變電站絕緣子污穢在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)

1、變電站絕緣子污穢在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)李 波12,劉 念1,李瑞葉1(1.四川大學(xué)電氣信息學(xué)院,成都610065;2.杭州市電力局,杭州310016摘要:為實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的智能化和自動(dòng)化,以單片機(jī)為核心開(kāi)發(fā)了變電站絕緣子絕緣性能在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系 統(tǒng)的遠(yuǎn)程終端,并且利用RS 485通信總線(xiàn)技術(shù)和后臺(tái)計(jì)算機(jī)通信從而構(gòu)成監(jiān)測(cè)的整體系統(tǒng)。此系統(tǒng)遠(yuǎn)端可監(jiān)測(cè) 變電站的溫度和相對(duì)濕度以及絕緣子的泄漏電流和脈沖電流,這些信息傳送到中央計(jì)算機(jī)后通過(guò)模糊多級(jí)綜合評(píng) 判處理數(shù)據(jù)。模糊綜合評(píng)判可以綜合考慮多個(gè)因素對(duì)評(píng)判結(jié)果的影響,利用這一原理建立了絕緣子在線(xiàn)監(jiān)測(cè)量同 絕緣性能之間的模糊關(guān)系。模糊一級(jí)綜合評(píng)判可給出絕緣子的在線(xiàn)絕

2、緣性能,第二級(jí)綜合評(píng)判即給出檢修建議。 通過(guò)此方法,監(jiān)控人員可以遠(yuǎn)程在線(xiàn)監(jiān)測(cè)變電站實(shí)時(shí)絕緣狀況,同時(shí)可減少電網(wǎng)因絕緣問(wèn)題引起的故障,在保證電 網(wǎng)安全運(yùn)行方面有參考價(jià)值。關(guān)鍵詞:變電站;絕緣子;單片機(jī);RS 485;模糊綜合評(píng)判;在線(xiàn)監(jiān)測(cè)中圖分類(lèi)號(hào):TM855文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):1003-6520(200806128804Contamination of SubstationInsula.torsOn。line Monitoring Technology LI B01”。LIU Nianl,LI Ruiyel(1.School of Electrical Engineering,Sichu

3、an University,Chengdu 610065,China;2.Hangzhou Municipal Electric Power Bureau,Hangzhou 310016,ChinaAbstract:It designs the RTU(Remote Terminal Unitfor on-line monitoring system to the insulator strings of sub stations based on single-chip。which is the core of the RTU and also included the signal adj

4、 ust,A/D transform,and signal transform l for achieving the intelligent and automatic monitoring the electric equipment.The communication between RTU and centre computer is completed by RS 485serial communication.The system is made of the RTU, RS 485and the center computer.This monitoring system can

5、 monitor the temperature and relative humidity of the substation in real time and remote mode and it can also detect the leakage current and pulse current of insulator strings effectively.The information of insulator strings is transmitted tO the center computer by RS 485and pro cessed by the softwa

6、re which is installed on the center computer and based on multilevel fuzzy comprehensive evalua tion.For the multilevel fuzzy comprehensive evaluation can considered the effect between several factors and the as-sessed result comprehensively.It establishes the fuzzy relation between on-line monitori

7、ng data of insulators and the insulation of it using multilevel fuzzy comprehensive evaluation and mostly discusses the establishment of the fuzzy logical membership functions of the peak value of the leakage current。the virtual value of leakage current-the odd order harmonic of leakage current,the

8、times of the pulse leakage current and the peak value of the pulse current and the foundation of fuzzy logical relation matrix.The system has the realtime early fuzzy warning function base on the first level fuzzy comprehensive evaluation,and according to the second level fuzzy comprehensive evaluat

9、ion it makes suggestion tO operator whether it should be maintained.Only this way-the dispatcher can long-distance online mo nitor the insulated status of the substation。and this system can decrease the fault of power system which is conducted by fault of insulation.It isvery important tothe power s

10、ystem for insuring the safe operation of the power sys tam.Key words:substation;insulator;single-chip;RS 485;fuzzy comprehensive evaluation;on-line monitoring0引 言污穢引起的絕緣子污閃危害比因雷擊引起的危 害更大,造成的損失更為嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計(jì),近年來(lái)絕緣 子污閃事故僅次于雷擊,而損失卻是雷擊事故的 9.3倍1。為解決污穢監(jiān)測(cè)問(wèn)題,文獻(xiàn)210-對(duì)輸 電線(xiàn)路絕緣子和變電站絕緣子的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)作了 一定的研究,但這些文獻(xiàn)有的對(duì)絕緣子監(jiān)測(cè)的量不

