重要電力設(shè)備在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的簡(jiǎn)單探討

【摘要】 首先說(shuō)明在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)產(chǎn)生的原因，相比于絕緣預(yù)防性試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)和在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成。然后分別就電力變壓器、高壓斷路器、電容型設(shè)備的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的重要性以及監(jiān)測(cè)思路、過(guò)程和方法做了簡(jiǎn)單介紹。之后又對(duì)其他重要電力設(shè)備如：電動(dòng)機(jī)、絕緣子和套管、避雷器在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的一般方法做了簡(jiǎn)單列舉，并且提到了一些其它常用的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)。最后就在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的發(fā)展和電力系統(tǒng)現(xiàn)狀提出了一些看法。

【關(guān)鍵詞】 在線(xiàn)監(jiān)測(cè) 電力變壓器 高壓斷路器 電容型設(shè)備 絕緣監(jiān)測(cè)

引言

為了最大程度上保證電力設(shè)備的正常安全運(yùn)行，幾十年來(lái)我國(guó)沿用的定期進(jìn)行絕緣預(yù)防性試驗(yàn)的方法與制度發(fā)揮了重要作用。但是由于預(yù)防性試驗(yàn)存在試驗(yàn)時(shí)需要停電，試驗(yàn)時(shí)間集中，工作量大，試驗(yàn)電壓低，診斷有效性值得研究等缺點(diǎn)，所以已經(jīng)逐漸被在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)所取代。

為降低停電和維修費(fèi)用，電力設(shè)備的維護(hù)也逐漸由事后維修向時(shí)間基準(zhǔn)點(diǎn)維修，再向建立在在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)上的狀態(tài)維修轉(zhuǎn)變。所謂在線(xiàn)監(jiān)測(cè)是指在不影響電力設(shè)備運(yùn)行的條件下，即不停電對(duì)電力設(shè)備的運(yùn)行工況的健康狀況連續(xù)或定時(shí)進(jìn)行的監(jiān)測(cè)，通常是自動(dòng)進(jìn)行。

在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通常由三部分組成：信號(hào)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)和處理系統(tǒng)，如圖l所示。

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由傳感器和信號(hào)預(yù)處理系統(tǒng)構(gòu)成，針對(duì)不同的監(jiān)測(cè)對(duì)象采用不同的傳感器。一般傳感器直接安裝在被監(jiān)測(cè)設(shè)備上。預(yù)處理系統(tǒng)是為了防止干擾及提高信噪比，將監(jiān)測(cè)的小信號(hào)進(jìn)行放大和濾波處理。傳輸系統(tǒng)將監(jiān)測(cè)得到的信號(hào)傳送到控制室。處理系統(tǒng)具有傳輸信號(hào)的接收、處理、存儲(chǔ)和顯示等作用，它由信號(hào)處理的硬件、計(jì)算機(jī)以及分析處理軟件構(gòu)成。

1 電力變壓器的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)

電力變壓器是電力系統(tǒng)設(shè)備中最為昂貴和重要的設(shè)備之一，變壓器是否能正常安全地運(yùn)行也是人們最為關(guān)注的，所以對(duì)變壓器的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)是至關(guān)重要的。

1.1 變壓器局部放電(PD)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)

變壓器局部放電在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)借助先進(jìn)的傳感技術(shù)和電子技術(shù)，根據(jù)超聲波原理將高頻聲學(xué)傳感器放在油箱外部，以便測(cè)取局部放電或電弧放電所產(chǎn)生的暫態(tài)聲音信號(hào)。

局部放電在線(xiàn)測(cè)量方法主要有超聲監(jiān)測(cè)法、化學(xué)監(jiān)測(cè)法和電脈沖監(jiān)測(cè)法，三種方法中以電脈沖監(jiān)測(cè)法靈敏度最高。最近國(guó)內(nèi)外出現(xiàn)了甚高頻(VHF)、超高頻(UHF)等方法。圖2為PD在線(xiàn)監(jiān)測(cè)流程圖。

