狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀調(diào)查報(bào)告

1、狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀調(diào)查報(bào)告目 錄1 檢修的定義與檢修體制的發(fā)展歷程32 狀態(tài)監(jiān)測(cè)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀42.1狀態(tài)檢修業(yè)務(wù)流程42.2狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)的分類與發(fā)展52.2.1變壓器在線監(jiān)測(cè)技術(shù)52.2.2電容型設(shè)備在線監(jiān)測(cè)技術(shù)72.2.3金屬氧化物避雷器在線監(jiān)測(cè)技術(shù)82.2.4斷路器和GIS設(shè)備在線監(jiān)測(cè)技術(shù)82.2.5交聯(lián)聚乙烯電纜在線監(jiān)測(cè)技術(shù)92.2.6輸電線路在線監(jiān)測(cè)技術(shù)92.2.7帶電檢測(cè)技術(shù)92.3在線監(jiān)測(cè)及帶電檢測(cè)技術(shù)在中國(guó)的應(yīng)用現(xiàn)狀103 狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)存在的問題10參考文獻(xiàn)12附錄 A14狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀調(diào)查報(bào)告1 檢修的定義與檢修體制的發(fā)展歷程正常運(yùn)行的設(shè)備可能會(huì)發(fā)生故障，

2、要求對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢修，日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JIS對(duì)檢修做了如下定義：“所謂檢修，是指把產(chǎn)品保持在使用及運(yùn)用狀態(tài)以及為排除故障和缺陷所進(jìn)行的一切處置及活動(dòng)”。有效的檢修應(yīng)該能夠降低設(shè)備故障的頻率，減小設(shè)備故障的影響，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，對(duì)于電網(wǎng)企業(yè)來說，輸變電設(shè)備的有效檢修還可以提高供電可靠性，保證良好的供電質(zhì)量，減少停電造成的經(jīng)濟(jì)損失，提升企業(yè)的社會(huì)影響與形象。因此，確保經(jīng)濟(jì)、合理、有效的設(shè)備檢修方式對(duì)電網(wǎng)企業(yè)的發(fā)展意義深遠(yuǎn)。工業(yè)發(fā)展從手工作坊到機(jī)械化和電氣化，各個(gè)時(shí)期的設(shè)備管理與檢修方式有很大的變化，一般來說可以概括為四個(gè)階段，各階段特點(diǎn)見表A-1。第一次產(chǎn)業(yè)革命時(shí)期對(duì)設(shè)備實(shí)行事后維修，運(yùn)行人員兼做維修

3、工作。第二次產(chǎn)業(yè)革命時(shí)期開始實(shí)行預(yù)防性計(jì)劃?rùn)z修，檢修從生產(chǎn)中分離出來，形成相對(duì)獨(dú)立的專業(yè)工作，產(chǎn)生了檢修人員，有了專業(yè)性檢修隊(duì)伍。第三次產(chǎn)業(yè)革命時(shí)期推行考慮經(jīng)濟(jì)目標(biāo)的檢修，開始應(yīng)用設(shè)備壽命周期費(fèi)用概念進(jìn)行設(shè)備管理。第四次產(chǎn)業(yè)革命時(shí)期正逐漸實(shí)施以設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷為基礎(chǔ)的狀態(tài)檢修，即基于設(shè)備狀態(tài)的檢修。從該表可以清楚地看到，設(shè)備檢修體制是隨著生產(chǎn)力的發(fā)展、科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步而不斷演變的。它在很大程度上反映出生產(chǎn)力發(fā)展水平和技術(shù)管理水平的高低。在檢修體制演變的過程中，根據(jù)不同的行業(yè)特點(diǎn)、不同的設(shè)備管理要求，出現(xiàn)了各種追求不同具體目標(biāo)的檢修方式。事后維修(Corrective Maintenance

4、)是當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障或其它失效時(shí)進(jìn)行的非計(jì)劃性維修。在現(xiàn)代管理設(shè)備要求下，事后維修僅用于對(duì)生產(chǎn)影響極小的非重點(diǎn)設(shè)備、有冗余配置的設(shè)備或采用其它檢修方式不經(jīng)濟(jì)的設(shè)備。這種檢修方式又稱為故障維修。預(yù)防性計(jì)劃?rùn)z修(Preventive Maintenance)是一種以時(shí)間為基礎(chǔ)的預(yù)防檢修方式，也稱計(jì)劃?rùn)z修。它是根據(jù)設(shè)備磨損的統(tǒng)計(jì)規(guī)律或經(jīng)驗(yàn)，事先確定檢修類別、檢修周期、設(shè)備檢修內(nèi)容、檢修備件及材料等的檢修方式。定期檢修適合于已知設(shè)備磨損規(guī)律的設(shè)備，以及難以隨時(shí)停機(jī)進(jìn)行檢修的流程工業(yè)、自動(dòng)生產(chǎn)線設(shè)備。狀態(tài)檢修(Condition Based Maintenance)是從預(yù)防性檢修發(fā)展而來的更高層次的檢修體

