高壓電氣設(shè)備絕緣在線監(jiān)測技術(shù)及應(yīng)用

1、摘要 本文著重論述了變電站設(shè)備在線監(jiān)測的發(fā)展，認為一個安全、可靠、實時的在線監(jiān)測系統(tǒng)會為變電站高壓電氣設(shè)備的狀態(tài)檢修提供全面、真實的設(shè)備狀態(tài)信息，同時也為高壓一次設(shè)備的安全運行提供有力的保證 。 關(guān)鍵詞：電力設(shè)備；絕緣；在線監(jiān)測ABSTRACT This paper focuses on the substation equipment on-line monitoring of development,think a safe,reliable,and real-time on-line monitoring system for substation high voltage electr

2、ical equipment state information,but also for high pressure a sale operation of the equipment to provide a powerful guarantee. Keywords: Electric power equipment; Insulation; Online monitoring 引言：高壓電氣設(shè)備的安全運行是電網(wǎng)安全運行的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)上，一般采用定期停電的方式對高壓電氣設(shè)備進行預(yù)防性試驗和檢修，但這種方式存在固有的局限性，不能全面、真實地反映設(shè)備存在的潛伏性故障。因此，隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，電

3、力系統(tǒng)也逐漸發(fā)展壯大，傳統(tǒng)的定期停電進行預(yù)防性試驗的做法已不能滿足電網(wǎng)高可靠性的要求。電力設(shè)備在線監(jiān)測應(yīng)運而生。所謂電力設(shè)備在線監(jiān)測就是利用傳感、電子、計算機 數(shù)等技術(shù) ，通過對運行中高壓設(shè)備的信號采集和傳輸、邏輯判斷，來實現(xiàn)對電力設(shè)備運行狀態(tài)的帶電測據(jù)處理、試或不間斷實時監(jiān)測和診斷。下面本文就針對高壓電氣設(shè)備絕緣在線監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用及其發(fā)展前景進行探討。一、傳統(tǒng)的預(yù)防性試驗存在的缺點（1） 試驗時需要停電，造成少送電和少發(fā)電。特殊情況下，由于設(shè)備不能停電造成漏試而形成安全隱患。（2）測試程序復(fù)雜 、工作量大、時間集中。而且易受人為因素影響。（3）試驗周期長，不能及時發(fā)現(xiàn) 、診斷出一些發(fā)展較快的缺

4、陷。（4）試驗電壓低，可能遠遠低于設(shè)備實際的工作電壓，而且由于試驗期間斷電，不能真實地反映設(shè)備在運行磁場、溫度和環(huán)境等影響，因而診斷的結(jié)狀態(tài)下的電場、果未必符合實際運行狀態(tài)。二、基本原理2.1 基本原理：高壓電氣設(shè)備絕緣在線監(jiān)測技術(shù)是在電氣設(shè)備處于運行狀態(tài)中，利用其工作電壓來監(jiān)測絕緣的各種特征參能真實的反映電氣設(shè)備絕緣的運行狀況。因此，對絕緣狀況作出比較準(zhǔn)確的判斷。高壓電氣設(shè)備絕緣在線監(jiān)測主要檢測參數(shù)是電氣設(shè)備的介損值，其測量原理大都使用硬件鑒相既過零比較的方法。目前的絕緣在線監(jiān)測產(chǎn)品基本都是用快速傅立葉變換（FFT 的方法來求介損。取運行設(shè)備 PT 的標(biāo)準(zhǔn)電）壓信號與設(shè)備泄露電流信號直接經(jīng)高

5、速 A/D 采樣轉(zhuǎn)換后送入計算機，通過軟件的方法對信號進行頻普分析，僅抽取 50Hz 的基本信號進行計算求出介損。這種方法能很好地消除各種高次諧波的干擾，測試數(shù)據(jù)穩(wěn)定，能很好地反映出設(shè)備的絕緣變化。對于設(shè)備物理量（如變壓器油溫、氣體含量等） 的在線監(jiān)測則是通過置放傳感器探頭的方法采集信號，并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送入計算機分析處理。采樣宜采用穿芯式傳感器，采樣技術(shù)是絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)的關(guān)鍵所在。采樣不準(zhǔn)確，其余的工作將失去意義。對套管、CVT等電容型設(shè)備的在線監(jiān)測，其電容C和介質(zhì)損耗是很好的特征參數(shù)。目前多采用基準(zhǔn)電壓與試品電流相比較的方法，即取的二次電壓做為基準(zhǔn)電壓，試品的電流則通過在其接地線上套以電

