直流疊加式高壓電力系統(tǒng)絕緣水平在線監(jiān)控的研究

1、直流疊加式高壓電力系統(tǒng)絕緣水平在線監(jiān)控的研究    摘 要： 電力系統(tǒng)及電氣設(shè)備的故障大部分是由于絕緣的損壞而引起的。傳統(tǒng)的定期檢測(cè)方法，是在設(shè)備停運(yùn)后，按照相關(guān)的規(guī)程進(jìn)行定期的電氣設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)，但設(shè)備卻往往是在運(yùn)行過(guò)程中由于絕緣下降損壞而發(fā)生故障，而這些在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生的絕緣下降，定期檢驗(yàn)是無(wú)法發(fā)現(xiàn)的。采用直流疊加法研制出的GJK設(shè)備實(shí)現(xiàn)高壓電力系統(tǒng)絕緣狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)，可以隨時(shí)了解設(shè)備絕緣狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)預(yù)防預(yù)控目的，避免監(jiān)測(cè)信息誤報(bào)漏報(bào)現(xiàn)象，減少經(jīng)濟(jì)損失，大大提高供電可靠性。直流疊加式高壓電力系統(tǒng)絕緣水平在線監(jiān)控是指采用直流疊加法，將高壓直流疊加在帶電的交

2、流高電壓上，從而測(cè)量電力系統(tǒng)絕緣層的微弱的直流電流可換算成絕緣電阻。這樣就可以使電力系統(tǒng)的絕緣水平一直處于監(jiān)控中，只要監(jiān)視運(yùn)行中設(shè)備及電纜的絕緣變化，就能有效的控制安全運(yùn)行。 關(guān)鍵詞： 直流疊加； 絕緣； 在線監(jiān)測(cè)技術(shù)； GJK 中圖分類(lèi)號(hào)： TM77 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1009-8631（2013）03-0014-02 引言 電力系統(tǒng)及電氣設(shè)備的故障大部分是由于絕緣的損壞而引起的。傳統(tǒng)的定期檢測(cè)方法，是在設(shè)備停運(yùn)后，按照相關(guān)的規(guī)程進(jìn)行定期的電氣設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)，由此來(lái)判斷設(shè)備絕緣是否良好并決定是否可以投入運(yùn)行。但設(shè)備卻往往是在運(yùn)行過(guò)程中，因磨損、老化、受潮、機(jī)械損傷等原因造成絕緣下

3、降損壞而發(fā)生故障，而這些在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生的絕緣下降，定期檢驗(yàn)是無(wú)法發(fā)現(xiàn)的。 世界各地公認(rèn)衡量電氣設(shè)備絕緣的好與壞，至今為止唯一的只有用直流搖表（兆歐表）來(lái)判定，其他方法如測(cè)量其泄露電流等方法，都只能作為判斷電氣設(shè)備絕緣狀況的參考。 國(guó)外許多電力公司從上個(gè)世紀(jì)70年代就開(kāi)始研究并推廣應(yīng)用變電設(shè)備在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，主要目的就是減少停電預(yù)防性試驗(yàn)的時(shí)間和次數(shù)，提高供電可靠性。但當(dāng)時(shí)的設(shè)備簡(jiǎn)陋，測(cè)試手段簡(jiǎn)單，水平較低。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，在線監(jiān)測(cè)設(shè)備產(chǎn)品不斷更新完善，在線監(jiān)測(cè)技術(shù)水平不斷提高。 如何能實(shí)現(xiàn)運(yùn)行中能夠測(cè)量系統(tǒng)的絕緣電阻值，目前國(guó)際上采用局放和泄漏電流的方法。局放是根據(jù)絕緣局部放電產(chǎn)生的

4、高頻脈沖分量來(lái)進(jìn)行分析判斷絕緣損壞的程度，而且只能作為參考；泄漏電流值是由設(shè)備本身的絕緣電阻產(chǎn)生的阻性泄漏電流和分布電容產(chǎn)生的容性泄漏電流構(gòu)成的合成矢量的泄漏電流值，而分布電容隨著空氣中濕度的變化而變化，所以合成的泄漏電流值反映的絕緣值不能代表電氣設(shè)備及電纜線的真正絕緣情況。 直流疊加式高壓電力系統(tǒng)絕緣水平在線監(jiān)控是指采用直流疊加法，將高壓直流疊加在帶電的交流高電壓上，從而測(cè)量電力系統(tǒng)絕緣層的微弱的直流電流可換算成絕緣電阻。這樣就可以使電力系統(tǒng)的絕緣水平一直處于監(jiān)控中，只要監(jiān)視運(yùn)行中設(shè)備及電纜的絕緣變化，就能有效的控制安全運(yùn)行。當(dāng)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)絕緣下降趨勢(shì)，但未形成事故前，根據(jù)線監(jiān)控設(shè)備的顯示變化進(jìn)