5、制，是一種以設(shè)備狀態(tài)為基礎(chǔ)、以預(yù)測(cè)設(shè)備狀態(tài)發(fā)展趨勢(shì)為依據(jù)的檢修方式。它根據(jù)設(shè)備的巡檢、例行試驗(yàn)、在線監(jiān)測(cè)、診斷性試驗(yàn)等方式提供的信息、經(jīng)過分析處理，判斷設(shè)備的健康和性能劣化狀況及其發(fā)展趨勢(shì)，并在設(shè)備故障發(fā)生前及性能降低到不允許極限前有計(jì)劃地安排檢修。根據(jù)以上的定義可以看出，狀態(tài)檢修與事故檢修均著眼于設(shè)備故障發(fā)生的時(shí)間，力圖在設(shè)備故障現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)前或發(fā)生后及時(shí)予以處理，消除故障隱患或故障，保證設(shè)備能夠正常發(fā)揮其設(shè)計(jì)功能，而定期檢修作為事故檢修與狀態(tài)檢修的過渡性檢修體制，其出現(xiàn)與特定時(shí)代的技術(shù)背景和設(shè)備的復(fù)雜程度有關(guān)，最終將被狀態(tài)檢修所替代，僅作為一種輔助性檢修的選擇。與早期的事后檢修與定期檢修相比，

6、狀態(tài)檢修能夠?qū)υO(shè)備進(jìn)行適時(shí)地、有針對(duì)性地維修，不僅能保證設(shè)備處于良好的技術(shù)狀態(tài)，而且能夠充分利用零部件的壽命，有效地避免“維修不足”和“維修過剩”的情況，目前，狀態(tài)檢修已廣泛應(yīng)用于美國(guó)、法國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家電力系統(tǒng)的檢修實(shí)踐中，美國(guó)電力研究院的研究結(jié)果表明，實(shí)施狀態(tài)檢修可提高設(shè)備利用率5%以上，節(jié)約費(fèi)用25%30%。2 狀態(tài)監(jiān)測(cè)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀2.1狀態(tài)檢修業(yè)務(wù)流程依據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司出臺(tái)的設(shè)備狀態(tài)檢修管理規(guī)定的相關(guān)內(nèi)容，狀態(tài)檢修是企業(yè)以安全、環(huán)境、效益等為基礎(chǔ)，通過設(shè)備的狀態(tài)評(píng)價(jià)、風(fēng)險(xiǎn)分析、檢修決策等手段開展設(shè)備檢修工作，達(dá)到設(shè)備運(yùn)行安全可靠、檢修成本合理的一種設(shè)備檢修策略。根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司相關(guān)規(guī)程，狀

7、態(tài)檢修業(yè)務(wù)流程如圖2-1所示。圖2-1 狀態(tài)檢修業(yè)務(wù)流程圖設(shè)備狀態(tài)量是指直接或間接表征設(shè)備狀態(tài)的各類信息如數(shù)據(jù)、聲音、圖像、現(xiàn)象等，狀態(tài)量主要由原始資料、運(yùn)行資料、檢修試驗(yàn)資料、其他資料四部分構(gòu)成，基本涵蓋了設(shè)備生命周期內(nèi)的所有歷史資料以及與該設(shè)備相關(guān)的家族缺陷、不良工況等資料。設(shè)備狀態(tài)的評(píng)價(jià)應(yīng)該基于巡檢及例行試驗(yàn)、診斷性試驗(yàn)、在線監(jiān)測(cè)、帶電檢測(cè)、家族缺陷、不良工況等狀態(tài)信息，包括其現(xiàn)象強(qiáng)度、量值大小以及發(fā)展趨勢(shì)，結(jié)合與同類設(shè)備的比較，對(duì)反應(yīng)設(shè)備健康狀態(tài)的各狀態(tài)量指標(biāo)進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，從而確定設(shè)備在評(píng)價(jià)時(shí)刻的狀態(tài)等級(jí)。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是指在設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，評(píng)估設(shè)備出現(xiàn)故障的可能性和后果的嚴(yán)重程度，確