6、流傳感器獲得。實踐表明，其電容值具有較好的穩(wěn)定性，而介損則有較大的波動。引起“介損”測量誤差及波動的原因是多方面的，有來自電流傳感器及PT的角差影響、相間耦合及電磁干擾的影響等。為消除電流傳感器造成的誤差，可采用線性度、穩(wěn)定性都較好的超微晶磁性材料；其次采用有源傳感器，其原理是在二次側(cè)也可注人電流，以補償激磁電流紿傳感器造成的測量誤差。“軟采取既有硬件補償又通過軟件修正的方式進行。消除相間耦合及電磁干擾的影響硬相結(jié)合”可對傳感器進行屏蔽，需要強調(diào)，不論采用哪種采樣技術(shù)或何種形式的傳感器，一定要保證電氣設(shè)備的運行安全，“不侵入原則”杜絕末屏開路等安全隱患。2.2系統(tǒng)的一般功能高電壓設(shè)備絕緣在線監(jiān)

7、測系統(tǒng)既能對帶電設(shè)備的絕緣特性參數(shù)實時測量，又能對獲取數(shù)據(jù)進行分析處理。一般具有以下功能：（1）測量避雷器在運行中的容性電流和阻性電流變化情況，掌握其內(nèi)部絕緣受潮以及閥片老化情況。（2）測量 CVT、）耦合電容器、電流互感器、套管等容性設(shè)備的泄漏電流和介質(zhì)損耗，掌握其內(nèi)部受潮和絕緣老化及損壞缺陷。（3）測量充油設(shè)備絕緣油的內(nèi)部可燃性氣體變化情）放電等缺陷情況。三、監(jiān)測設(shè)備要點分析3.1 避雷器目前變電站使用的氧化鋅避雷器絕大部分不再有串聯(lián)間隙，MOA 運行期間總有一定的泄漏電流通過閥片，加速閥片老化。在電流測量反映整體嚴(yán)重受潮現(xiàn)象，早期老化時阻性電流增加較多，全電流變化則不明顯。當(dāng)閥片老化、避

8、雷器受潮、內(nèi)部絕緣部件受損以及表面嚴(yán)重污穢時，容性電流變化不多，而阻性電流卻大大增加。避雷器事故主要原因是阻性電流增大后，損耗增加，引起熱擊穿。所以測量交流泄漏電流及其有功分量是現(xiàn)場檢測避雷器的主要方法，預(yù)防性試驗規(guī)程也將氧化鋅避雷器）的測量列入預(yù)試項目。3.2CVT、耦合電容器、電流互感器、套管等容性設(shè)備耦合電容器、電流互感器、套管等容性設(shè)測量 CVT、備介質(zhì)損失角正切值是一項靈敏度很高的試驗項目，它可以發(fā)現(xiàn)電氣設(shè)備絕緣整體受潮、絕緣劣化以及局部缺，這是由陷。絕緣劣化一般具有以下一些基本特征：（1）絕緣介質(zhì)損耗值會增加）由此以及其他原因產(chǎn)生的熱量最終可能導(dǎo)致絕緣的熱擊穿。測量絕緣損失角，可以

9、檢測介質(zhì)損耗的變化。正切值（tg）（2）絕緣中可能伴隨有局部放電和樹枝狀電的發(fā)生）放電量很大的局放通常只是在有雷電或者操作過電壓存在以及絕緣損壞的過程中才出現(xiàn)，通過 tg 測量可以反映由此產(chǎn)生的介質(zhì)損耗。四、高壓電氣設(shè)備絕緣在線監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用 高壓電氣設(shè)備絕緣在線監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用滿足了現(xiàn)代化設(shè)備的使用和生產(chǎn)維修的需要，給電力系統(tǒng)運行安全帶來了極大的可靠性。實現(xiàn)高壓電氣設(shè)備的動態(tài)實時監(jiān)測，成為了現(xiàn)代電力系統(tǒng)設(shè)備監(jiān)測的重要手段。下面就舉例介紹高壓電氣設(shè)備在線監(jiān)測技術(shù)的具體應(yīng)用情況。4.1 變壓器的絕緣在線監(jiān)測 變壓器絕緣在線監(jiān)測主要監(jiān)測絕緣油中的分解氣體含量和局部放電情況，即利用聚合物薄，把特征氣體

