高壓電氣設(shè)備絕緣監(jiān)測的研究

高壓電氣設(shè)備絕緣監(jiān)測的研究

1設(shè)備穩(wěn)定性試驗電力設(shè)備在電網(wǎng)中起著重要作用。絕緣點的缺點是錯誤的，并且會發(fā)生錯誤操作，從而影響設(shè)備和電網(wǎng)的安全運行。因此,在設(shè)備投運后,傳統(tǒng)的做法是定期停電進(jìn)行預(yù)防性試驗和檢修,以便及時檢測出設(shè)備內(nèi)部的絕緣缺陷,以防止發(fā)生絕緣事故。但是,隨著電網(wǎng)容量的增大,高壓電氣設(shè)備的急劇增加,傳統(tǒng)的預(yù)防性試驗和事后維修已不能滿足電網(wǎng)高可靠性的要求。同時,由于高壓電氣設(shè)備的絕緣劣化是一個累積和發(fā)展的過程,在很多情況下預(yù)防性試驗已無法發(fā)現(xiàn)潛在的缺陷。因此,實現(xiàn)高壓電氣設(shè)備絕緣在線、實時、動態(tài)監(jiān)測,則有可能實現(xiàn)由局部推測整體,由現(xiàn)象判斷本質(zhì),以及由當(dāng)前預(yù)測未來,不必將設(shè)備逐一拆開,分別檢驗,從而滿足現(xiàn)代化設(shè)備使用維修和生產(chǎn)的需要。2在線監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用和發(fā)展上世紀(jì)七十年代以來,隨著電子技術(shù)、傳感器技術(shù)以及計算機(jī)信息處理等技術(shù)的發(fā)展,絕緣在線監(jiān)測在國內(nèi)外得到了迅猛發(fā)展。它能對被監(jiān)測設(shè)備的絕緣參數(shù)隨時進(jìn)行測量,大大縮短了運行設(shè)備的檢測時間及檢測周期,為電力系統(tǒng)的安全運行提供了可靠的保證。高壓電氣設(shè)備絕緣在線監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展大體經(jīng)歷了兩個階段。2.1模擬量和測量參數(shù)的數(shù)字化測量這一階段起始于上世紀(jì)七十年代。當(dāng)時僅僅是為了不停電而對電氣設(shè)備的某些絕緣參數(shù)(如泄露電流)進(jìn)行直接測量。各種專用的帶電測試儀器出現(xiàn),使監(jiān)測技術(shù)從傳統(tǒng)的模擬量測試走向數(shù)字化測量,擺脫將儀器直接接入測試回路的傳統(tǒng)測量模式,取而代之的是使用傳感器將被測量的參數(shù)直接轉(zhuǎn)換成電氣信號。但設(shè)備簡單,測試項目少,靈敏度較差。2.2基于數(shù)字意識的邊緣監(jiān)測系統(tǒng)的現(xiàn)狀從90年代開始,隨著計算機(jī)技術(shù)的推廣使用,出現(xiàn)以計算機(jī)處理技術(shù)為核心的微機(jī)多功能絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)。所采用的主要技術(shù)有:油中溶解氣體分析、超聲波探測、局部放電監(jiān)測、紅外測溫、介質(zhì)損耗值和泄露電流等,實現(xiàn)了更多的絕緣參數(shù)在線監(jiān)測。近幾年來,隨著數(shù)字信息技術(shù)和智能技術(shù)的發(fā)展,模糊理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)和小波分析等方法應(yīng)用到監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理方面,通過分析判斷能夠?qū)崿F(xiàn)對設(shè)備絕緣缺陷的監(jiān)測診斷,并提出處理建議。這種在線監(jiān)測信息量大、處理速度快,可以對監(jiān)測參數(shù)實時顯示、儲存、打印、遠(yuǎn)傳和越線報警,實現(xiàn)了絕緣在線監(jiān)測的自動化。3高壓設(shè)備在線過載監(jiān)控系統(tǒng)3.1高壓設(shè)備內(nèi)緣在線監(jiān)測基于高壓電氣設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)智能診斷的信息需要,高壓電氣設(shè)備絕緣需進(jìn)行綜合監(jiān)測。綜合監(jiān)測方法通常有離線的絕緣參數(shù)測量與試驗和在線監(jiān)測。離線試驗及檢測項目在檢修規(guī)程中已有詳細(xì)的規(guī)定,廣泛應(yīng)用的檢測方法有直觀檢查法、測量絕緣電阻法、測量泄露電流法、高壓試驗法、測量損失角法和局部放電法等。高壓電氣設(shè)備絕緣在線監(jiān)測是指在電氣設(shè)備處于運行狀態(tài)中,利用其正常信號和異常信號,包括電壓、電流、局部放電量、介質(zhì)損耗值、泄露電流以及設(shè)備電容值等多種信號來監(jiān)測設(shè)備絕緣狀況?；诂F(xiàn)代智能技術(shù)的處理,監(jiān)測信號的特征參數(shù)能夠真實的反映電氣設(shè)備絕緣的運行工況,從而對絕緣狀況作出及時準(zhǔn)確的判斷。