2021年07月22日

中国电科院高压所(武汉)研发先进监测系统

日夜紧盯,严防特高压电网“咽喉”梗阻

湖北日报全媒记者 彭一苇 通讯员 谢梁 谢雄杰


炎炎夏日,居家离不开空调,用电量持续攀升。当人们享受清凉时,出自武汉的一个特殊系统,如同一个个特殊的“守卫”,守护着高压电网上的一处特殊设备。

这个特殊系统,就是“高压套管高精度高可靠性状态感知及预警系统”,它时时监测着电网上的“咽喉”部位“高压套管”,保障电网日夜不停输送着强大电流。

6年攻关,找到更优方案

随着经济发展,长距离输电成为常态,且日益电压大容量化。这其间,电流需通过大型变压器将电压在常压与高压特高压中转换。

变压器上,一串像扁葫芦或碟片的高压套管,它一头接着变压器,一头连着高压线。高压套管的瓷质外套内有绝缘纸卷绕的芯体浸在绝缘油中,一根铜管或铝管从芯体中间穿过。这串不起眼的“扁葫芦”,却被称为高压电网的核心咽喉设备,如果它出现故障,电网就如被掐住了“咽喉”,再大的力气也使不出。

然而,“扁葫芦”的工作环境却极为恶劣,它不仅要支撑在变压器上经受雨雪风霜,还要在高温、高压、强电磁场环境中实现绝缘。倘若密封不良、漏油、产气或放电,将引发套管本体损坏或爆炸,导致电网故障甚至瘫痪。

防范高压套管事故,必须有一套精准的套管状态监测系统,而这恰恰是一个世界性难题——套管运行时内部状况复杂,加上高压、强电磁干扰,对传感器、故障分析算法提出了很大的挑战。此前,世界上已有的套管监测系统,在灵敏度、精确度方面都不尽如人意。

胡伟,中国电力科学研究院有限公司高电压研究所(武汉)的工程师(以下简称“中国电科院高压所(武汉)”)。6年前,他和同事们瞄准了这个难题。

中国电科院高压所(武汉),我国最著名的高压输变电技术研究中心之一。面对套管监测系统的痛点、难点,胡伟和同事们埋头攻关。

要想知道套管的情况,就要精确测量内部油压力、油温和油中氢气含量等关键指标,但变压器旁的复杂电磁环境让传感器经常测不准。一番努力后,团队采用高效能磁屏蔽和传感器内嵌微集成技术,有效屏蔽了干扰。

随后,研发团队突破了接触式传感技术难题,研发的特殊传感器实现了油压、油温和氢气含量“三合一”智能传感,对高压套管的运行实现了在线“把脉”。

在分析算法上,团队创新出高精度分析算法,提升了套管绝缘状态分析的准确性和稳定性。2018年,好消息传来:第一代监测系统研发完成,次年便投入试用。

投入上百万元研发的该系统安全性、准确性、可靠性和参量多样性都优于现有同类产品。7月5日,“交流套管运行状态高性能监测系统” 产品鉴定会在汉召开,专家称这套系统达到了国际领先水平。

国外厂商甘拜下风

不怕不识货,就怕货比货;产品行不行,还得看“表现”。今年初,新型套管监测系统迎来了一场考验。

2019年,国内某1000千伏特高压变电站因套管缺陷导致变压器爆燃,造成人员伤亡。今年初,整修的变压器即将重新投运。为防止事故重演,有关方面提出加装套管状态监测系统。

引发事故的套管来出自瑞典一家知名企业。此间,该企业拿出了套管状态监测方案。“厂家的方案仍不够完善,怕是不能防患于未然。”参加变电站整改鉴定的专家提出了异议。

此时,中国电科院高压所(武汉)的监测系统已经交付应用,在行业内也引起了关注。专家建议,让国产系统试试看。

当时春节临近,研发团队的许佐明、罗晓庆等人还是赶往该变电站安装调试设备。

到了现场,他们发现这事不简单。原来,尽管我国特高压工程建设迅猛,但1000千伏特高压交流变压器套管绝缘状态的实时在线监测,此前一直是空白。

于是收集相关数据,制定技术方案,并在实验室进行验证。今年1月,试验在位于江夏的电网环境保护国家重点实验室展开。结果令人欣喜:能实时精确感知特高压交流变压器套管的介质损耗因数、电容量和末屏泄漏电流等绝缘状态参量(数值可以在一定范围内变化的量)。其中,套管介质损耗因数的测量误差小于±0.0003。

看到试验数据,瑞典厂商代表心服口服,承认该方案更高明。春节期间,技术人员加班加点安装监测系统,2月19日监测系统上线运行。至今,系统各项数据稳定,运行状态良好。“目前产品已迭代四次,将有效预警套管故障从不可能变成了可能,高度契合当前电网智能升级的需求。”胡伟透露。

据了解,目前该系统已在全国5个省的8个变电站或换流站试点应用,包括1个1000千伏特高压变电站、1个±500千伏换流站和2个国家电网公司物联网示范站,产生经济效益约3000万元。未来推广使用后,其经济效益、社会效益将更为可观。

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