電力設備在線監(jiān)測的現(xiàn)狀與發(fā)展分析

電力設備在線監(jiān)測的現(xiàn)狀與發(fā)展分析

一.在線監(jiān)測的誕生測量、監(jiān)視、控制等多功能二次設備以及現(xiàn)場測試或?qū)崟r測量對電力設備運行可靠性起了重要作用?，F(xiàn)場測試或?qū)崟r測量的發(fā)展而誕生了在線監(jiān)測。主要電力設備耦合電容器、電容型套管、電容型電流互感器、電容型電壓互感器、避雷器、絕緣子、變壓器、GIS、電力電纜、發(fā)電機和高壓斷路器

在線檢測目前并不能完全取代常規(guī)預防性試驗：大多局限于測量工頻運行電壓下的絕緣參量；無法測量電力設備在高于運行電壓下的參量；迄今尚未形成統(tǒng)一的判斷標準。電力設備試驗和維修策略的發(fā)展歷程

事故維修（壞了再修，第二次世界大戰(zhàn)之前）（盲目、不科學）

定期維修（按固定時間周期維修，當前多數(shù)情況）（維修過量、維修不足）

狀態(tài)維修（以運行狀態(tài)決定維修周期，正在逐步開展）（以在線監(jiān)測為基礎，科學、可靠、經(jīng)濟、可預見）在線監(jiān)測的真實性電力設備在線監(jiān)測技術(shù)是一種利用運行電壓來對高壓設備絕緣狀況進行試驗的方法，它可以大大提高試驗的真實性與靈敏度，及時發(fā)現(xiàn)絕緣缺陷

在線監(jiān)測的實時性采用在線監(jiān)測的方法可以根據(jù)設備絕緣狀況的好壞來選擇不同的監(jiān)測周期，使試驗的有效程度明顯提高。在線監(jiān)測可以積累大量的數(shù)據(jù)。將被試設備的當前試驗數(shù)據(jù)（包括停電及帶電監(jiān)測）和以往的監(jiān)測數(shù)據(jù)相結(jié)合，用各種數(shù)值分析方法進行及時、全面地綜合分析判斷，就可以發(fā)現(xiàn)和捕捉早期缺陷、確保安全運行，從而減小由于預防性試驗間隔長所帶來的誤差。在線監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)成二.在線監(jiān)測目前存在的問題國家電網(wǎng)公司明確提出，要從2010年起開始全面推廣實施設備狀態(tài)檢修，全面提升設備智能化水平，推廣應用智能設備和技術(shù)，實現(xiàn)電網(wǎng)安全在線預警和設備智能化監(jiān)控。國家電網(wǎng)公司2013年提出，暫停在線監(jiān)測產(chǎn)品，直到2015年?，F(xiàn)在只能以技術(shù)項目改造和創(chuàng)新來繼續(xù)研究在線監(jiān)測與故障診斷技術(shù)。2.1在線監(jiān)測的重要性與困難度

離線的預防性試驗結(jié)果的分析，已經(jīng)積累了大量經(jīng)驗，據(jù)此可以制訂出相應的規(guī)程推廣施行

在線診斷，現(xiàn)在仍還處于研究、試運行、積累經(jīng)驗的階段。發(fā)展絕緣在線監(jiān)測和診斷技術(shù)，即需對絕緣結(jié)構(gòu)及其老化機理有深入的了解，也需應用傳感、微電子等高新技術(shù)。它是具有交叉學科性質(zhì)的一門新興技術(shù)，也是當前智能電網(wǎng)發(fā)展的需要。這幾種維修方法并不互相排斥，但在不同階段、不同要求的情況下，共存的形式有差別。維修的目的在于獲取各種信息，基于此得到設備狀況的結(jié)論；迄今為止，尚不能完全建立測量數(shù)據(jù)與設備狀況之間的直接關系：