11、夠全面,有的在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方面做的研究工作不夠。 文獻(xiàn)1113也在絕緣子防污方面作了工作,對(duì)絕緣 子在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展有極大幫助。本文提出了基于單片機(jī)的變電站絕緣子在線(xiàn)監(jiān) 測(cè)系統(tǒng),該系統(tǒng)同時(shí)測(cè)量了絕緣子的泄漏電流、脈沖 電流以及環(huán)境的溫度、相對(duì)濕度。該系統(tǒng)上位機(jī)利 用模糊多級(jí)綜合評(píng)判給出絕緣子的絕緣性能和檢修 建議,具有實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確和易操作等特點(diǎn),對(duì)變電站從2008年6月 高電壓技術(shù) 第34卷第6期 1289 。1一1 1._-_一圖I 變電站絕緣子在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)框圖Fig.1On-line monitoring system sketch of substation insulators計(jì)劃?rùn)z修向狀

12、態(tài)檢修的轉(zhuǎn)變有現(xiàn)實(shí)意義。1絕緣子檢測(cè)技術(shù)及絕緣子污穢放電的機(jī)理1.1絕緣子檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展概況絕緣子檢測(cè)技術(shù)主要有直接觀(guān)察法、紫外成像法、紅外成像法、超聲波檢測(cè)法、等值鹽密法、陡波試驗(yàn)法、電勢(shì)測(cè)量法、電阻法、電場(chǎng)法、泄漏電流法和脈沖電流法等。這些方法各有優(yōu)缺點(diǎn),其中泄漏電流法和脈沖電流法比較適合做實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程在線(xiàn)監(jiān)測(cè),為使系統(tǒng)的 監(jiān)測(cè)量更全面,本文采用此兩種方法相結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn) 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。1.2絕緣子污穢放電的機(jī)理絕緣子污穢放電主要分為4個(gè)階段:表面積污; 污穢受潮;形成干區(qū)和局部電弧;閃絡(luò)1。絕緣子表面的污穢放電總是形成消失再形成, 周而復(fù)始,所以絕緣子的泄漏電流和脈沖電流中就 會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的電流脈沖信

13、號(hào),基于此本文對(duì)絕緣子 的泄漏電流、脈沖電流以及環(huán)境的溫度、相對(duì)濕度進(jìn) 行測(cè)量從而判斷絕緣子的在線(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)。2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.1監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示,由傳感器組、遠(yuǎn)程終 端RTU(Remote Terminal Unit、RS 485總線(xiàn)和中 央計(jì)算機(jī)構(gòu)成。2.2遠(yuǎn)程終端遠(yuǎn)程終端RTU是安裝在桿塔上如圖1中的虛線(xiàn) 框部分。它由信號(hào)調(diào)理、模數(shù)轉(zhuǎn)換、單片機(jī)和電平轉(zhuǎn) 換單元構(gòu)成。傳感器組通過(guò)同軸電纜接到遠(yuǎn)程終端。 絕緣子的泄漏電流大多<450mA引,所以對(duì)于 傳感器采集到的信號(hào)必須作相應(yīng)的濾波和放大處理圖2利用RS485實(shí)現(xiàn)RTU與中央計(jì)算機(jī)通信Fig.2Computer co

14、mmunication by RS 485以達(dá)到模數(shù)轉(zhuǎn)換輸入信號(hào)的要求。采用不同型號(hào)的 傳感器采集泄漏電流和脈沖電流,并利用自適應(yīng)噪 聲對(duì)消對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行消噪處理。2.3遠(yuǎn)程終端與中央計(jì)算機(jī)的通信采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)電平轉(zhuǎn)換之后通過(guò)RS 485總線(xiàn)與中央計(jì)算機(jī)相聯(lián)。RS 485具有性能優(yōu)異、組 網(wǎng)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn),并且傳輸速度和通信距離都比RS 232更高、更長(zhǎng),具有強(qiáng)的抗干擾能力,符合變電站 絕緣子在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的要求,圖2為相應(yīng)的通信原理圖。 中央計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)并作相應(yīng)處理,例如對(duì) 數(shù)據(jù)進(jìn)行模糊處理從而給出絕緣子的在線(xiàn)絕緣性能 和檢修建議等。并用模糊綜合評(píng)判對(duì)在線(xiàn)檢測(cè)到的 各種參數(shù)進(jìn)行處理以得到絕緣

