輸變電設備之運維監測應用 -...
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電力技術專欄
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撰▓蕭石虎
為避免電力系統輸變電設備突發故障停
電,藉著當今電子及通訊科技的進步與監測
技術發展趨勢,各國重電廠家與電力公司合
作發展應用於輸變電設備的預防性運轉與維
護之狀態監測技術。台電公司歷年來亦陸續
導入即時之監測技術應用,已能有效掌握輸
變電設備運轉狀態,降低事故機率以穩定供
電,並同時達到合理化調整維護週期、降低
維護成本與人力。以下就輸變電設備之運維
監測應用,分別摘要說明如後。
一、交連 PE 電力電纜之狀態監測
( 一 ) 運轉溫度方面
台電公司南科及霧峰等 E/S~出口電纜
連接站間新建 345KV XLPE電力電纜 (廠牌
分別為 JPS及 LIOS)增設電力電纜狀態監測
系統(Distributed Temperature Monitoring,
簡稱 DTS),用以偵測電纜沿線、中間接續
及終端匣之表面溫度及洞道內之溫度。
DTS最大的特點是採用接觸式測溫但
又不會破壞原有電纜的絕緣性能(於電纜外
覆層佈設偵溫光纖動態偵測電纜溫度分佈狀
況),原理為利用拉曼散射效應來量測溫
度。沿著光纖傳輸的雷射脈衝,會使散射光
反射回發射端。拉曼散射之反史托克信號
(Antistokes)的強度可衡量光纖沿線的溫
度。溫度讀值的位置,可藉由量測類似於雷
達回波 (radar echo) 的回返光脈衝之到達時
間來決定。
輸變電設備之運維監測應用
圖 1. 345KV電力電纜終端及連接站外觀
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圖 2. 345KV變電所電力電纜連接站配置及路徑
圖 3. 以拉曼反史托克信號(Antistokes)量測電纜溫度
圖 4. 電力電纜狀態監測系統
控制室內電纜溫度監視系統 電纜溫度感測光纖 控制室內電纜溫度監視趨勢圖
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( 二 ) 局部放電 (PD) 監測方面
以即時監測運轉中之交連 PE電纜設備
是否有局部放電 (PD)之異常訊息,透過網路
介面傳輸至維護人員,及早診斷異常狀況與
進行設備維護,俾利減少人員巡視維護成本
等,並降低潛在危害風險因子。
台電公司試行電纜局部放電監測系統,
建置 345kV中寮 ~龍崎山海、線與 161kV彰
濱 ~鹿東紅、白線共 4回線為一套系統。
但因尚無局部放電國際標準依循、資料
判讀專業化及該監測設備造價高等因素,目
前仍處於試驗計畫階段,仍將持續運作監測,
並參考其他場站 (345kV頂湖~仙渡一、二路 )
線上監測資料培育專業能力,後續再進一步
評估發展之可行性。
二、輸電線路故障點測距
早期輸電線保護電驛 (電磁式 )僅能判定
故障之區間,而無法指出切確之故障地點,
仍需藉由大批巡視人員全線段特別巡視,才
能發現故障地點並加以修復。
但新型數位保護電驛俱備內部微處理機
演算邏輯,即可發展出多種保護功能,功能
更為強大除取代了先前需多數傳統式電驛組
合方能達成之保護要求,並且動作更為快速,
也俱事故地點標定距離之功能。因此台電公
司發展一套兩端點輸電線路故障測距系統,
當事故時透過兩端電驛偵測得故障點距離數
據,經計算修正求得事故發生點位置並通知
線路維修人員前往特別巡視。
三、電力變壓器監測裝置
( 一 ) 油中氣體總量 (TCG) 監測
台電系統 161kV級以上電力變壓器安裝
油中氣體總量 (TCG)監測裝置,並透過網路
管理 TCG裝置取樣之油中可燃性氣體資料,
以利資產運轉安全。
TCG是將溶解於緣油的油中氣體(CO
、H2、C2H2等)由滲透膜過濾出來,並以
上述油中氣體的濃度產生一定比率的電子信
號。
TCG監測系統,採用的機型為 Hydran
201Ti其精確度 (±10% of reading;±25 ppm
for H2)雖較實驗室內之氣體分量監測診斷系
圖 5. 輸電線路故障點測距圖例
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測及早期警報運用。
( 二 ) 突入電流監測