Ub

f(R,tanδ,PD,DGA,…)?事故維修、定期維修、狀態(tài)維修三種策略2.2抗干擾問題例如變壓器、GIS的局部放電監(jiān)測的抗干擾問題，在線監(jiān)測信號很微弱，受通訊、諧波和電壓突變等因素以及高電壓設各區(qū)的電磁場干擾，測量信號的精度和數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性會受到影響，有一些測量信號甚至完全淹沒在干擾信號中。提高在線監(jiān)測系統(tǒng)的抗干擾能力，使測量數(shù)據(jù)靈敏、穩(wěn)定、可靠是對在線監(jiān)測技術(shù)和產(chǎn)品的一個基本要求。應該針對不同的變電站的強干擾信號采取不同的抗干擾措施主要是阻隔干擾傳播路徑，以及采用軟件進行數(shù)字濾波等2.3現(xiàn)場設備受運行條件影響和環(huán)境影響問題例如，電容性設備介損在線監(jiān)測系統(tǒng)，當電網(wǎng)運行方式改變時介質(zhì)損耗數(shù)據(jù)發(fā)生較大的突變，還有很多設備的介損值隨溫度變化呈現(xiàn)較大的波動。這些現(xiàn)象對正確地分析判斷設備的狀態(tài)產(chǎn)生了一定的影響。因此，現(xiàn)場測量設備的抗環(huán)境變化能力也是不容忽視的一個問題。2.4在線監(jiān)測裝置的維護問題有一些在線監(jiān)測裝置（比如色譜監(jiān)測）在運行前需要進行參數(shù)的設置或標定，在長時間運行后，內(nèi)部元件特性發(fā)生變化使得工作狀態(tài)改變，測量數(shù)據(jù)就會產(chǎn)生較大的偏差，需要定期地進行重新設置或標定，使得一些在線監(jiān)測裝置常規(guī)的維護工作量加大，也使得在線監(jiān)測數(shù)據(jù)的可信度降低。2.5在線監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析判斷及標準化問題設備的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)是在運行條件下取得的，由于設備運行條件、環(huán)境條件以及電磁干擾的影響，各種在線監(jiān)測數(shù)據(jù)與離線試驗數(shù)據(jù)之間通常都有一定的差別，在線監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化規(guī)律和波動范圍各有不同，在線監(jiān)測項目由于干擾問題測量靈敏度低于離線試驗。離線試驗所用的預防性試驗規(guī)程所定的試驗標準不應生搬硬套到在線監(jiān)測中。建議國網(wǎng)公司應該對電力設備在線監(jiān)測采用標準化規(guī)程。盡快使電力設備在線監(jiān)測系統(tǒng)形成統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范。三.油浸電力設備色譜在線監(jiān)測

的技術(shù)分析油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)原理色譜在線監(jiān)測關鍵技術(shù)1油氣分離快而全，縮短檢測周期2用一根柱高效分離H2、CO、CH4、C2H2、C2H4、C2H6六種氣體，而且使用方便、易于維護3

采用新型傳感器，以得到更好的靈敏度、精度、穩(wěn)定性4設計抗干擾能力強、自動化程度高的監(jiān)控系統(tǒng)5研究基于ANN的色譜故障診斷技術(shù)，使判斷正確率有所一定提高。1.油氣分離技術(shù)1能滲透H2、CO、CH4、C2H2、C2H4、C2H6六種氣體，而且滲透飽和時間短的透氣膜2振蕩脫氣法3超聲波脫氣法4.真空脫氣法幾種膜飽和時間比較油氣分離用PTFE膜耐壓強度正常使用幾年后后，膜表面已膨脹破裂。*振蕩脫氣就是在一個容器里，加入一定量的含有氣體油樣。在一定的溫度下，經(jīng)過充分振蕩，油中溶解的各種氣體必然會在氣－油兩相間建立動態(tài)平衡。分析氣相組分的含量，根據(jù)道爾頓－亨利定律就可計算出油中原來氣體的濃度。*超聲脫氣法是采用超聲波裝置，使氣液兩相迅速達到平衡。利用電聲換能器，對壓電晶體的逆壓電效應，通過施加交變電壓，使之發(fā)生交替的壓縮和拉伸而引起振動，使所加頻率在超聲的頻率范圍內(nèi)（即大于20Hz），超聲波在介質(zhì)中所引起的介質(zhì)微粒振動，即使振幅極小，也足可使介質(zhì)微粒間產(chǎn)生很大的相互作用力，使氣體分子從油中逸出。2.混合氣體分離技術(shù)1氣相色譜分析原理2柱結(jié)構(gòu)基本形式3色譜柱設計的關鍵：復合固定相HAYESEPD,PorapakT

