變電站在線檢測裝置技術(shù)分析

1、變電站在線檢測裝置技術(shù)分析高壓電氣設(shè)備的主要設(shè)備包括電力變壓器、電容型設(shè)備、氧化鋅避雷器、斷路器等。電容型設(shè)備的主要監(jiān)測項目有：電容型設(shè)備的電容、電容電流、介質(zhì)損耗角、不平衡電壓等。 氧化鋅避雷器的全電流、阻性電流、功耗等參量。針對電力變壓器的在線監(jiān)測項目有：油中的氣體測量與分析，局部放電項目，有載開關(guān)的觸頭磨損及機械和電氣回路的完整性測量。斷路器的監(jiān)測內(nèi)容有：操作回路的完整性、絕緣性能、開斷能力、機械特性。1 容性設(shè)備在線檢測裝置電容型設(shè)備是指絕緣結(jié)構(gòu)采用電容屏的設(shè)備， 它包括電流互感器、 套管以及耦合電容器 等。一般這種設(shè)備的數(shù)量要占變電站設(shè)備總臺數(shù)的40%50%，是容易發(fā)生事故且預(yù)防性試

2、驗工作量大的設(shè)備。其運行的可靠性在很大程度上取決于絕緣狀況。電力系統(tǒng)的容性設(shè)備在正常工作時會產(chǎn)生一定的泄漏電流，泄漏電流中包含了容性分量lc和阻性分量IR，容性分量對設(shè)備的安全運行不會產(chǎn)生危害，阻性分量產(chǎn)生的有功功率， 表現(xiàn)為設(shè)備發(fā)熱，達到一定程度將危害設(shè)備的安全運行。IR的大小是由容性設(shè)備的介質(zhì)損耗及tg：決定的，因此動態(tài)地監(jiān)測介質(zhì)損耗的變化是保障電力系統(tǒng)安全運行的一項重要措 施。1.1 面臨的主要問題介質(zhì)tg：的在線監(jiān)測屬于高電壓、微電流、小角度的精密測量范疇，對測量方法和硬件 的要求很高。其中，影響tg、：在線監(jiān)測精確度和穩(wěn)定性的主要因素有：1.傳感器角差及電壓采樣信號與一次實際運行電壓

3、信號之間的角差是影響tg測量精度和穩(wěn)定性的一個主要影響因素。傳感器角差隨著時間、環(huán)境溫度、振動、電磁干擾等因素而飄移，而：角極小，若不將因傳感器、電壓采樣而產(chǎn)生的角差考慮在 內(nèi)，則角測量精度及穩(wěn)定性無法保證。同時，要求傳感器角差和電壓采樣角差相對設(shè)備本身的：角而言很穩(wěn)定，以確保準(zhǔn)確反映設(shè)備本身tg：的相對變化2.電磁干擾的影響。在運行電壓狀態(tài)下進行介質(zhì)在線監(jiān)測，而現(xiàn)場采樣信號（電流信號）處于mA級，電磁干擾對tg、：的測量精度和穩(wěn)定性影響很大（主要是對采樣信號相位的影響）。為了減少外界電場干擾對測量的影響，應(yīng)采取多種切實可行的抗干擾措施。3.諧波的影響。實際運行的電力系統(tǒng)中， 諧波是大量存在的

4、。因諧波造成的被測信號 失真，如零漂、過零點不穩(wěn)定等問題，都將是測量結(jié)果出現(xiàn)極大誤差4.在線裝置本身存在的精度及穩(wěn)定性問題5.絕緣診斷的方法還不完善。絕緣監(jiān)測數(shù)據(jù)受環(huán)境溫、濕度的影響非常大，以介損tg.監(jiān)測數(shù)據(jù)為例，從容性設(shè)備運行現(xiàn)場監(jiān)測到的數(shù)據(jù)存在周期性變化，但這種變化很難判斷出是由環(huán)境溫濕度的周期性變化影響所致還是容性設(shè)備本身絕緣劣化所致。摘自基于DSP的容性設(shè)備絕緣在線監(jiān)測裝置的研制1.2 測量技術(shù)其檢測方法和原理有很多種，在對所測得的數(shù)學(xué)信號其一主要靠硬件實現(xiàn)， 以過零點相位比較法， 過零點在前端信號濾波效果良好的情況下，可以達到較高的精度和分辨率。但由于過零比較法和西林電橋法是基于硬