特別針對運轉中具潛在風險電力變壓
器(變壓器資產管理平台事故機率指標偏高
者),運用智慧電子裝置強化運轉動態監測,
供查詢變壓器運轉歷史之暫態波形資訊。例
如:(1)一次側開關投入時記錄變壓器突入電
流、(2)一次側開關啟斷時記錄變壓器開啟電
流、(3)所內示波器啟動時記錄流經變壓器之
圖 6. 輸電線路故障測距系統
圖 7. 油中氣體線上監測系統
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圖 8. 遠端存取突入電流暫態波形資訊
圖 9. 避雷器之洩漏電流監測裝置外觀
故障電流、(4)線路故障時記錄流經變壓器過
載電流等等,以掌握突入電流或故障電流對
變壓器所造成之衝擊。
四、避雷器之洩漏電流監測裝置
輸電線路終端裝設的避雷器,多設置在
戶外環境中長時間運轉,不同運轉條件下,
受到電氣、熱能、機械及環境影響等作用,
部分避雷器絕緣特性可能因此加速劣化,而
產生絕緣電阻降低或介質損失 (Power Loss)
增加等徵兆,若未能及早檢知並防範,突發
故障將對供電系統影響甚深。
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以往對避雷器維護採用定期基準維護
(TBM)模式,透過停電作業量測取得維護數
據,比對歷年維護紀錄,例如絕緣電阻、介
質功率因數、紅外線測溫、三次諧波電流、
洩漏電流有效值等值後,再進而評估該具避
雷器是否須檢修或更換。
台電公司中寮超高壓變電 (E/S)所發展
避雷器之洩漏電流監測技術應用,歷經多年
現場實測與比對及陸續回饋原廠改善偵測性
能,再推廣至其他變電所及電纜連接站;依
據 IEC 60099-5標準,以避雷器之電阻性洩
漏電流變化趨勢作為該設備劣化評估指標。
該避雷器監測系統之應用成果,已於
2010~ 2013年間早期預知三具 288KV級避
雷器劣化,並將避雷器維護模式,從過去的
定期基準維護轉型為狀態基準維護,降低維
護成本與人力,並有效防止避雷器設備故障。
五、斷路器狀態監測應用
( 一 ) 系統架構
變電所裝設智慧型電子裝置(IED)原
為電驛保護等及運轉資訊的收集單元功能,
但可更進一步運用該 IED提供之狀態監測
(Condition Monitor)功能,並透過企業內部網
路聯結,供維護人員掌握相關斷路器運轉狀
態資訊。
( 二 ) 應用案例
台電公司週美及過埤配電變電所斷路器
狀態監測係採用 ABB公司 REF-541(配電
級)及 REF-545(輸電級)IED所提供之狀
態監視功能應用案例,摘述說明如下:
1.斷路器之主接觸子損耗監視功能
針對斷路器遮斷故障電流產生弧光時主
接觸子損耗進行評估,其損耗值與遮斷電流
之累計值對應關聯,可以設定 16段累計值啟
斷電流量對應接觸子電氣損耗量設定,相鄰
兩段的接觸子電氣損耗量以線性關係為準,
並依據開關設備廠商所提供的維護建議值,
設定主接觸子損耗量的警告值,當主接觸子
損耗值達設定值時,IED將會發出訊息警報,
以提醒設備維護人員安排斷路器內部點檢。
圖 10. 避雷器之狀態監測與趨勢分析流程
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圖 11. 斷路器狀態監測系統架構
2.斷路器動作時程監測功能
以輔助接點 (52a及 52b)的訊號轉換變
化作為斷路器動作時間的取樣與分析判讀,
分別依投入或啟斷的動作時間自動紀錄。時
程紀錄時間的解析度以微秒計,設定標置值
的區間為 0~1000。當斷路器動作時間變長
時,可能源自於操作機構潤滑不足或其他問
題,該斷路器未能迅速正確啟斷所衍生之後
果,將波及輸電網路上下游間保護電驛時間
協調失靈,進而擴大停電區域。
故藉由智慧型電子裝置(IED)初期測知
斷路器動作時間變長時,可及時發出警報訊
息通知維護人員檢修,以提升供電穩定安全
可靠。
六、結語
電力網係由發電、輸電、配電等組成之
完整結構,本篇報告係以輸變電設備運維監
測觀點來提升輸變電效能。至於電力網廣域
監測或電壓品質監控調整等與電網運轉安全
監控相關,則是另一個議題,但也值得大家
關心以確保供電穩定安全可靠。
( 作者服務於台電公司供電處 )
圖 12. 斷路器主接觸子損耗區線
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