8、定設(shè)備面臨的和可能導(dǎo)致的風(fēng)險(xiǎn)。檢修決策是指依據(jù)設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)結(jié)果，考慮風(fēng)險(xiǎn)因素，確定設(shè)備檢修的類別、內(nèi)容及時(shí)間。2.2狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)的分類與發(fā)展根據(jù)設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)的定義可以看出，狀態(tài)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)是與設(shè)備健康狀態(tài)相關(guān)的信息的獲取，即廣義的狀態(tài)監(jiān)測(cè)，傳統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)包含巡檢和例行試驗(yàn)，然而，隨著電力系統(tǒng)向高壓、大容量、大電網(wǎng)發(fā)展，對(duì)電力系統(tǒng)安全可靠性指標(biāo)的要求越來越高，傳統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)手段的局限性越來越明顯。主要體現(xiàn)在：巡檢僅能發(fā)現(xiàn)設(shè)備明顯的故障隱患或故障點(diǎn)；例行試驗(yàn)需停電、按固定周期進(jìn)行，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)電氣設(shè)備絕緣缺陷和反映設(shè)備及時(shí)狀態(tài)；停電試驗(yàn)與設(shè)備實(shí)際運(yùn)行環(huán)境、狀態(tài)參數(shù)等方面存在很大差異，例行試驗(yàn)結(jié)果影響設(shè)

9、備狀態(tài)評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性。隨著傳感器技術(shù)、通信技術(shù)與數(shù)據(jù)處理技術(shù)的發(fā)展，在線監(jiān)測(cè)與帶電檢測(cè)技術(shù)得到了快速的發(fā)展，已在國(guó)內(nèi)電網(wǎng)進(jìn)行了一段時(shí)間的應(yīng)用，取得了大量寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息，并已出臺(tái)了相關(guān)設(shè)備規(guī)范與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。下面即對(duì)在線監(jiān)測(cè)和帶電檢測(cè)技術(shù)研究現(xiàn)狀進(jìn)行總結(jié)分析。國(guó)內(nèi)外對(duì)數(shù)遍帶你設(shè)備在線監(jiān)測(cè)及帶電檢測(cè)技術(shù)的探索和研究已有30多年的歷史。由于電氣設(shè)備種類繁多、結(jié)構(gòu)各異，其在線監(jiān)測(cè)及帶電檢測(cè)項(xiàng)目各有不同。目前，相對(duì)成熟應(yīng)用的在線監(jiān)測(cè)及帶電檢測(cè)技術(shù)有變壓器、GIS及罐式斷路器等設(shè)備局部放電監(jiān)測(cè)、變壓器油色譜分析、電容性設(shè)備電容量及介損帶電測(cè)試、氧化鋅避雷器泄漏電流監(jiān)測(cè)、紅外測(cè)溫、紫外檢測(cè)等。2.2

10、.1變壓器在線監(jiān)測(cè)技術(shù)變壓器是電力系統(tǒng)中最關(guān)鍵的設(shè)備之一，其安全穩(wěn)定運(yùn)行是對(duì)電力系統(tǒng)安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要保證。目前，變壓器在線監(jiān)測(cè)的主要項(xiàng)目有：油中溶解氣體測(cè)量和分析、局部放電測(cè)量和定位、繞組變形、鐵芯接地電流監(jiān)測(cè)及振動(dòng)頻譜監(jiān)測(cè)等。1）變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)監(jiān)測(cè)變壓器油中特征氣體量油中溶解氣體分析(Dissolved Gases Analysis，DGA)已被證明對(duì)于發(fā)現(xiàn)油浸變壓器內(nèi)部潛伏性故障，特別是過熱性、電弧性、絕緣破壞性故障相當(dāng)有效和可靠?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和模擬試驗(yàn)表明，不同的故障類型產(chǎn)生的主要特征氣體和次要特征氣體見表2-1。表2-1 不同故障類型產(chǎn)生的氣體故障類型主要?dú)怏w組

11、分次要?dú)怏w組分油過熱CH4，C2H4，H2，C2H6油和紙過熱CH4，C2H4，CO，CO2H2，C2H6油紙絕緣中局部放電CH4，CH4，COC2H2，CO2，C2H6油中火花放電H2，C2H2油中電弧H2，C2H2CH4， C2H4， C2H6油和紙中電弧H2，C2H2， CO，CO2CH4， C2H4， C2H6安裝油中特征氣體傳感器對(duì)油中氣相色譜實(shí)施在線監(jiān)測(cè)，就可監(jiān)測(cè)那些發(fā)展周期較短的故障。目前，技術(shù)相對(duì)比較成熟的油中氣相色譜在線監(jiān)測(cè)裝置有美國(guó)Servemn公司T8變壓器在線監(jiān)測(cè)儀，其除了監(jiān)測(cè)油中H2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2、CO、CO2和O28種氣體外，還可對(duì)油中水份和