5、件處理的方法，其硬件處理環(huán)節(jié)過多，在測量過程中受電磁干擾、諧波干擾等十分明顯，會造成較大的誤差和分散性。其二主要依靠軟件來實現(xiàn)的檢測方法，其典型代表是諧波分析法，其給予信號處理的思想可以避免增加硬件線路設(shè)計的難度和復(fù)雜性，是目前探索和未來發(fā)展的方向。摘自容性設(shè)備分布式絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)及介損值算法研究1.3 相關(guān)函數(shù)法i(t)二A si n(t旳 和絕緣兩端的電壓信號u(t)二Bsin Ct：；：；)，其中u(t)已經(jīng)進行了90度的移相，二為測量頻率與實際系統(tǒng)頻率的差值，為兩信號的相位差即介損角，-為系統(tǒng)頻率，A和B分別是電流和電壓信號的幅值系數(shù)。當(dāng)波形無延時時，其自相關(guān)函數(shù)和互相關(guān)函數(shù)為：1T

6、A2Rx(O) = (As in(磯+巧As in(國t+ 巧dt = T021T*Ry(0) = JBsi n(飢 +日+6)Bsi nt +日+6)dtT01TrABRxy(0) = jAsi nt +)Bsi n(t +8 +)dt = cosiT02介質(zhì)損耗測量相關(guān)技術(shù)發(fā)展迅速,進行處理和分析方面形成了兩大分支：電壓比較法和改進西林電橋法為代表。經(jīng)過采樣、濾波后得到的泄漏電流信號式中：T為整周期，Rx為電流信號的自相關(guān)系數(shù)，Ry為電壓信號的自相關(guān)系數(shù)，Rxy為電流和電壓信號的互相關(guān)系數(shù)。由此根據(jù)相關(guān)函數(shù)法得出.，即介質(zhì)損耗角。相關(guān)函數(shù)法要求整周期采樣，未具體要求采樣點數(shù)。如果采用相關(guān)函

7、數(shù)法可適當(dāng)減少采 樣點數(shù)的約束。摘自容性設(shè)備分布式絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)及介損值算法研究1.4 諧波加窗改進法介質(zhì)損耗值計算中的諧波分析，通常是通過快速傅立葉變換實現(xiàn)的。然而，在數(shù)據(jù)采集時，如果不是同步采樣將會帶來泄露效應(yīng)及柵欄效應(yīng)，使算出的信號參數(shù)即頻率、幅值和相位等不準(zhǔn)，尤其是相位誤差很大，從而無法滿足準(zhǔn)確的諧波測量要求。為了提高FFT算法的精度，目前主要是采樣插值的方法，通過查找準(zhǔn)確的信號頻率，進而提高各種參數(shù)的計算精度。在此基礎(chǔ)上利用海寧窗、Kaiser Bessel窗、Blackmarr Harris窗等減小泄露，減少諧波間的相互干擾。摘自容性設(shè)備分布式絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)及介損值算法研究1.

8、5 總結(jié)總結(jié)上述兩個算法，同步采樣是提高介質(zhì)損耗值計算精度的主要問題，這一方面要提高采樣密度實現(xiàn)，另一方面需要在算法上實現(xiàn)插值。此外，由于電流信號很小，需要很好的濾波算法，濾出干擾信號。目前，尚未找到該種裝置的標(biāo)準(zhǔn)，以及如何對精度進行驗證的方法。2 避雷器在線檢測裝置2.1 漏電流監(jiān)視一般認(rèn)為MOV的總泄露電流包括阻性泄漏電流和容性泄漏電流，阻性泄漏電流是引起MOV閥片劣化的主要原因，對MOV運行狀況的判斷，主要是根據(jù)阻性泄漏電流的變化來分析的。根據(jù)對采集到的總泄露電流的處理方法的不同，MOV的在線監(jiān)測方案有如下幾種：1.全電流法：該方法測量每臺避雷器的全泄露電流，通過全泄露電流的大小變化對M

9、OV的運行狀況進行判斷。由于MOV的泄漏電流的容性分量基本不變，因此可以簡單地認(rèn)為全電流的增加能在一定程度上反應(yīng)阻性電流的增長情況。但由于阻性電流在全電流中僅占10%20%，因此靈敏度較低。2.三次諧波阻性電流法： 也稱為零序電流法， 三次諧波阻性電流通過三相接地線上的 小CT測取。當(dāng)系統(tǒng)電壓不含諧波時， 三相電流中的基波容性電容和基波阻性電流 相互抵消，接地線上只剩下三次諧波阻性電流。正常時，I0很小，當(dāng)一相或三相避雷器出現(xiàn)問題時，三相電流的不平衡將導(dǎo)致I0增大，且I0中含有基波成分。這種方法簡單，便于實現(xiàn)，但存在比較明顯的缺點：當(dāng)監(jiān)視到I0發(fā)生變化時，很難判斷是哪一相出現(xiàn)了問題。 其次當(dāng)電