變壓器局部放電技術(shù)是使用最早的變壓器在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)之一，相對(duì)之前的停電局部放電檢測(cè)，在線(xiàn)局部放電檢測(cè)在工作量和經(jīng)濟(jì)效益方面有其顯著的優(yōu)點(diǎn)。但隨著近些年電力系統(tǒng)的快速發(fā)展，變壓器容量和電壓等級(jí)的不斷提高，對(duì)變壓器安全運(yùn)行的保障問(wèn)題也顯得越來(lái)越重要。盡管變壓器局部放電在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了幾十年，但從產(chǎn)品的可靠性及運(yùn)行狀態(tài)來(lái)看，還有很多問(wèn)題亟待解決。例如現(xiàn)場(chǎng)噪聲的抑制、局部放電模式的識(shí)別及局部放電的定位等。

1.2 變壓器油性能指標(biāo)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)

變壓器性能指標(biāo)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)主要是針對(duì)變壓器油中溶解氣體和水分的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)。一般情況下，如果變壓器油中發(fā)現(xiàn)了特征氣體，則表明其內(nèi)部已經(jīng)存在較嚴(yán)重的局部放電。對(duì)于運(yùn)行中的變壓器來(lái)說(shuō)，若其油質(zhì)產(chǎn)生變化，并進(jìn)而達(dá)到某一程度，則會(huì)對(duì)變壓器的絕緣性能造成影響，危及變壓器安全運(yùn)行。

在正常情況下，運(yùn)行中的變壓器內(nèi)部的絕緣油和固體絕緣材料由于電和熱的作用，會(huì)逐漸老化和分解，產(chǎn)生少量的各種低分子烴類(lèi)和H₂、CO₂、CO，這些氣體大部分溶解在油中，當(dāng)存在局部過(guò)熱或局部放電等缺陷時(shí)，就會(huì)加快這些氣體的產(chǎn)氣速度，隨著故障的發(fā)展，分解出的氣體形成氣泡在油中對(duì)流、擴(kuò)散，不斷溶解在油中。我們?nèi)绻芗皶r(shí)發(fā)現(xiàn)這些量的改變情況，也就可以及時(shí)地對(duì)變壓器進(jìn)行調(diào)整和維修。

圖3為變壓器油氣體在線(xiàn)監(jiān)測(cè)分析原理框圖，其工作流程為：運(yùn)用油氣分離裝置將變壓器油中的氣體分離出來(lái)，并保存在存儲(chǔ)裝置中，然后使用氣體分解裝置將不同氣體分離開(kāi)，再利用氣敏傳感器將氣體信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，將交流電信號(hào)轉(zhuǎn)換為直流電信號(hào)，再送給智能單元進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算與分析，最終得出變壓器絕緣狀況，供有關(guān)人員參考或作為診斷系統(tǒng)輸入信號(hào)，當(dāng)絕緣狀況危及安全運(yùn)行時(shí)，可發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

這種方法根據(jù)測(cè)試對(duì)象、取氣方法和檢測(cè)器(傳感器)可分為若干種，油中溶解氣體在線(xiàn)監(jiān)測(cè)已成為一項(xiàng)很有發(fā)展前途的新技術(shù)，近年來(lái)，這一技術(shù)的研究正在向著更深、更高層次發(fā)展。

1.3 變壓器繞組變形在線(xiàn)監(jiān)測(cè)

上世紀(jì)90年代以來(lái)，變壓器事故演變?yōu)槔@組變形，目前還沒(méi)有什么有效的辦法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，所以變壓器繞組變形在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的研究目前也得到了充分重視。在繞組受到了軸向、幅向力和短路力的作用下，變壓器繞組就會(huì)產(chǎn)生變形。目前通常采用的吊罩檢查方法只能看到高壓繞組的狀況，但是卻不能觀(guān)測(cè)到在高壓繞組內(nèi)部的中、低壓繞組所發(fā)生的形變，加上變壓器繞組的變形具有相當(dāng)大的隱蔽性，所以如何對(duì)變化量進(jìn)行測(cè)量和提取就成了最關(guān)鍵的問(wèn)題。