12、變壓器油溫進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，所采集數(shù)據(jù)經(jīng)處理后可使用三比值、四比值、譜圖法等進(jìn)行分析和故障診斷。英國(guó)Kelman有限公司TRANSFIX新一代油中氣體及微水在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)首次將光聲光譜(Photoacoustic Spectroscopy，PAS)技術(shù)應(yīng)用于絕緣油中溶解氣體及水份分析領(lǐng)域，監(jiān)測(cè)8種氣體及微水。加拿大BravTech公司TAM-VI變壓器油色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可同時(shí)檢測(cè)H2、CO、CH4、C2H6、C2H4、C2H26種故障特征氣體。國(guó)內(nèi)產(chǎn)品有寧波理工MGA2000變壓器色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其采用特制的納米晶半導(dǎo)體檢測(cè)器檢測(cè)H2、CO、CH4、C2H4、C2H2、C2H6、總烴；采用微水檢測(cè)

13、單元檢測(cè)H2O。2）變壓器局部放電在線監(jiān)測(cè)局部放電是變壓器常見故障的主要原因。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)110kV及以上電力變壓器事故中，有50%屬于正常運(yùn)行電壓下發(fā)生匝間短路，其原因大多是局部放電所致。目前，變壓器局部放電在線監(jiān)測(cè)方法很多，常用的方法主要有：脈沖電流法、射頻檢測(cè)法、放電能量檢測(cè)法、聲測(cè)法、超高頻法。其中，射頻檢測(cè)法和超高頻法由于信號(hào)頻率高、抗干擾性能好，隨著數(shù)字濾波技術(shù)、信號(hào)采集技術(shù)、選頻技術(shù)的發(fā)展，得到了越來越多的應(yīng)用。3）變壓器繞組變形在線監(jiān)測(cè)變壓器繞組變形在變壓器事故中占有很高的比例，繞組變形檢測(cè)已引起了電力部門的高度重視。目前，國(guó)內(nèi)主要采用頻率響應(yīng)分析法(Frequency Res

14、ponse Analysis，F(xiàn)RA)和低壓脈沖法(Low Voltage Impulse，LVI)2種離線測(cè)試手段進(jìn)行繞組變形檢測(cè)。為了提高FRA診斷的準(zhǔn)確率，測(cè)量頻率范圍被分為幾段，在整個(gè)頻率范圍內(nèi)及每一分段的相關(guān)系數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)偏差都被作為診斷用的特性參數(shù)。與FRA相比，LVI具有對(duì)其他非試驗(yàn)繞組的變形不敏感、便于實(shí)現(xiàn)故障定位的優(yōu)點(diǎn)；但也存在間隔時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)、重復(fù)性差的缺點(diǎn)。近年來，基于變壓器短路阻抗及阻抗中的電感分量與繞組幾何尺寸及相對(duì)位置有關(guān)，通過在線監(jiān)測(cè)變壓器短路電抗變化來分析繞組狀況的技術(shù)逐漸得到重視。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)證明這種測(cè)量方法具有較高的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性；但是，由于它只是一個(gè)外在表征量，存在

15、對(duì)繞組的變形類型不敏感的缺點(diǎn)。4）變壓器鐵芯接地電流在線監(jiān)測(cè)電力變壓器正常運(yùn)行時(shí)，鐵芯必須一點(diǎn)可靠接地，否則鐵芯對(duì)地產(chǎn)生懸浮電壓或鐵芯多點(diǎn)接地產(chǎn)生發(fā)熱故障，嚴(yán)重威脅變壓器以及電網(wǎng)的安全。目前，國(guó)內(nèi)外都把鐵芯接地電流作為診斷大型變壓器鐵芯短路故障的特征量。鐵芯或夾件接地電流主要是容性電流，常利用穿心電流傳感器取樣測(cè)量。5）變壓器振動(dòng)頻譜在線監(jiān)測(cè)在線監(jiān)測(cè)變壓器油箱表面振動(dòng)可反映繞組、鐵芯、有載調(diào)壓開關(guān)、油泵等機(jī)械性缺陷。20世紀(jì)80年代中期起，美國(guó)、俄羅斯和加拿大等國(guó)開始在試驗(yàn)室中利用振動(dòng)信號(hào)對(duì)離線狀態(tài)變壓器的繞組和鐵芯狀況進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果表明，與正常運(yùn)行的變壓器相比，發(fā)生繞組或鐵芯故障的變壓器

16、的器身振動(dòng)信號(hào)有很大差異。變壓器振動(dòng)頻譜的在線監(jiān)測(cè)始于20世紀(jì)90年代中后期。在中國(guó)，振動(dòng)法監(jiān)測(cè)變壓器的起步較晚，現(xiàn)僅有西安交通大學(xué)、上海交通大學(xué)等少數(shù)科研機(jī)構(gòu)進(jìn)行了這方面的研究目前，國(guó)內(nèi)外在變壓器振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)研究主要有以下幾方面：（1）利用傳感器、數(shù)據(jù)采集卡以及計(jì)算機(jī)組建振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，并對(duì)監(jiān)測(cè)到的振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行研究和分析。（2）根據(jù)影響變壓器振動(dòng)的因素，將這些因素轉(zhuǎn)化為各個(gè)參數(shù)建立數(shù)學(xué)模型，根據(jù)數(shù)學(xué)模型來研究變壓器的振動(dòng)狀況。（3）由于在運(yùn)行變壓器的振動(dòng)會(huì)產(chǎn)生噪聲，因此，可以從噪聲方面來研究變壓器的振動(dòng)。2.2.2電容型設(shè)備在線監(jiān)測(cè)技術(shù)電容型設(shè)備主要包括電力電容器、電容式套管、高壓電流互感器、