5、行有計(jì)劃有步驟的處理，就可以避免事故的發(fā)生。因此直流疊加式絕緣在線監(jiān)控技術(shù)的使用可以杜絕系統(tǒng)發(fā)生大的絕緣損壞事故，具有重大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。 采用國(guó)際公認(rèn)的直流疊加法研制出可以在不帶電或帶高壓電（35KV交流）的電氣設(shè)備連續(xù)測(cè)量的高壓電子直流兆歐表簡(jiǎn)稱為GJK，本文對(duì)其特點(diǎn)、原理、應(yīng)用進(jìn)行闡述和分析。 1 原理 直流疊加式高壓電力系統(tǒng)絕緣水平在線監(jiān)測(cè)裝置，采用國(guó)際公認(rèn)的直流疊加法為35kV及以下電壓等級(jí)的高壓電氣設(shè)備提供在線絕緣監(jiān)測(cè)。直流疊加法是指在交流高壓母線和中性點(diǎn)之間疊加上一個(gè)直流 1500V2500V的電壓，并通過(guò)測(cè)量交流高壓母線和中性點(diǎn)之間的直流電流來(lái)計(jì)算絕緣電阻，實(shí)現(xiàn)絕緣電阻的在線

6、監(jiān)測(cè)。根據(jù)直流疊加法研制出的高壓電子直流兆歐表簡(jiǎn)稱為GJK，下文中用GJK代替此裝置全稱。具體過(guò)程如下。 GJK首先產(chǎn)生15002500V高壓直流通過(guò)高壓電阻疊加到高壓母線或高壓電氣設(shè)備上。由于是采用按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的具有安全結(jié)構(gòu)的高壓電阻，所以不會(huì)形成短路。 而且高精度的絕緣電阻測(cè)量，精度可以達(dá)到0.01M。 再通過(guò)絕緣告警定值的設(shè)定，實(shí)現(xiàn)絕緣告警功能。當(dāng)被測(cè)絕緣電阻小于設(shè)定定值時(shí)，裝置面板告警燈將點(diǎn)亮，同時(shí)輸出一對(duì)告警接點(diǎn)。 將測(cè)量值以數(shù)字的形式在裝置的顯示面板上顯示。提供一路模擬量輸出輸出，以便DCS等系統(tǒng)采集。提供標(biāo)準(zhǔn)的RS232或RS485接口，直接與監(jiān)控系統(tǒng)通訊。 GJK型高壓電力

7、系統(tǒng)絕緣水平在線監(jiān)測(cè)裝置有兩個(gè)類(lèi)型，GJK-I型對(duì)高壓母線及母線上所有的電氣設(shè)備進(jìn)行連續(xù)絕緣在線監(jiān)測(cè)。GJK-II型對(duì)高壓母線上的支路及單臺(tái)電氣設(shè)備進(jìn)行連續(xù)絕緣在線監(jiān)測(cè)。原理接線圖分別如圖1和圖2所示。 2 特點(diǎn) 采用直流疊加法研制出的GJK設(shè)備實(shí)現(xiàn)高壓電力系統(tǒng)絕緣狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)后，可以隨時(shí)了解設(shè)備絕緣狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)預(yù)防預(yù)控目的，避免監(jiān)測(cè)信息誤報(bào)漏報(bào)現(xiàn)象，減少經(jīng)濟(jì)損失，大大提高供電可靠性。高壓電氣設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)真正意義上的在線絕緣監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)了解設(shè)備絕緣狀態(tài)，能夠及早發(fā)現(xiàn)設(shè)備絕緣缺陷，防止設(shè)備損壞。該技術(shù)應(yīng)用在系統(tǒng)中不影響正常的發(fā)供電，且在線帶電測(cè)出的絕緣阻值與停機(jī)狀態(tài)絕緣測(cè)量值完全一致；可以提供準(zhǔn)確的