目前,高壓電氣設(shè)備絕緣在線監(jiān)測通常采用的有:絕緣油在線色譜分析、交流泄露電流、介質(zhì)損耗角正切、局部放電量及放電位置、設(shè)備電容值和絕緣子動態(tài)污穢等在線監(jiān)測。3.2數(shù)字a/d測量系統(tǒng)的在線綜合監(jiān)測目前,局部放電量是反映絕緣狀態(tài)最靈敏的特征量,可以在故障早期發(fā)現(xiàn)潛伏性故障,為設(shè)備的維護(hù)提供最有力的依據(jù)。局部放電信號是非常微弱的脈沖信號,目前主要采用超寬頻電流傳感器進(jìn)行采集,但信號中含有大量的噪聲干擾,普通濾波器難以消除。文利用局部放電信號中的白噪聲和周期性窄帶干擾在小波變換后的不同特性,以及局放信號與周期脈沖具有不同的相關(guān)性,提出局放信號的分層式綜合處理模型。該模型達(dá)到了提高抗干擾能力和準(zhǔn)確提取局部放電信號的目的,有效提取絕緣特征參數(shù),能夠準(zhǔn)確預(yù)測絕緣老化和進(jìn)行故障識別。介質(zhì)損耗的測量是一項靈敏度很高的監(jiān)測項目。其測量原理大都使用硬件鑒相既過零比較的方法進(jìn)行在線測量。目前的絕緣在線監(jiān)測基本都是用快速傅立葉變換(FFT)的方法來求介損。它是取運行設(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)高速A/D采樣轉(zhuǎn)換后送入計算機(jī),通過軟件的方法對信號進(jìn)行頻普分析,僅抽取50HZ的基本信號進(jìn)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。電容性設(shè)備泄漏電流的測量信號是從末屏采集的,一般為毫安級。由于在現(xiàn)場易受強(qiáng)電場的干擾,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)定性高的披莫合金,結(jié)構(gòu)采用零磁通傳感器,并用鋼質(zhì)外殼屏蔽?，F(xiàn)在在線監(jiān)測將采集信號就地進(jìn)行數(shù)字化處理以消除干擾。電容量的測量是根據(jù)泄漏電流和采集的母線電壓換算得到的。國內(nèi)泄漏電流和電容量在線監(jiān)測裝置數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、穩(wěn)定,可以滿足現(xiàn)場需要。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(jī)進(jìn)行分析處理。3.3網(wǎng)絡(luò)絕緣質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)的功能高電壓設(shè)備絕緣在線監(jiān)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(jìn)行分析處理。一般具有以下功能(1)查詢設(shè)備高壓電氣設(shè)備絕緣監(jiān)測系統(tǒng)采用瀏覽器方式實現(xiàn)。用戶可在任何一臺聯(lián)網(wǎng)機(jī)上查詢設(shè)備相關(guān)數(shù)據(jù)和設(shè)備工作狀態(tài),可要求主機(jī)對設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、計算和判斷,并將結(jié)論返回給用戶。在基于信息融合及嵌入intenet技術(shù),在線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)過程如下。(2)提供在線和在線檢測參數(shù)信息的設(shè)備和線程信息它包括變壓器、互感器、絕緣子、高壓開關(guān)柜和避雷器等設(shè)備的狀態(tài)信息。(3)智能診斷將專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等人工智能理論應(yīng)用于設(shè)備的運行狀態(tài)、故障的判斷、診斷及狀態(tài)檢修建議的提出。(4)設(shè)備運行狀態(tài)可以根據(jù)設(shè)備的歷史數(shù)據(jù)及工作狀況,預(yù)測設(shè)備未來的運行狀態(tài)。并由此調(diào)整設(shè)備的工作條件,保證其正常運行。當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障或災(zāi)害時,能幫助其分析發(fā)生的原因等。4主要被測設(shè)備高壓電氣絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)主要選擇了氧化鋅避雷器、套管、鐵芯、電容式電壓互感器、電流互感器、變壓器、高壓開關(guān)和GIS等主要被測設(shè)備,其中避雷器主要測量泄漏全電流及其容性和阻性分量;變壓器套管、電容式電壓互感器、電流互感器測量其泄漏電流和介質(zhì)損耗相對變化量,鐵心檢測泄漏電流,同時監(jiān)測和記錄現(xiàn)場溫度、濕度及瓷裙表面污穢電流等環(huán)境參數(shù)。