17、高壓電壓互感器及電容式電壓互感器等。變電站中電容型設(shè)備數(shù)量約占設(shè)備總臺(tái)數(shù)的40%50%，其絕緣狀態(tài)是否良好直接關(guān)系到整個(gè)變電站能否安全運(yùn)行。在所有電氣設(shè)備中，電容型設(shè)備在線監(jiān)測(cè)是開展最早、最多的。目前，電容型設(shè)備在線監(jiān)測(cè)的主要項(xiàng)目有：泄漏電流、電容量及介質(zhì)損耗等。1）泄漏電流和電容量的測(cè)量電容性設(shè)備泄漏電流的測(cè)量信號(hào)是從末屏采集的，一般為毫安級(jí)，由于在現(xiàn)場(chǎng)易受強(qiáng)電場(chǎng)的干擾，因此要求傳感器具有較高的穩(wěn)定性和抗干擾性，材料一般使用線性度和穩(wěn)定性高的坡莫合金(permalloy)，結(jié)構(gòu)米用零磁通傳感器，并用鋼質(zhì)外殼屏蔽，傳輸線則釆用雙屏蔽或多屏蔽電纜來減少電磁干擾?，F(xiàn)在傾向于將采集信號(hào)就地進(jìn)行數(shù)字化

18、處理以消除干擾，電容量的測(cè)量可根據(jù)泄漏電流和采集的母線電壓換算而得。2）介質(zhì)損耗的測(cè)量介質(zhì)損耗的測(cè)量，對(duì)于發(fā)現(xiàn)設(shè)備絕緣整體受潮、劣化變質(zhì)等缺陷非常有效。介質(zhì)損耗的在線監(jiān)測(cè)項(xiàng)目開展很早，最初根據(jù)介損電橋原理選取合適的高壓標(biāo)準(zhǔn)電容Cx、R3等進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)帶電測(cè)試，但受電場(chǎng)干擾嚴(yán)重。后來運(yùn)用單片機(jī)，采用過零補(bǔ)償法進(jìn)行在線測(cè)量，這種方法受電網(wǎng)諧波和元件零漂影響使得測(cè)試數(shù)據(jù)極不穩(wěn)定。近年來，在介損測(cè)量的數(shù)據(jù)處理上取得突破，主要使用諧波分析法，其采用數(shù)字頻譜分析的方法求出電壓和電流信號(hào)的基波，進(jìn)而通過相位比較求出介質(zhì)損耗。2.2.3金屬氧化物避雷器在線監(jiān)測(cè)技術(shù)金屬氧化物避雷器電阻片受潮、老化以及經(jīng)受熱和沖擊破

19、壞會(huì)引起故障，嚴(yán)重可能會(huì)導(dǎo)致變電站母線短路，影響系統(tǒng)安全運(yùn)行。金屬氧化物避雷器在線監(jiān)測(cè)主要監(jiān)測(cè)阻性泄漏電流，常用方法有：總泄漏電流法、阻性電流三次諧波法、基波法和常規(guī)補(bǔ)償法等。目前應(yīng)用較多的測(cè)試方法是用補(bǔ)償法測(cè)量阻性泄漏電流。2.2.4斷路器和GIS設(shè)備在線監(jiān)測(cè)技術(shù)斷路器和GIS設(shè)備在電力系統(tǒng)中起著控制和保護(hù)的雙重任務(wù)，開關(guān)狀態(tài)的好壞直接影響著電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。對(duì)斷路器和GIS設(shè)備實(shí)施狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷，掌握其運(yùn)行特性及變化趨勢(shì)，對(duì)提高其運(yùn)行可靠性極為重要。由于斷路器的種類不同，在線監(jiān)測(cè)內(nèi)容也不同。目前，斷路器在線監(jiān)測(cè)的主要項(xiàng)目有：機(jī)械動(dòng)作特性、滅弧室電壽命和SF6氣體監(jiān)測(cè)等。1）機(jī)械動(dòng)作特