8、絕緣狀態(tài)數(shù)據(jù)。對(duì)運(yùn)行中的電氣設(shè)備絕緣進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，監(jiān)視運(yùn)行設(shè)備的絕緣變化，發(fā)現(xiàn)在運(yùn)行過(guò)程中，因磨損、老化、受潮、機(jī)械損傷等原因造成絕緣下降。 對(duì)備用的電氣設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)絕緣問(wèn)題及時(shí)處理，使備用設(shè)備始終保持一個(gè)良好的絕緣狀態(tài)。 GJK型高壓電力系統(tǒng)絕緣水平在線監(jiān)測(cè)裝置能在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)電氣設(shè)備絕緣電阻降低并發(fā)出告警，在未發(fā)展成接地短路故障時(shí)給予及時(shí)處理，從而有效的防止事故的發(fā)生，提高供電可靠性。 GJK型高壓電力系統(tǒng)絕緣水平在線監(jiān)測(cè)裝置能實(shí)時(shí)采集和記錄電氣設(shè)備的絕緣數(shù)據(jù)，為狀態(tài)檢修提供數(shù)據(jù)依據(jù)，將目前的電氣設(shè)備定期檢修轉(zhuǎn)變?yōu)闋顟B(tài)檢修。 高壓電氣設(shè)備絕緣監(jiān)測(cè)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，為設(shè)備的定期檢修變成狀

9、態(tài)檢修創(chuàng)造了必要條件。減少員工在絕緣檢測(cè)時(shí)的工作量，同時(shí)提高工作效率，防止因測(cè)量絕緣不當(dāng)導(dǎo)致誤操作形成的經(jīng)濟(jì)損失。通過(guò)監(jiān)控儀不間斷在線監(jiān)測(cè)設(shè)備的絕緣，隨時(shí)可以觀測(cè)到設(shè)備的絕緣狀況以及變化過(guò)程。在預(yù)知的情況下實(shí)現(xiàn)預(yù)控，從而有效防止事故的發(fā)生和擴(kuò)大，減少經(jīng)濟(jì)損失，大大提高安全生產(chǎn)水平。該技術(shù)反映了絕緣檢測(cè)的發(fā)展方向，是實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。該技術(shù)推廣應(yīng)用后，可以產(chǎn)生顯著的安全效益，帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益。 3 應(yīng)用實(shí)例 濟(jì)三電力有限公司2005年建成投產(chǎn)，配電設(shè)施較先進(jìn)，系統(tǒng)采用DCS監(jiān)控，為絕緣自動(dòng)化監(jiān)測(cè)提供硬件平臺(tái)，便于數(shù)據(jù)發(fā)布和分析，具備絕緣監(jiān)測(cè)裝置安裝條件。 濟(jì)三電廠安裝在線絕緣監(jiān)

10、控儀情況為2號(hào)機(jī)高壓變頻室配電室室內(nèi)安裝。GJK-監(jiān)控儀分別安裝2號(hào)機(jī)A一次風(fēng)機(jī)高壓變頻器切換柜（1）和2號(hào)機(jī)B一次風(fēng)機(jī)高壓變頻器切換柜（1）柜的面板上；磁環(huán)安裝在電機(jī)三相電纜的入口段；三個(gè)采樣電阻接到變頻器總輸出口閘刀上。 GJK-監(jiān)控儀的具體安裝過(guò)程為： 1.開(kāi)孔：高壓變頻器高壓隔離柜上部左門(mén)開(kāi)150×73的長(zhǎng)方孔，安裝GJK儀表。 2.放置儀表：將儀表放入柜門(mén)已開(kāi)孔內(nèi)，并用儀表安裝固定在柜門(mén)上，檢查是否影響開(kāi)、關(guān)柜門(mén)及儀表是否碰到柜內(nèi)其他東西。 3.安裝磁環(huán)：拆下柜內(nèi)電機(jī)三相電纜頭，套入130mm的磁環(huán)，將其固定，并將三相電纜頭按原方位恢復(fù)固定，同時(shí)引出兩根5m導(dǎo)線（1.5mm