15、子在線(xiàn)的絕緣性能。3二級(jí)模糊綜合評(píng)判3.1模糊綜合評(píng)判的數(shù)學(xué)模型模糊二級(jí)綜合評(píng)判數(shù)學(xué)模型為:C一職一(AR 7R。 (1 式中,A=EAPL,AI,AH,AF,APP,APL、AI、AH、AF、 A胛分別表示泄漏電流峰值、泄漏電流有效值、泄漏電流奇次諧波、泄漏電流脈沖頻度、脈沖電流峰值的隸屬函數(shù)。BEE,S,C,N3,E表示絕緣損傷極度嚴(yán)重;S表示絕緣損傷嚴(yán)重;C表示絕緣損傷一般;N表示絕緣子絕緣狀況正常。c一IM,RE,N0,IM表示立即檢修;RE表示待檢修;NO表示不需要檢修。R7、R分別為5x4和4×3階模糊關(guān)系矩陣15。3.2各模糊量的確定采用分段劃分的方式構(gòu)造泄漏電流峰值的

16、隸屬函數(shù)APL= 0.0, IP<50mA;0.2, 50mAIP<150InA; O4, 150mAJP<250mA 5(2 0.6,250InAIP<350ITIA; 0.8, 3501TIAIP<450ITIA; 1.0, IP450mA。式中,工r表示泄漏電流的峰值【14。16。對(duì)泄漏電流有效值隸屬函數(shù)A-同絕緣子間絕 緣性能的關(guān)系作研究并用對(duì)數(shù)的指數(shù)形式表示: ,0。 f<1mA:AI 21一e-lgI,I;1mA! 式中,J表示泄漏電流的有效值14。16|。通過(guò)對(duì)泄漏電流頻率特性的研究,采用泄漏電 流的3次諧波分量與基波幅值之差尸作為自變量 以求

17、取相應(yīng)的隸屬函數(shù)AH一1一(1nAP/ln85。 (4 對(duì)脈沖電流頻度進(jìn)行處理時(shí),需要考慮頻度數(shù) ”。(i一1,2,3,4,5與絕緣子污閃之間的關(guān)系。不同 幅值范圍的脈沖電流峰值出現(xiàn)的脈沖頻度數(shù)對(duì)應(yīng)不 同模糊隸屬度4。其隸屬函數(shù)用下式表示:AF=max(AFl,AF2,AF”AF4,AF5。 (5式中,A,。=殺olg打t AF2=i1lg以2 AF3=蠆1Ig,z。 50mAIp<150mA; 150mAJP<250mA; 250mAIP<350mA;AF4=lgn4, 3501TIAIP<450mA;A矸=:以n。5=01,L45。mAo 脈沖電流峰值的隸屬度函數(shù)需

18、要對(duì)絕緣子串特別是存在絕緣缺陷的絕緣子串的脈沖電流特性進(jìn)行 研究,從而給出脈沖電流與絕緣子性能的關(guān)系,本文 采用隸屬函數(shù)A,一1一e_半。 (6 式中,J,表示脈沖電流峰值與正常電流峰值相比 所得的倍數(shù)。對(duì)A作歸一化處理,先令A(yù)=Ak,A:,A,H, A;,A品,則相對(duì)濕度RH對(duì)絕緣子絕緣性能有很大影響, 以下先確定RH<75%和RH90%時(shí)的模糊關(guān)系 矩陣,再確定75%RH<90%時(shí)的模糊關(guān)系矩陣。 RH<75%時(shí)廠(chǎng)0f 0彤一I oRH90%時(shí)廠(chǎng)0彤:I ofO.35O.250.350.25O.15O.35O.25O.350.35O.150.05O.25O.350.250

19、.40O.10O.25O.35O.250.25O.05O.050.100.15O.40O.100.15O.10O.15O.50。 (975%RH<90o/o時(shí)模糊關(guān)系矩陣介于式(8 和式(9之間。由于模糊關(guān)系矩陣的參數(shù)會(huì)因RH 的變化而有所影響,所以必須對(duì)模糊關(guān)系矩陣R作 相對(duì)濕度較正。相對(duì)濕度因子k用偏大型半梯形分布表示為 fO, RH<75%;k一R而H-75',75%RH<95%;(101RH90%。引入相對(duì)濕度因子k并作歸一化處理后,式(8 和式(9可合并在一起,得到第一級(jí)模糊綜合評(píng)判矩 陣R 7,其中的元素為r:一÷堡垡型赴。(11rd 2r。一o