20、性監(jiān)測(cè)機(jī)械動(dòng)作特性的監(jiān)測(cè)主要包括:利用加速度傳感器，監(jiān)測(cè)斷路器在分合閘過程中操作機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)、觸頭的振動(dòng)信號(hào)波形；采用電流傳感器測(cè)量分合閘線圈的電流波形，識(shí)別機(jī)構(gòu)卡澀等早期故障；通過位移傳感器測(cè)量斷路器操作過程中的行程時(shí)間特性。2）滅弧室電壽命監(jiān)測(cè)滅弧室電壽命的監(jiān)測(cè)主要是通過監(jiān)測(cè)累計(jì)開斷電流，進(jìn)行滅弧室燒蝕情況的判斷。3）SF6斷路器和GIS設(shè)備SF6氣體監(jiān)測(cè)SF6氣體的監(jiān)測(cè)是利用壓力和密度傳感器來監(jiān)測(cè)開關(guān)設(shè)備的氣體泄漏量，用SF6濕度傳感器來監(jiān)測(cè)氣體濕度。4）GIS設(shè)備振動(dòng)及局部放電監(jiān)測(cè)GIS設(shè)備振動(dòng)監(jiān)測(cè)是利用加速度或超聲波傳感器監(jiān)測(cè)機(jī)械振動(dòng)；局部放電監(jiān)測(cè)是利用高頻電磁波傳感器或天線等監(jiān)測(cè)

21、電磁波，以發(fā)現(xiàn)GIS內(nèi)部的顆粒放電、電暈放電等。目前，技術(shù)相對(duì)比較成熟的GIS局部放電在線監(jiān)測(cè)裝置有英國(guó)DMS公司生產(chǎn)的PDMG-P便攜式超高頻局放檢測(cè)儀，其利用寬動(dòng)態(tài)電流耦合器感應(yīng)GIS設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生的超高頻局部放電信號(hào)的特征信息，然后利用局部放電智能分析系統(tǒng)PortSub進(jìn)行分析、識(shí)別放電的類型，確定產(chǎn)生這些放電信號(hào)的根源(絕緣缺陷)。其他國(guó)外產(chǎn)品有挪威AIA研制的基于超聲波原理的AIA-1GIS內(nèi)部故障在線診斷儀、德國(guó)艾迪克菜默克(LDIC)診斷公司研制的LDS-6局部放電測(cè)試儀等。國(guó)內(nèi)產(chǎn)品有華北電力大學(xué)研制的基于特高頻(UHF)法的GIS局部放電特高頻檢測(cè)系統(tǒng)，保定天威新域研制的基于電聲

22、綜合監(jiān)測(cè)的OLM0403移動(dòng)式局部放電在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等。2.2.5交聯(lián)聚乙烯電纜在線監(jiān)測(cè)技術(shù)目前，日本在交聯(lián)聚乙烯(XLPE)電纜在線監(jiān)測(cè)方面的研究和實(shí)踐，在世界上處于領(lǐng)先地位。中國(guó)在這方面的研究進(jìn)展比較緩慢，國(guó)內(nèi)早期使用的電纜在線監(jiān)測(cè)技術(shù)就是借鑒了日本的技術(shù)，目前國(guó)內(nèi)還有日本的產(chǎn)品在運(yùn)行。XLPE電纜在線監(jiān)測(cè)原理，主要有直流法、局部放電法、介損法、低頻成份法等目前，應(yīng)用最多的是通過疊加直流電壓法進(jìn)行監(jiān)測(cè)，但也存在2個(gè)缺點(diǎn)：一是雜散電流變化或端部表面漏電阻下降時(shí)，會(huì)使測(cè)量誤差變大；二是接地變壓器(Grounding Transformer，GT)長(zhǎng)期流過直流電流，會(huì)發(fā)生磁飽和產(chǎn)生零序電壓，引起繼

23、電保護(hù)誤動(dòng)。2.2.6輸電線路在線監(jiān)測(cè)技術(shù)目前，輸電線路在線監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)在線路運(yùn)行與周邊環(huán)境的適應(yīng)性上，主要有雷電定位系統(tǒng)、微氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、輸電線路覆冰在線監(jiān)測(cè)（監(jiān)測(cè)覆冰重量等）、微風(fēng)振動(dòng)監(jiān)測(cè)（監(jiān)測(cè)導(dǎo)線與線夾最后接觸點(diǎn)外一定距離處導(dǎo)線相對(duì)于線夾的彎曲振幅和頻率等）、導(dǎo)線舞動(dòng)監(jiān)測(cè)(監(jiān)測(cè)振動(dòng)半波數(shù)、擺動(dòng)頻率和擺動(dòng)幅度等）、風(fēng)偏在線監(jiān)測(cè)（監(jiān)測(cè)絕緣子串導(dǎo)地線出口處或轉(zhuǎn)角塔跳線最低點(diǎn)的風(fēng)偏角和仰角等)、導(dǎo)線溫度監(jiān)測(cè)、絕緣子污穢度監(jiān)測(cè)及桿塔傾斜監(jiān)測(cè)等。2.2.7帶電檢測(cè)技術(shù)目前，帶電檢測(cè)技術(shù)主要包括紅外線成像法、紫外線成像法和超聲波檢測(cè)法等。紅外線成像法主要用來檢測(cè)電氣設(shè)備由于介電損耗或電阻損耗等引起的局部