4.1泄漏電流moa測量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;而受潮和老化是MOA閥片劣化的主要原因。正常情況下泄露電流中容性電流占主要成分,阻性電流約為10%-20%左右。阻性分量主要包括:瓷套內(nèi)、外表面的沿面泄漏,閥片沿面泄漏及其本身的非線性電阻分量和絕緣支撐件的泄漏等。當(dāng)避雷器出現(xiàn)故障時,阻性電流逐步增大,而成為全電流中的主要成分,全電流也會增大。避雷器絕緣事故主要原因是阻性電流增大后,損耗增加,引起熱擊穿。因此,只要對運行中避雷器的全電流或阻性電流進(jìn)行監(jiān)測,并將所得數(shù)據(jù)與出廠及歷史數(shù)據(jù)相比較,即可發(fā)現(xiàn)避雷器的絕緣缺陷。檢測MOA泄漏全電流和阻性電流能有效地反應(yīng)MOA的絕緣狀況。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(MOA)“運行中泄漏電流”的測量列入預(yù)試項目。定期對MOA的阻性電流進(jìn)行測試或監(jiān)測,那么會更靈敏地發(fā)現(xiàn)MOA的早期故障隱患,更能提前防范,確保氧化鋅避雷器的安全可靠運行。4.2誤差測量方法的確定現(xiàn)在,測量CVT、耦合電容器、電流互感器、套管等容性設(shè)備的在線監(jiān)測技術(shù)已日漸成熟,也取得了很多的應(yīng)用效果。主要測試項目有:介質(zhì)損耗、泄露電流、電容量、三相不平衡電流等。對于高壓容性設(shè)備來說,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陷。絕緣受潮缺陷占用電容型設(shè)備缺陷的85.4%,這是由于電容型結(jié)構(gòu)是通過電容分布強(qiáng)制均壓的,其絕緣利用系數(shù)較高,一旦絕緣受潮往往會引起絕緣介質(zhì)損耗增加,導(dǎo)致?lián)舸?。對于具有電容式絕緣的設(shè)備,通過其介電特性的檢測可以發(fā)現(xiàn)尚處于比較早期發(fā)展階段的缺陷。研究表明,在缺陷發(fā)展的起始階段,測量電流增加率和測量介質(zhì)損耗正切值變化所得的結(jié)果一致,都具有很高的靈敏度;在缺陷發(fā)展的后期階段,測量電流增加現(xiàn)象和電容變化的情況一致,更容易發(fā)現(xiàn)缺陷的發(fā)展情況。4.3放電定位信息變壓器的絕緣狀態(tài)通常用以下幾個電氣特征量來表示:油中溶解氣體、局部放電量及放電位置、介質(zhì)損耗值、泄露電流和設(shè)備電容值等。在線氫氣濃度和在線局部放電量可分別用來評估變壓器的即時絕緣狀態(tài),在線局部放電定位信息為放電點的三維坐標(biāo),對故障元件的確定起著十分重要的作用。變壓器油中氣體濃度需要檢測濃度的氣體包括H2、CH4、C2H4、C2H2、C2H6、CO、CO2等七種氣體。根據(jù)這些氣體濃度,可評估變壓器的絕緣狀態(tài)。當(dāng)狀態(tài)處于“有問題”階段,就應(yīng)跟蹤氣體的產(chǎn)氣率,以此確定變壓器內(nèi)部出現(xiàn)故障。若變壓器出現(xiàn)故障,還可用這些氣體濃度來判斷故障性質(zhì)。為了更準(zhǔn)確地判斷故障類型及故障元件,應(yīng)將氣相色譜法與電氣試驗結(jié)合起來,共同診斷所產(chǎn)生的故障。4.4開關(guān)柜內(nèi)并發(fā)癥的在線監(jiān)測高壓開關(guān)設(shè)備內(nèi)部絕緣部分的缺陷或劣化、導(dǎo)電連接部分的接觸不良等,使得其在事故潛伏期絕緣都可能產(chǎn)生放電現(xiàn)象,故可以通過對放電的監(jiān)測得到相關(guān)絕緣狀況。通常采用的絕緣監(jiān)測方法有交流泄露電流在線監(jiān)測和介質(zhì)損耗角正切在線監(jiān)測方法,文獻(xiàn)使用射頻法對開關(guān)柜內(nèi)的絕緣和接觸不良的在線監(jiān)測技術(shù)進(jìn)行了探索。利用上述監(jiān)測方法可以較方便地獲取高壓開關(guān)柜的有關(guān)絕緣信號的波形。由于高壓開關(guān)柜內(nèi)電磁環(huán)境較為惡劣,某些信號的波形往往含有很多因干擾而產(chǎn)生的“毛刺”,這對從波形中提取有用信息十分不利。由于“毛刺”主要由高頻成分組成,故信號經(jīng)過低通濾波后“毛刺”便被大大削弱了。但由于波形中可能存在有用的高頻成分,低通濾波會將這部分高頻成分也不加區(qū)別地除去,使波形發(fā)生失真?；谛〔ㄗ儞Q的高壓開關(guān)柜監(jiān)測信號消噪方法可以用于選擇性地去除信號中的“毛刺”。5設(shè)備在線監(jiān)測的意義和方法高壓電氣設(shè)備絕緣狀況直接影響電網(wǎng)安全可靠運行?；谛畔⑷诤霞夹g(shù)和嵌入internet技術(shù)組成的在線監(jiān)測,可以進(jìn)行數(shù)據(jù)和圖文傳輸及遠(yuǎn)