兩種固定相比例分離度：3.傳感器技術(shù)1幾種傳感器比較1半導體傳感器適合多種可燃性氣體的監(jiān)測。

2熱線型半導體傳感器對H2、CO、CH4、C2H2、C2H4、C2H6六種氣體靈敏度、線性度和反應速度俱佳,優(yōu)于普通半導體傳感器。多組分氣體監(jiān)測系統(tǒng)外形4.在線色譜監(jiān)測存在的問題1.開始正常，運行幾個月后或一年后，數(shù)據(jù)差別很大。2.據(jù)悉，國網(wǎng)定標準時，國內(nèi)幾家大的色譜企業(yè)建議準確度不應小于30%.3.維護工作量較大，更換載氣，定標校核等（有些國產(chǎn)儀器無定標功能）。5.分析1.油氣分離不是全脫氣，或部分脫氣沒有計算準確。2.混合氣分離的色譜柱沒有定期標定、更換和老化處理。3.氣敏傳感器壽命不長，沒有定期標定和更換。6.建議1.國網(wǎng)成立在線色譜儀器定標中心，檢測國產(chǎn)儀器。2.國網(wǎng)應針對在線色譜另外制定超標注意值，如C2H2應丁為1ppm,在線色譜不可能監(jiān)測到《1ppm的值。3.準確度不應《10%。4.CO/CO2這一指標需檢測，國外已認為此值涉及固體絕緣的壽命。

四。變壓器的另外的監(jiān)測方法

1.光聲光譜法多組分監(jiān)測儀2.變壓器局部放電的在線監(jiān)測B電－超聲聯(lián)合法

圖7－19電－超聲法原理圖4個超聲通道,1個電測通道便攜式的設備50–300kHz64MB內(nèi)存路由特性可進行局放定位多用途，可用于變壓器，發(fā)電機，GIS等多種電力主設備AR700–聲測、電測結(jié)合的便攜式局放測量儀3.甚高頻法監(jiān)測變壓器的局放

30～300MHz采用內(nèi)置式超高頻傳感器放入變壓器的放油閥里，監(jiān)測信號通過光纖傳到監(jiān)測中心。抗干擾能力大大增強，較好的解決了外置式傳感器的弱點。4.超高頻法的基本原理是使用UHF天線（3～30GHz）1.5GHz以上的電磁波主要通過外殼輻射采用CBM和自動分析軟件，可以將新信息提供給若干通用組。GPS同步攜帶的控制電路信號波形的精確記錄。這將為維護人員提供斷路器運行狀態(tài)的詳細動作，可對一個或多個斷路器修復或執(zhí)行日常維護做出更可靠的決策。5.變壓器故障診斷中的氣體光纖型光聲光譜技術(shù)現(xiàn)有光學檢測技術(shù)還存在氣體池體積大的弊端，增加了樣氣的需求量，增加了油氣分離的難度并延長了氣體的平衡時間，導致氣體分析時間的延長。開發(fā)具有更小氣體池，分析時間更短的氣體分析技術(shù)顯然具有重要意義。優(yōu)點:1）光聲能量集中在共振音叉處，而不是在光聲池，具有更高的Q因子；2）對環(huán)境聲波噪聲免疫；3）需要更少的氣樣，幾個毫升的氣樣體積，大大縮短油氣分離的難度；變壓器故障診斷中的氣體檢測技術(shù)光聲光譜技術(shù)原理：采用頻率調(diào)制或幅度調(diào)制的激光在音叉的叉指間聚焦，氣體對激光的吸收產(chǎn)生頻率為f0的聲波，這種主動振動模式所產(chǎn)生的壓電信號可利用f0的鎖相檢測來測量,并通過激光器的波長掃描獲得光譜數(shù)據(jù)?？蓪⒁粋€由石英毛細管構(gòu)成的微型聲波諧振器置于被測氣體中。光纖甲烷/乙炔氣體傳感器LC：氣體濃度；A：光譜吸收度；L：光程；P：氣體壓力；S（T）：譜線吸收強度光纖傳感器無源探頭光纖氣體傳感技術(shù)光纖傳感器不帶電；不受潮濕影響；校正周期長：6個月靈敏度高（+/-0.05%）測量范圍大（0-10%;0-40%;0-100%）五。GIS在線檢測與診斷項目局部放電在線檢測1.外部電極法局部放電在線檢測2.接地線電磁耦合法局部放電在線檢測3.絕緣子中預埋電極法局部放電在線檢測4.超高頻檢測法4個超聲通道，1個電通道輸入便攜裝置50–300kHz可用于局放定位AR70012個局放通道0.5–10MHz帶寬48相位窗口32幅值窗口所有通道同時測量R2100–專家級局放分析儀便攜式GIS局放測試