24、溫度升高，目前已得到廣泛應(yīng)用紅外檢測(cè)的技術(shù)局限性在于，由于紅外輻射在固體中的穿透能力極其微弱（對(duì)金屬導(dǎo)體的穿透厚度只有微米數(shù)量級(jí)，對(duì)于大多數(shù)非導(dǎo)電材料的穿透厚度也小于1mm）。因此，對(duì)于大型復(fù)雜電力設(shè)備內(nèi)部的某些故障，若其故障發(fā)熱功率太小，或故障部位距設(shè)備表面太遠(yuǎn)，由于熱量的橫向傳遞，會(huì)使得故障發(fā)熱不能在設(shè)備表面產(chǎn)生明顯的特征性響應(yīng)?；蛘哂捎谠O(shè)備內(nèi)部的熱交換過程特別復(fù)雜，致使內(nèi)部的故障發(fā)熱無法在設(shè)備表面形成特征性熱場(chǎng)分布。在這些情況下，紅外成像法就難以從設(shè)備外部檢測(cè)到內(nèi)部的運(yùn)行狀態(tài)。紫外線成像法主要用來檢測(cè)設(shè)備表面由于局部放電而形成的碳化通道和電蝕損，檢測(cè)導(dǎo)線外傷、高壓設(shè)備的污染程度及絕緣缺陷

25、檢測(cè)等紫外成像檢測(cè)的技術(shù)局限性在于，檢測(cè)光子數(shù)量受檢測(cè)距離、增益、氣壓、溫度、濕度等因素影響，目前尚無正式的紫外檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程可供參考。超聲波檢測(cè)法是利用超聲波在絕緣介質(zhì)交界面發(fā)生反射、折射的原理，檢測(cè)絕緣介質(zhì)內(nèi)部的裂紋缺陷。其優(yōu)點(diǎn)是穿透力強(qiáng)、設(shè)備輕便、檢測(cè)成本低、檢測(cè)效率高，對(duì)危害性較大的裂紋類缺陷特別敏感。其缺點(diǎn)在于，通常需要耦合介質(zhì)使聲能透入被檢物；需要有參考評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)；顯示的檢測(cè)結(jié)果不直觀，對(duì)操作人員的技術(shù)水平有較高要求?？v觀輸變電設(shè)備在線監(jiān)測(cè)及帶電檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，目前輸變電設(shè)備監(jiān)測(cè)狀態(tài)量以絕緣狀態(tài)量為重點(diǎn)，并逐步發(fā)展到機(jī)械量、化學(xué)量等有助于設(shè)備狀態(tài)全面監(jiān)測(cè)的狀態(tài)量。在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展

26、還呈現(xiàn)出一種綜合趨勢(shì)，即將設(shè)備的各種實(shí)時(shí)狀態(tài)量通過網(wǎng)絡(luò)集中起來，結(jié)合其他的非實(shí)時(shí)狀態(tài)量，對(duì)設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行綜合、全面分析，為設(shè)備的狀態(tài)評(píng)價(jià)提供依據(jù)。2.3在線監(jiān)測(cè)及帶電檢測(cè)技術(shù)在中國(guó)的應(yīng)用現(xiàn)狀2006年初，國(guó)家電網(wǎng)公司對(duì)各網(wǎng)省公司在線監(jiān)測(cè)裝置應(yīng)用情況進(jìn)行了調(diào)查統(tǒng)計(jì)。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明：華北、華東電網(wǎng)的在線監(jiān)測(cè)裝置最多，西北電網(wǎng)的在線監(jiān)測(cè)裝置相對(duì)較少。在變壓器本體、電容型設(shè)備、氧化物避雷器、開關(guān)類設(shè)備、GIS設(shè)備、綜合監(jiān)測(cè)6類在線監(jiān)測(cè)裝置中，金屬氧化物避雷器在線監(jiān)測(cè)裝置應(yīng)用最多；電容型設(shè)備和變壓器本體在線監(jiān)測(cè)裝置次之。這也說明金屬氧化物避雷器、電容型設(shè)備和變壓器本體的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)相對(duì)比較成熟。開關(guān)類設(shè)備