10、網(wǎng)電壓中含有三次諧波成分時， 將引起較大的 測量誤差。3.容性電流補償法：該方法將全電流中的容性電流補償?shù)簦缘玫阶栊噪娏?。補償?shù)?過程是將MOV容性電流波形相同的補償信號，經(jīng)過增益可調(diào)放大器自動反饋控 制，得到與MOV的容性電流幅值相等的補償電流信號的過程。4.基波阻性電流法：由CT和PT分別提取MOV的全電流和運行電壓，通過FFT運 算得到基波電流和基波電壓的相位和幅值， 將基波電流在基波電壓上投影得到基波 阻性電流。該方法受電網(wǎng)諧波影響小，準(zhǔn)確度較高。但由于當(dāng)MOV閥片受潮時， 基波阻性電流明顯增大， 而閥片老化時，高次諧波阻性電流增大明顯。 因此該方法 對受潮情況比較有效，但不能有效反

11、應(yīng)MOV閥片的老化情況。2.2 放電次數(shù)JB/T 2440-1991避雷器用放電計數(shù)器 避雷器用放電計數(shù)器是用來監(jiān)視避雷器放電動作的一種高壓電器，其構(gòu)造由非線性電 阻、電磁計數(shù)器和一些電子元件組成。在正常運行電壓下， 流過計數(shù)器的漏電流非常小， 計數(shù)器不動作， 當(dāng)避雷器通過雷電波、 操作波和工頻過電壓時， 強大的工作電流從計數(shù)器的非線性電阻通過， 經(jīng)過直流變換， 對電 磁線圈放電而使計數(shù)器吸動一次， 來實現(xiàn)測量避雷器動作次數(shù)的裝置。 在結(jié)構(gòu)上采用電阻 片取壓，電磁線圈動作，計數(shù)器顯示，透明玻璃罩、密封橡皮墊、底版及法蘭等進行卡裝密 封，高壓出線端從底板中心引出。目前有專門的避雷器放電計數(shù)器的監(jiān)

12、測儀3 油色譜在線監(jiān)測原理油色譜在線監(jiān)測裝置是一種精密儀器， 核心部件是一個特殊設(shè)計的油氣分離膜、 氣相色 譜分析柱和傳感器，可以用來測量反映變壓器故障信息的六種變壓器故障氣體。氣體采集方式為：變壓器油中氣體通過滲透而得（用于儲油柜式和充油式變壓器）。典型的安裝是安裝在變壓器的預(yù)留孔，或安裝在變壓器冷卻油回路的低溫側(cè)。信號采集器直接與變壓器本體或回油管道連接。信號采集器安裝了一個“油氣分離膜”的裝置，其作用是將變壓器油中溶解的氣體滲透進入氣室。進入氣室的氣體通過載氣（氮氣）進入氣相色譜柱，把各種特征氣體分離出來，再經(jīng)氣敏傳感器檢測得到信號。信號處理器將獲得的信號經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換、處理后輸出至主控計

13、算機。由主控計算機完成運算、顯示、存儲、報警、打印等功能。油色譜在線監(jiān)測裝置結(jié)構(gòu)示意如下:早研究的，并且是迄今為止最廣泛應(yīng)用白勺一種檢測方法，我國丁一985年首次在GB1094.3-85電力變壓器中規(guī)定了變壓器局部放電的測試方法。脈沖電流法靈敏度 高、實時性好、可以測量放電量、放電重復(fù)率、平均電流以及放電能量等，但由于 電流互感器輸出信噪比低，尤其是在在線檢測時，局部信號易被現(xiàn)場其他干擾所湮 沒，使得后續(xù)信號處理過程中的信號識別和干擾抑制比較困難。2化學(xué)檢測法：主要對變壓器油的色譜進行分析。局部放電發(fā)生時會引起變壓器油中 化學(xué)成分的改變，尤其是一些溶于油中的特殊氣體。通過對變壓器油的定期抽樣分