10、H2、C2H2、CO、CH4、C2H4、C2H6等從油中分離出來，然后利用新型的催化酶氣體傳感器來檢測各氣體的含量，進而判斷變壓器是否存在過熱、放電等異常及故障。如果變壓器的絕緣狀況異常，則在線監(jiān)測會對氣體的產(chǎn)氣率進行跟蹤，從而確定變壓器內(nèi)部的故障元件。變壓器有機絕緣老化并擊穿的主要因素是局部放電，使用脈沖電流法和超聲波探測法可以進行局部放電的監(jiān)測，但其缺點在于無法精確定位局部放電電源，無法確定放電對絕緣的危害程度。4.2 發(fā)電機的絕緣在線監(jiān)測 發(fā)電機高發(fā)問題是電氣絕緣故障，所以絕緣是發(fā)電機的主要監(jiān)測對象。如今廣泛采取的方式是局部放電以監(jiān)測發(fā)電機絕緣狀況，通過端部放電、繞組斷股放電等方式檢測絕

11、緣過熱和污染。4.3 電容型高壓電氣設(shè)備的絕緣在線監(jiān)測 電容型高壓電氣設(shè)備主要包括電流互感器、電容式電壓互感器、耦合電容器、變壓器套管等。對電容型高壓電氣設(shè)備的監(jiān)測主要在于交流泄露電流、等值電容、介質(zhì)損耗角正切值tg等，監(jiān)測交流泄露電流旨在實時反映容型設(shè)備的整體受潮程度和局部缺陷反應(yīng)靈敏程度。4.4 氧化避雷器的絕緣在線監(jiān)測 氧化避雷器主要容易發(fā)生的故障是受潮及老化，因此主要監(jiān)測其能反映避雷器閥片受潮老化的主要因素，即閥片的泄露電流。避雷器發(fā)生故障時，阻性電流會增加，導(dǎo)致全電流增加。因此，在設(shè)備運行時實時監(jiān)測避雷器實時電流及全電流，并和歷史數(shù)據(jù)進行對比，從而準(zhǔn)確定位避雷器缺陷部位。目前，一種安

12、裝于避雷器接地引下線上的測量運行電壓下泄露電流、記錄避雷器動作次數(shù)的新型避雷器在線監(jiān)測儀器已廣泛投入運行，它既能夠帶電監(jiān)測，也能夠在線監(jiān)測避雷器運行狀態(tài)下阻性電流及其他參數(shù)。與傳統(tǒng)的監(jiān)測手法相比，該儀器有了更高的精確性和可操作性。4.5 GIS的絕緣在線監(jiān)測 GIS的絕緣在線監(jiān)測方法主要包括化學(xué)、機械和電等方法。化學(xué)方法通過分解產(chǎn)物的氣體分析、檢測局部放電和局部過熱；機械方法是采用一個高靈敏性的壓電加速傳感器和超聲波傳感器，來檢測在局部放電或絕緣故障時產(chǎn)生的機械振動和彈性波；電的方法即采用外電極、內(nèi)電極和磁耦合方法測量GIS護套電勢，以檢測局部放電。5、 高壓電氣設(shè)備絕緣在線監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用發(fā)展前

13、景隨著電力設(shè)備的大容量化、高電壓化、結(jié)構(gòu)多樣化及密封化發(fā)展，采用傳統(tǒng)的停電預(yù)防性試驗方式來預(yù)防高壓電氣設(shè)備事故或確定計劃檢修已顯得不太適應(yīng)當(dāng)前需要。傳統(tǒng)方式的特點是：（1）周期性；（2）短暫性；（3）試驗電壓低；（4）電網(wǎng)的供電可靠性相對較低。而基于高壓電氣設(shè)備在線監(jiān)測技術(shù)的設(shè)備狀態(tài)檢修方式，從各方面來講都具有明顯優(yōu)勢，其優(yōu)點是：（1）實時性；（2）真實性；(3)針對性；（4）提高了電網(wǎng)的供電可靠性。高壓電氣設(shè)備絕緣在線監(jiān)測是一個專業(yè)性很強的高新科學(xué)技術(shù)，從20世紀(jì)80年代起，數(shù)學(xué)化測量、數(shù)字化測量、測試儀器及一些多功能絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)已開始應(yīng)用于實踐，而隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)前高壓電氣設(shè)備