20、 Lll, _(以+(一以憊g=1式中,i一1,2,5;J=1,2,4。第二級(jí)模糊綜合評(píng)判從絕緣性能矩陣出發(fā)通過(guò) 模糊關(guān)系矩陣R得到模糊輸出集c,即直接給出檢 修建議,簡(jiǎn)單易懂有較強(qiáng)的實(shí)用性。R由下式給出:廠(chǎng)0R=IL00.30O.35O.35O.350.25O.300.35O.40(12 利用模糊綜合評(píng)判,對(duì)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)到得的數(shù)據(jù)進(jìn)2008年6月 高 電壓技術(shù) 第34卷第6期 1291行處理就可以得到相應(yīng)的絕緣性能和檢修建議。 4變電站絕緣子評(píng)判試驗(yàn)根據(jù)前面的論述,通過(guò)對(duì)絕緣子幾種參數(shù)的在 線(xiàn)監(jiān)測(cè),建立模糊隸屬函數(shù)和模糊關(guān)系矩陣能夠?qū)?現(xiàn)對(duì)變電站絕緣子的實(shí)時(shí)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)。對(duì)某110kV 變電站的一串

21、110kV絕緣子和兩串35kV絕緣子 分別進(jìn)行監(jiān)測(cè),其試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。表1變電站絕緣子模糊綜合評(píng)判的試驗(yàn)結(jié)果Tab.1Verifying of insulators with fuzzycomprehensive assessment絕緣子串編號(hào) #1電壓等級(jí)/kV 3511035RH/%908092Ip/mA 28545<1AP/mA 103558ni,f一1,2,-,5659,105。0,0,010,2,0,0,00,0,0,0,0實(shí)際狀態(tài) 嚴(yán)重劣化 一般故障(污穢引起 絕緣子表面清潔 結(jié)論 相符 相符 相符由試驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn),模糊綜合評(píng)判在對(duì)變電站絕 緣子串進(jìn)行在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)分析中

22、能夠較準(zhǔn)確的給 出絕緣子的絕緣性能,也能明確的給出檢修建議,這 對(duì)變電站的絕緣子的檢修有重要意義。5結(jié) 語(yǔ)由于絕緣子的各種參數(shù)與其污穢劣化程度之間 存在很大的模糊性,本文嘗試用泄漏電流峰值、泄漏 電流有效值、泄漏電流諧波、泄漏電流脈沖頻度及脈 沖電流的峰值比作為判斷絕緣子的性能的參數(shù),同 時(shí)考慮相對(duì)濕度的影響,建立模糊隸屬函數(shù)和模糊 關(guān)系矩陣,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站絕緣子在線(xiàn)實(shí)時(shí)的監(jiān) 測(cè)并能及時(shí)發(fā)現(xiàn)劣化嚴(yán)重的絕緣子給出檢修建議。 通過(guò)模糊綜合評(píng)判對(duì)變電站試驗(yàn)結(jié)果的分析和 處理得出的結(jié)論與實(shí)際的相比較,可看出模糊綜合 評(píng)判方法的結(jié)果與實(shí)際相符,充分說(shuō)明了此方法的 有效性。參 考 文 獻(xiàn)-13朱德恒,嚴(yán)

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29、1一,男劉 念1956一,男,博士,教授從事電力系統(tǒng)安全躲控及電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷方面研究工 作收稿日期200804-03編輯衛(wèi)李靜 變電站絕緣子污穢在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)作者:李波 , 劉念 , 李瑞葉 , LI Bo, LIU Nian, LI Rui-ye作者單位:李波,LI Bo(四川大學(xué)電氣信息學(xué)院,成都610065;杭州市電力局,杭州310016 , 劉念,李瑞 葉,LIU Nian,LI Rui-ye(四川大學(xué)電氣信息學(xué)院,成都,610065 刊名:高電壓技術(shù) 英文刊名:HIGH VOLTAGE ENGINEERING年,卷(期:2008,34(6被引用次數(shù):1次參考文獻(xiàn)(16條1.

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