干貨 | 廣州地鐵供電系統在線監測應用淺析

發布時間:2019-03-21 瀏覽次數:14807

近年來,我國軌道交通建設如火如荼,地鐵作為城市交通的大動脈,在城市公共交通中的骨干作用日益凸顯。根據軌道交通協會發布的統計數據,截至2018年底,中國內地累計有35個城市建成投運城軌交通線路,里程已達5766.6公里。隨著地鐵運營規模的擴大,設備總量、運維人員數量和維修成本與日劇增,同時乘客對地鐵的服務需求不斷提高。如何進一步提高設備可靠性,降低故障率以及故障影響,減少運維成本,已成為業界關注重點。

     目前,地鐵供電系統設備普遍采用計劃修(定期試驗和維修)的維修模式,無法實時掌握設備運行狀態以及關鍵參數指標變化,對故障的預見性不足,維修針對性不強,一定程度上可能存在人力物力的浪費。狀態修以設備當前的實際性能為依據對檢修時機進行決策, 相比計劃修,提高了對檢修時機把握的精確性[1],縮短停電檢修時間,可實現維修資源的精準投放。本文以廣州地鐵某變電所開展的智能運維案例為切入點進行分析。   一、在線監測系統的目標與定位   狀態修是個系統工程,不能一蹴而就,而收集和判斷設備的實際性能是第一步驟。在線監測系統應定位為服務于供電設備的全壽命周期管理工作,助力實現狀態修的最終目標,綜合考慮既有供電設備維護管理方式,電力監控(SCADA)系統的覆蓋情況找到設備狀態指標的關鍵點、缺失點進行監測。監測數據一方面是SCADA系統實時報警功能的補充,更重要的是通過大量監測數據的分析得出設備的指標數據,進而進行狀態診斷,做出預警關注、提示維修、警示搶修、標志報廢等工作指導。 二、整體技術思路 2.1地鐵供電系統的基本組成   地鐵供電系統一般由外部電源、主變電所、牽引供電系統、動力照明供電系統組成。較為常見的集中供電方式如圖1所示,主變電所接受城市電網110kV電壓等級的電源,降壓后以中壓33kV供給牽引/降壓變電所;牽引變電所從主變電所獲得電能,經過降壓和整流變成電動列車牽引所需要的DC1500V直流電;降壓變電所從主變電所獲得電能并降壓變成0.4kV低壓交流電,供給環控、照明、辦公等低壓負荷。典型的供電回路示意圖如圖1所示 三、關鍵設備監測方案   3.1變壓器     主變電所通常采用110kV油浸式變壓器(以下簡稱“油變”),變電所內的牽引或動力變壓器通常采用環氧樹脂澆注的干式變壓器(以下簡稱“干變”)。     油變的結構比較復雜,但應用的歷史比較久,在電力行業中也開展了較多的在線監測工作,因此其在線監測方案比較成熟。本次主要開展了油色譜分析、油中微水含量測試、鐵芯(含夾件)接地電流在線監測以及局放監測。干變結構相對簡單,本次重點針對其絕緣、噪音以及負荷壓力等問題開展了局放、溫度、噪聲和電流在線監測。     采用變壓器色譜在線監測系統,基于色譜分析原理,實現對變壓器油中甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、氫氣、一氧化碳、二氧化碳七種氣體組分及總烴含量全檢測,實現對變壓器內部運行狀態的在線監控和潛伏性故障預判;采用在線微水監測技術,利用變壓器油中油和水的介電常數不同,不同含水率對應著不同的介電常數值,通過檢測電容的變化量,可以推算出水的含量,進而監控變壓器絕緣狀況。通過對鐵心接地電流連續、實時的監測,可及時發現內部絕緣受潮或受損。      通過在鐵芯接地線和中性線上設置高頻電流傳感器,對變壓器內可能產生的局部放電進行監測。     對于干變采用紅外成像儀對其運行中的溫度進行帶電檢測,采用聲音傳感器對變壓器運行中的噪音進行帶電檢測。對空載電流和負荷電流進行實時監測,反映變壓器空載損耗和三相負荷平衡性。   3.2交流開關柜   交流開關柜主要包括110 kVGIS、33kVGIS和0.4kV開關柜。針對斷路器特性以及絕緣開展,此外針對GIS設備結構特點開展SF6氣體、避雷器狀態監測,0.4 kV開關柜溫度監測。   3.2.1 斷路器特性監測     采用高精度電流傳感器監測分合閘線圈電流波形、計算分合閘時間,監測儲能電機電流,采用霍爾電壓傳感器監測儲能電機電壓,采用位移傳感器監測觸頭動作行程,形成斷路器機構動作參數記錄,同時對斷路器動作時的主回路電流、電壓進行錄波,進而形成對斷路器機構、滅弧介質的綜合功效的評價。   3.2.2 局部放電     當設備產生局部放電時,氣體擊穿過程和擊穿時間很快,放電電流波形中存在超高頻信號,同時,設備內部出現的局部放電將會伴隨產生超聲波信號??刹捎贸哳l和超聲波技術對110 kVGIS局放進行監測。       33kVGIS由于工作電壓低,局放信號更難以捕捉,可采用暫態地電波(TEV)技術監測其內部放電情況。   3.2.3 SF6氣體監測     采用微水密度在線監測裝置對SF6氣體狀態進行在線監測。裝置內置溫度、壓力、露點三種傳感器,用于對GIS等充氣設備的氣體狀態進行現場數據采集。   3.2.4 避雷器監測     在線監測金屬氧化物避雷器的全電流,通過對全電流和阻性電流的分析確定避雷器的絕緣狀態。   3.2.5 溫度監測     低壓開關柜,由于大電流的工作特點,質量事故中發熱、燒損等故障比較常見。故采用溫度監測技術,對設備內的關鍵節點(如線纜接駁點、母排連接處等)的溫升進行實時監測,可及時發現異常溫升,從而提前發現和消除故障隱患。   3.3電纜    對于110kV、33kV及1500V電纜主要采用電纜本體溫度監測。110kV、33kV電纜試點對電纜接頭處進行局放監測,但故障幾率極低,監測效果難以評價。   3.4直流開關設備    直流開關設備配置斷路器特性以及開關柜溫度在線監測(原理與交流開關柜類似,不再贅述),另結合直流開關柜的安裝特點,開展了框架絕緣監測研究。     直流牽引系統的正、負極開關柜均需對地絕緣安裝,所有設備框架外殼通過一條接地線進行單點接地,直流設備框架泄漏電流通過該點接地??蚣芙^緣監測裝置即在該處裝設電流傳感器(見圖4),實時監測泄漏電流量,彌補既有框架保護僅通過泄漏電流閥值觸發繼電器的不足,實現歷史數據采集和提前預警。
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