14、 析，可以判斷變壓器局部放電的發(fā)4 局指在電場作用下，-絕緣系統(tǒng)中只有部域發(fā)生放電而并 沒有形成貫穿電場強度不均勻，的特性。部放電的主要原因是電介質(zhì)不均勻時，,場強度達到擊穿場強而發(fā)生放電，彖體各區(qū)域承受的而其他區(qū)域仍然保持絕緣_ _, 基路沖、電磁輻射、超聲波、光，并引起局部過熱。還將分解出氣體，產(chǎn)生能量損耗等。因此，相應(yīng)地出現(xiàn)了電脈沖測量、超高頻測變壓器測量等若油中放電量、超聲波F種測量方法：I.1.鐵心接地曰冃疋最展水平。該方法的最大優(yōu)點是不存在復(fù)雜的抗干 擾問題，但實時性較差。3超聲波檢測法：用于檢測變壓器內(nèi)部放電時產(chǎn)生的超聲脈沖。聲發(fā)射傳感器通常固 定在變壓器外殼，利用壓電晶體作為聲

15、-電換能器， 將聲波信號轉(zhuǎn)換為聲信號， 并進 一步放大后通過電纜傳送給監(jiān)測系統(tǒng)。該方法不存在嚴(yán)重的電磁干擾，主要用于定 性地判斷局放信號的有無， 以及結(jié)合電脈沖信號或直接利用超聲信號對局放源進行 物理定位4超高頻測量法：測量放電產(chǎn)生的電磁輻射，其頻段在300MHz至3GHz之間。具有 靈敏度高、對外界干擾的抑制能力強以及能反映放電脈沖真實波形等優(yōu)點。 已永載 電機以及一些固體絕緣設(shè)備 （電纜、干式變壓器等）中的局放檢測。5 斷路器斷路器的在線監(jiān)測內(nèi)容有：泄露電流、氣體密度、開斷次數(shù)、開斷電流、振動波形、分 合閘線圈電流波形、動觸頭行程、操作機構(gòu)油壓等監(jiān)測內(nèi)容。5.1 分合閘線圈電流電磁鐵是高壓

16、斷路器操作機構(gòu)的重要元件之一， 高壓斷路器一般都是以電磁鐵作為第一 級控制元件。當(dāng)線圈中通過電流時， 在電磁鐵內(nèi)產(chǎn)生磁通，鐵心受到電磁力作用吸合， 使斷 路器分閘或合閘。 線圈的電流包含很多信息， 反映了電磁鐵本身以及所控制的鎖閂或閥門以 及連鎖觸頭在操作過程中的工作情況。(1)階段線圈在心時刻通電到召時刻鐵心開始運動。(2)階段汀鐵心運動電流下降* $為控制電流的谷點*代表鐵心已 經(jīng)觸動操作機械的負(fù)載因而顯著減速或停止運動(3)階段 n 鐵心停止運動電流又呈指數(shù)上升*(4)階段 f -3 這一階段是階段3的延續(xù)電流達到近似的穩(wěn)態(tài)。(”階段r-q電流開斷階段口輔助開關(guān)K分?jǐn)嘣谳o助開關(guān)觸頭間產(chǎn)生

17、電 弧井被拉長電弧電圧快速升高迫使電流迅速減小直到熄滅i%5.2 動觸頭行程監(jiān)測目前測量高壓斷路器的行程一一時間特性，多采用光電式位移傳感器與相應(yīng)的測量電路配合進行，常用的有增量式旋轉(zhuǎn)光電編碼器或直線光電編碼器。直線光電編碼器安裝在斷路器直線運動部件上，或者把旋轉(zhuǎn)光電編碼器安裝在斷路器的操作機構(gòu)的主軸上，通過傳感器測量分合閘操作時動觸頭的運動信號波形。5.3 振動信號監(jiān)測對于高壓斷路器，在分合閘操作過程中， 振動信號中包含豐富的機械狀態(tài)信息， 甚至機 械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上某些細微變化也可以從振動信號發(fā)現(xiàn)出來。 因此，以外部振動信號為特征，可 以對高壓斷路器的機械狀態(tài)進行監(jiān)測。 具體做法是在斷路器適當(dāng)部位，采集振動信號經(jīng)處理 后作為診斷的依據(jù)。6 總結(jié)上面對變壓器、斷路器、容性設(shè)備、避雷器的狀態(tài)監(jiān)測進行了概述，其共同技術(shù)在于：1.微弱信號檢測2.數(shù)字信號處理，包括濾波器、小波分析等等從技術(shù)上看， 斷路器、 變壓器的測量相對簡單， 但涉及到許