,在发电厂电气监控系统中建立在线监测管理系统子系统；或利用在线监测装置的上位机实现独立组网.

5）发电厂在线监测装置组网可按信息采集层,信息管理层,站控层组网,根据具体情况可简化为两级；

5.2基本组网方式

第一种组网方式：按在线监测装置监测对象相同的装置分别跨机组连接（管理层）后,在站控层组网.这种方式较好实现,因为同一个电厂中,同一种设备的在线监测装置多数情况下应该是同制造厂同型号的产品,他们的连接不需要规约转换,在站控层实现规约转换,这种组网方式可分为三个基本层,站控层、信息管理层、信息采集层.见附图1；附图1：组网方式一

第二种组网方式：按机组单元将每一台发电机组（包括变压器）的各种在线监测装置纵向连接（管理层）,通过规约转换后,按机组将信息上送至站控层.这种方式管理性好,每个机组的信息集中管理,较容易综合分析,判断机组是否需要局部检修或退出运行.但各种在线监测装置很难做到都是同种规约,需经过较复杂的规约转换,转换的过程中将失去部分信息,互相之间的信息共享困难,除非所有在线监测装置都采用同一制造厂产品或全部采用IEC61850标准.这种组网方式可分为三个基本层,站控层、信息管理层、信息采集层.见附图2.

附图2：组网方式二

第三种组网方式：各在线监测装置直接上传组网,组网结构简化为两层.这种组网方式,组网结构简单,但较浪费连接电缆,每套装置都要有电或光缆接至主控室.并且这种组网方式对在线监测装置和在线监测信息管理系统载体的组网能力要求都较高.要么所有联网的在线监测装置采用同种接口和规约,要么在线监测信息管理系统载体需要具有较高的接口集成和规约转换能力.比较理想的条件是所有在线监测装置和在线监测信息管理系统载体都采用IEC61850标准和协议.见附图3.

附图3：组网方式三

5.3应用实例

上述提出的3种组网方式,是理想条件下的基本方式,在实际工程中需灵活使用,如某电厂结合工程实际采用了第二、三种组网方式混合的组网方案.

1）电厂在线监测装置的配置

两台机各配置一套发电机局部放电在线监测装置,由母线耦合器、BusTrac监测仪、工程师站及局放监测分析软件组成.工程师站可与电厂管理系统联网通讯,将发电机局放数据信息发布到电厂管理系统网上,采用RS485通信口.

两台机各配置一套FJR-IIA型发电机绝缘过热监测装置,装置不具有通信传输接口,只输出报警接点.

两台主变压器各配置一套TM8+TMM在线监测系统,采用MODBUSRTU/TCP/IP,DNP3.0及IEC60870规约.

750kVGIS配置SDM型六氟化硫压力及微水在线监测仪,主要由气体密度计、微水传感器、现场监控单元和后台监控计算机等组成.计算机主机具有以太网口.两套GIS在线监测仪共设了一个监控主机.

5.4在线监测信息管理系统载体确定

本电厂电气设备在线监测装置由多家制造厂产品构成,各在线监测装置的通信方式、接口形式、信息报文格式都不相同,不宜采用独立载体的在线监测信息管理系统,也不宜采用某种在线监测装置自带监控主机或工程师站对全站的在线监测装置进行管理.经比较,选择借助于发电厂电气监控管理系统（ECMS）集成,即在本电厂的电气监控管理系统主站层监控管理机中集成一个在线监测信息管理系统.

5.5在线监测组网方案

由于在线监测装置是随电气设备集成的,各装置来自不同的制造厂,有串行口、以太网口,也有开关量,协议和规约不尽相同,需针对不同信息输出形式做适当的组网连接.结合本电厂的实际情况经与发电厂电气监控管理系统（ECMS）制造商协商最终确定采用上述的第二、三种组网方式混合的组网方案.

通信管理机与ECMS怎么写作器采用双网,GIS在线监测与ECMS直接相连采用双网,通信管理机与发电机局部放电工程师站、变压器在线监测装置、多直流测控装置采用单网.具体组网方式如下：

1）为节省电气监控管理系统中间通信控制层的接口,也为了数据隔离,配置2台通信管理机,分别用于2台机组在线监测装置的信息接收,并将在线监测装置的上传信息数据送给电气监控管理系统的后台机.2）由于发电机绝缘过热在线监测装置不具有通信接口,只能送出报警信号开关量干接点,不被电气监控管理系统接收,配置一台多直流测控装置,用于2台机绝缘过热在线监测装置数据的采集,并通过CAN网与通信管理机通信,将采集到的数据上送到通讯管理机.

3）2台机的发电机局部放电在线监测装置都分别带有数据接收、储存和管理的工程师站,而工程师站具有RS485接口,组网采用2台机的局部放电在线监测装置分别通过各自工程师站（两台机分属不同业主）直接与通信管理机接口,上传数据,距离较近采用屏蔽双绞线连接.

4）主变压器配置的变压器油中气体及微水在线监测装置具有RS485接口,组网采用通信口直接与通信管理机通信上传数据,

5）GIS气体压力及微水在线监测计算主机具有以太网口,并采用OPC协议,组网采用以太网口直接与ECMS网络交换机连接,上传数据,由于距离较远采用光缆连接.双网2侧需要配置4个光电转换器.

电厂在线监测组网示意图详见附图4.

6结论及建议

6.1在线监测技术的研究上,我国还较国际水平相差甚远,虽然设备购写量很大,设备利用率低；为提高发电厂中在线监测装置的作用,合理利用资源,从设计入手,在不过多增加设备投资的条件下,开展在线监测装置的组网设计,建立发电厂在线监测信息管理系统,对提高设计的创新性、完善性都是必要的.

6.2现代科学技术的不断发展使在线检测装置的生产水平和能力正在日新月异的发展,有些理论和检测手段已达到一定水平,这些装置给出的信息具有相当的可信度,至少可以作为检修诊断的有力参考；通过学习和宣传使更多的人了解在线检测装置技术和发展趋势,充分认识在线检测装置的作用,重视在线检测装置信息的采集和利用.

6.3建议在工程中应选择具有信息和数据上传能力的微机型或数字式装置；

6.4建议在发电厂设计中重视对发电厂在线监测装置的组网,上传和集中监视采集到的数据信息,有效利用资源.

6.5为建立信息采集组网完善的发电厂在线监测信息管理系统,应逐步在在线监测系统推广采用IEC61850标准,利用IEC61850标准,实现不同制造厂、不同类型产品之间的信息共享,构成完善的在线监测系统和智能诊断系统,共享专家数据库,实现发电厂在线监测智能化,以便实现状态检修.

附图4：在线监测组网实例组网示意图