11、2二芯線一根）與電阻高壓線（1cm2直流高壓耐壓20000V）綁好，套上護(hù)套，穿過(guò)柜內(nèi)，引到柜門(mén)GJK監(jiān)控儀的接線位置。 4.安裝電阻支架：在QS2隔離開(kāi)關(guān)下口處選擇適當(dāng)位置，安裝電阻支架。 5.安裝電阻：根據(jù)要求將三個(gè)45M高壓交流耐壓10000V的電阻（已成組件）分別固定在三個(gè)電阻支架上。 6.安裝220V電源開(kāi)關(guān)排：在柜內(nèi)合適位置，安裝固定，再將220V單相電源開(kāi)關(guān)推入固定條內(nèi)，兩邊固定。 7.安裝單極開(kāi)關(guān)：安裝一單極空氣開(kāi)關(guān)，串接入裝置1500V直流回路，控制絕緣電阻的測(cè)量。 8.連線：根據(jù)產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)和儀表上接線標(biāo)示，連接220V交流電源、磁環(huán)引出線、高壓電阻引線、DCS線（4-20m

12、A）、開(kāi)關(guān)量、真空斷路器輔助觸點(diǎn)（連接線都為1.5mm2多芯導(dǎo)線）。 按照以上步驟安裝完成后，用自制電阻板測(cè)試電阻顯示，GJK型產(chǎn)品電阻值15M顯示為“0”；切換到不同阻值對(duì)照儀表的顯示，與DCS對(duì)照誤差。 GJK安裝線路如圖3所示。 圖3中E表示接地，R表示接高壓電阻45M/10W（20W），ALARM表示無(wú)源開(kāi)關(guān)量常開(kāi)觸點(diǎn)輸出，C、D接鐵心次級(jí)兩端。端子“1”“8”接真空斷路器常閉輔助觸點(diǎn)，端子“6”“7”表示漏電流模擬量輸出4至20mA，端子“11”“12”表示絕緣電阻模擬量4至20mA，端子“13”“14”接電源AC220V。 該GJK設(shè)備投運(yùn)至今，實(shí)際運(yùn)行良好，具有較好的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確

13、度。在線測(cè)量數(shù)據(jù)與以往預(yù)防性試驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)相近，達(dá)到了實(shí)際運(yùn)行要求，確保了機(jī)組設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行，有效地保障了供電安全。 總結(jié) 直流疊加式高壓電力系統(tǒng)絕緣水平在線監(jiān)控技術(shù)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)和檢測(cè)出設(shè)備內(nèi)部絕緣狀態(tài)的變化，對(duì)設(shè)備絕緣故障及時(shí)處理，保證電網(wǎng)的安全運(yùn)行。高壓電氣設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)真正意義上的在線絕緣監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)了解設(shè)備絕緣狀態(tài)，能夠及早發(fā)現(xiàn)設(shè)備絕緣缺陷，防止設(shè)備損壞。該技術(shù)應(yīng)用在系統(tǒng)中不影響正常的發(fā)供電，且在線帶電測(cè)出的絕緣阻值與停機(jī)狀態(tài)絕緣測(cè)量值完全一致；可以提供準(zhǔn)確的絕緣狀態(tài)數(shù)據(jù)。 直流疊加式絕緣在線監(jiān)控技術(shù)的使用可以杜絕系統(tǒng)發(fā)生大的絕緣損壞事故，具有重大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。應(yīng)當(dāng)大力推廣使用絕緣在

14、線監(jiān)測(cè)技術(shù)，積累運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，積極提倡推行電氣設(shè)備狀態(tài)檢修，保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。 參考文獻(xiàn)： 1 年鴻昌.GJK型高壓在線絕緣監(jiān)控儀在發(fā)電廠的應(yīng)用J.電氣時(shí)代，2012（7）：7677. 2 鞏固，殷曉杰等.淺談高壓電氣設(shè)備絕緣在線監(jiān)測(cè)技術(shù)J.煤礦現(xiàn)代化，2012（4）：7072. 3 李衛(wèi)國(guó)，屠志健.電氣設(shè)備絕緣試驗(yàn)與檢測(cè)M.中國(guó)電力出版社，2006. 4 嚴(yán)璋.電氣絕緣在線監(jiān)測(cè)技術(shù)M.北京：中國(guó)電力出版社，2002. 5 周燕莉.淺析電氣絕緣在線監(jiān)測(cè)技術(shù)J.甘肅電力技術(shù)，2007，7：19-21. 6 朱德恒，嚴(yán)璋.高電壓絕緣M.北京：清華大學(xué)出版社，1992. 7 成永紅.電力設(shè)備絕緣檢測(cè)與診斷M.北京：中國(guó)電力出版社，2001. 8 羅光偉，向守并，陳曉.高壓電氣設(shè)備絕緣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究J.黑龍江電力，2004，26（1）：27-31. 9 劉民，慕世友.淺談電