14、絕緣在線監(jiān)測技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用更是變得越來越廣泛，它既能對帶電設(shè)備的絕緣特性及參數(shù)進行實時測量，還能對獲取的數(shù)據(jù)進行分析、診斷和儲存。高壓電氣設(shè)備絕緣在線監(jiān)測主要有以下特點：（1）測量設(shè)備絕緣油的變化情況來掌握設(shè)備內(nèi)部是否有過熱放電及其他可能出現(xiàn)的故障狀況；（2）監(jiān)測頻率、電容、介損、泄露電流、絕緣電阻、母線電壓及三相不平衡信號等，獲取波形，據(jù)此分析設(shè)備內(nèi)部絕緣部分的缺陷及其他狀況；（3）監(jiān)測信號抗干擾能力較強，具有良好的自保護性；（4）系統(tǒng)數(shù)據(jù)能夠進行遠程傳輸，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。高壓電氣設(shè)備絕緣在線監(jiān)測技術(shù)優(yōu)點明顯，但目前也存在較不完善的地方。為此，還應(yīng)對在線監(jiān)測技術(shù)進行更深層次的研究：

15、（1）發(fā)展人工智能技術(shù)，實現(xiàn)絕緣診斷的自動化，從而大大提高監(jiān)測的安全性；（2）進一步提高監(jiān)測系統(tǒng)的靈敏度與可靠性，比如實現(xiàn)采樣裝置的高靈敏度和高穩(wěn)定性；（3）對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行智能化管理，從而進行更高效、更科學(xué)的分析，使有關(guān)設(shè)備人員能更準(zhǔn)確地進行決策?？偠灾?，高壓電氣設(shè)備絕緣在線監(jiān)測技術(shù)應(yīng)向著更準(zhǔn)確、更及時、更全面的方向發(fā)展，使得電氣設(shè)備的工作更為安全可靠，從而實現(xiàn)電力系統(tǒng)管理的綜合自動化。六、數(shù)據(jù)的分析、診斷 數(shù)據(jù)的分析、診斷應(yīng)以相互比較法和趨勢分析方法為主。在采用高精度的傳感器及先進的數(shù)字傳輸技術(shù)后，分析及診斷方法，才能最終形成優(yōu)還要有好的數(shù)字處理、絕緣監(jiān)測系統(tǒng)。把在線監(jiān)測得出的數(shù)據(jù)與預(yù)試值

16、相比較的方法是行不通的。因為前者是在實際工作狀態(tài)下得出的，而后者是在停電情況下得出的，兩者可能相差很大。較合理的做法是，首先對在線監(jiān)測的原始數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，過濾掉因某些隨機干擾而出現(xiàn)的“野點” 然后運用相互比較法及趨勢分析法進行診斷。（1 相互比較法）：雖然在線監(jiān)測的數(shù)據(jù)會受多種因素的影響，但運行環(huán)境條件相同的設(shè)備，這種影響是相同的。（2 趨勢分析法）：高壓電氣設(shè)備，除突發(fā)性的絕緣故障外，受潮、老化等常見原因造成的故障，通常呈現(xiàn)出緩慢而持續(xù)的增長變化模式，并且這種變化是單向不可逆的，這就有可能找出內(nèi)在的某些規(guī)律性的東西來。當(dāng)某設(shè)備的測量數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常變化（如異常增加時） 則提示故障的先兆，應(yīng)進行密切跟蹤，必要時采取處理措施。七、結(jié)語 高壓電氣設(shè)備的應(yīng)用過程中離不開系統(tǒng)的運行監(jiān)測，而絕緣在線監(jiān)測技術(shù)則提供了更為及時、準(zhǔn)