采用相對較低的1-20MHz的測量頻段，在這個頻段內(nèi)可以取得更高的信號強度和較低的噪聲，某些廠家所采用的40MHz以上的高頻段測量方法雖然可以降低噪聲，但是相應的局放信號強度也降得很低，對于發(fā)生在主設備內(nèi)部離傳感器稍遠的地方的局放活動無法進行檢測，使靈敏度和監(jiān)測范圍都受到了很大的局限。 在1-20MHz頻率范圍內(nèi)進行的測量，可以取得最大限度的信噪比，并且由于相對低頻范圍內(nèi)的信號衰減要比高頻信號小得多，從而大大提高了靈敏度和監(jiān)測范圍。測量頻段實踐證明：由于靈敏度低和現(xiàn)場抗干擾能力差的原因，脈沖電流檢測法主要用于GIS制造廠家的實驗室局放試驗和現(xiàn)場的驗收試驗，不適用于GIS在線局放的監(jiān)測。由于超聲波在GIS中的傳播復雜，故在故障監(jiān)測上很難做到定量判斷，可作為一種輔助的測量方法。超聲波監(jiān)測法主要用于定位監(jiān)測。5.超高頻法采用超高頻（UltraHigh-Frequency，UHF）法檢測GIS中的局部放電是20世紀80年代初期由英國中央電力局（CentralElectricityGeneratingBoard，CEGB）提出，并應用于英國Torness420kVGIS的檢測。Torness電站的多年運行經(jīng)驗驗證了該方法的可行性，使超高頻法得到了行業(yè)的認可。在2000年修訂的IEC60270及IEC50517標準中，均將這一方法作為GIS局放檢測的主要方法之一。超高頻法的基本原理是使用UHF天線而不是脈沖電流法的耦合電容來檢測GIS局部放電產(chǎn)生的電磁波。超高頻最主要的優(yōu)點是抗干擾能力強、靈敏度高，并能夠通過放電源到不同傳感器的時間差對放電源進行定位。它對傳感器的設計、阻抗匹配、放大器的帶寬和噪聲要求很高，同時又要求有多通道寬帶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；所以，相比于脈沖電流法，它的技術(shù)難度較大。局部放電源故障類型識別與定位GIS中有可能出現(xiàn)的主要絕緣缺陷包括：固定缺陷、GIS腔體內(nèi)可以移動的自由金屬微粒、傳導部分的接觸不良、絕緣子制造時造成的內(nèi)部空隙、實驗閃絡引起的表面痕跡和因電極的表面粗糙或是來自制造時嵌入的金屬微粒等局部放電源故障類型識別與定位。局部放電模式識別的兩個關鍵環(huán)節(jié)是特征提取和模式分類與識別。局部放電信號的特征有很多，常用的特征主要有：譜圖特征、頻譜和波形特征，模式分類與識別方法主要有：人工神經(jīng)網(wǎng)絡方法、模糊專家系統(tǒng)、小波分析方法等及其上述各種方法相聯(lián)合的方法。監(jiān)測方法耦合電容法高頻法甚高頻法超高頻法超聲波法化學法光學法優(yōu)點簡單；靈敏度較高，可對放電量進行校準