27、、GIS設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)裝置應(yīng)用較少，這是因?yàn)殚_關(guān)類設(shè)備，特別是斷路器的結(jié)構(gòu)區(qū)別較大，安裝在線監(jiān)測(cè)裝置的空間難度和技術(shù)難度都很大。GIS設(shè)備都是按照免維護(hù)的要求設(shè)計(jì)的，因此很少安裝在線監(jiān)測(cè)裝置。此外，絕緣子泄漏電流在線監(jiān)測(cè)、外絕緣污穢在線監(jiān)測(cè)等裝置，在中國(guó)電網(wǎng)系統(tǒng)也有應(yīng)用，但應(yīng)用數(shù)量較少。而紅外成像儀、紫外成像儀和超聲波檢測(cè)儀等帶電檢測(cè)設(shè)備，隨著技術(shù)的不斷成熟，在中國(guó)電網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用越來越普遍3 狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)存在的問題1）規(guī)范在線監(jiān)測(cè)裝置的技術(shù)要求目前，尚無電氣設(shè)備在線監(jiān)測(cè)技術(shù)相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，也沒有在線監(jiān)測(cè)裝置入網(wǎng)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。由于無統(tǒng)一設(shè)計(jì)規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，不同廠家生產(chǎn)的在線監(jiān)測(cè)裝置在通訊規(guī)約

28、、現(xiàn)場(chǎng)總線、報(bào)警閾值、數(shù)據(jù)庫(kù)和專家診斷軟件等方面差異較大，難以統(tǒng)一規(guī)范地進(jìn)行數(shù)據(jù)集中、遠(yuǎn)程傳輸和分析。帶電檢測(cè)方面，目前的紫外成像檢測(cè)儀在敏感度、可見光影像放大度等方面的性能已經(jīng)十分優(yōu)異，可以很好地為電暈定性定位，確定電暈有沒有在關(guān)鍵部分產(chǎn)生。但對(duì)于那些已經(jīng)確認(rèn)了的，發(fā)生在關(guān)鍵重要部件的電暈放電，是立即進(jìn)行設(shè)備維修還是可以等待，目前仍沒有一個(gè)很好的導(dǎo)則。2）在線監(jiān)測(cè)裝置運(yùn)行穩(wěn)定性有待提高雖然在線監(jiān)測(cè)裝置在電網(wǎng)內(nèi)應(yīng)用越來越多，但由于很多裝置在技術(shù)上并不十分成熟，其運(yùn)行穩(wěn)定性較差，功能也有待完善。實(shí)際應(yīng)用情況表明，一些早期的監(jiān)測(cè)裝置存在設(shè)計(jì)不合理、原理不準(zhǔn)確等問題，需要綜合考慮新工藝和新技術(shù)進(jìn)行改

29、進(jìn)和完善，提高其穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，確保傳感器等重要部件的自身質(zhì)量和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量中的可靠性，才能提高在線監(jiān)測(cè)的效果。2009年6月，云南電網(wǎng)公司對(duì)云南電網(wǎng)內(nèi)應(yīng)用的在線監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行了調(diào)查統(tǒng)計(jì)，結(jié)果表明，在調(diào)查的181套裝置中，運(yùn)行基本正常的為150套，運(yùn)行不正常、停運(yùn)的為31套，占總裝置數(shù)的17%。華北電網(wǎng)公司的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，集中型在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不能正常使用的比率高達(dá)60%，主要原因是裝置存在質(zhì)量問題如靈敏度不高、元件性能不穩(wěn)定、抗干擾性能較差、抗外界因素如溫度、濕度變化能力不足，存在可靠性問題如測(cè)量數(shù)據(jù)不穩(wěn)定、信息上傳時(shí)而斷續(xù)，起不到動(dòng)態(tài)跟蹤設(shè)備絕緣狀況的作用間。3）在線監(jiān)測(cè)裝置的維護(hù)管理有待加強(qiáng)很多在

30、線監(jiān)測(cè)裝置之所以運(yùn)行不正常甚至停運(yùn)，除了裝置自身性能方面的原因外，還有一個(gè)不可忽視的重要原因，就是在線監(jiān)測(cè)裝置在安裝后缺乏足夠的技術(shù)維護(hù)，進(jìn)而導(dǎo)致監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析相對(duì)滯后、信息上傳不通暢等問題。13參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)1 黃建華，全零三變電站高壓電氣設(shè)備狀態(tài)檢修的現(xiàn)狀及其發(fā)展J電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2001，25（16）：56-612 陳維榮，宋永華，孫錦鑫電力系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)的概念及現(xiàn)狀J電網(wǎng)技術(shù)，2000，24（11）：12-173 王少華，葉自強(qiáng)，梅冰笑輸變電設(shè)備在線監(jiān)測(cè)及帶電檢測(cè)技術(shù)在電網(wǎng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀J高壓電器，2011，47（4）：84-90.4 黃雅羅，黃樹紅發(fā)電設(shè)備狀態(tài)檢修M北京：中國(guó)電力出版

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