現(xiàn)在通常通過(guò)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)變壓器短路電抗值的變化來(lái)進(jìn)行繞組變形與否的監(jiān)測(cè)和判斷。因?yàn)槔@組的適中電抗值與繞組的變形程度、幾何位置變化密切相關(guān)，即短路電抗直接取決于繞組的幾何結(jié)構(gòu)。

2 高壓斷路器的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)

高壓斷路器是電力系統(tǒng)中最重要的開(kāi)關(guān)設(shè)備，而斷路器又直接關(guān)系到電力設(shè)備能否正常安全地運(yùn)行。所以為了盡量減少停電檢修所帶來(lái)的安全隱患和故障事故造成的經(jīng)濟(jì)損失，對(duì)斷路器的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)也顯得尤為重要。

2.1 機(jī)械特性在線(xiàn)監(jiān)測(cè)

目前，斷路器的機(jī)械系統(tǒng)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)主要有以下幾種方法：振動(dòng)信號(hào)的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)、斷路器操作線(xiàn)圈電流的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)、操作運(yùn)行特性的監(jiān)測(cè)和主操作桿上機(jī)械負(fù)載的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)。

2.2 絕緣在線(xiàn)監(jiān)測(cè)

絕緣在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)，主要針對(duì)絕緣早期缺陷及發(fā)展過(guò)程的變化特征和極限故障參數(shù)的預(yù)報(bào)警及報(bào)警，根據(jù)絕緣參數(shù)變化的速度和趨勢(shì)，提供對(duì)設(shè)備健康狀態(tài)診斷的佐證。

斷路器的絕緣在線(xiàn)監(jiān)測(cè)包括泄漏電流、局部放電、介質(zhì)損耗等內(nèi)容。這些參數(shù)都可歸納為電容型設(shè)備在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)。

2.3 電磨損在線(xiàn)監(jiān)測(cè)

通過(guò)監(jiān)測(cè)開(kāi)斷電流、電弧能量、開(kāi)斷電流加權(quán)累計(jì)值等，可間接估計(jì)滅弧室和觸頭的電磨損程度。電磨損的計(jì)算是基于反比于開(kāi)段電流和燃弧時(shí)間，核心思想是電磨損取決于累計(jì)燃弧能量。

2.4 溫度在線(xiàn)監(jiān)測(cè)

采用紅外熱像儀是在線(xiàn)監(jiān)測(cè)溫度的有效手段，但對(duì)內(nèi)部觸頭溫度的測(cè)量則只能通過(guò)由溫度敏感元件制成的監(jiān)測(cè)儀來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3 電容型設(shè)備的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)

電容型設(shè)備是重要的輸變電設(shè)備，按照高壓電力設(shè)備的絕緣結(jié)構(gòu)來(lái)分類(lèi)，則電容型絕緣結(jié)構(gòu)的設(shè)備占了多數(shù)，它們廣泛用于電力系統(tǒng)的高壓變電站中。所以電容型設(shè)備一旦發(fā)生絕緣故障將嚴(yán)重影響整個(gè)變電站的安全運(yùn)行，因此實(shí)現(xiàn)電容型設(shè)備絕緣的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)很有意義。

統(tǒng)計(jì)表明，電力設(shè)備運(yùn)行中70％左右的故障是由絕緣故障引起的，不僅是由于電應(yīng)力作用引起絕緣破壞而導(dǎo)致絕緣故障，而且機(jī)械力或熱效應(yīng)也會(huì)發(fā)展為絕緣性故障。介質(zhì)損耗因數(shù)(tan 6)是設(shè)備絕緣的局部缺陷中介質(zhì)損失引起的有功電流分量I_r和設(shè)備總電容電流I_c之比，是反映絕緣特性的一個(gè)重要參數(shù)。通過(guò)測(cè)量tan δ值可以反映出絕緣的一系列缺陷，如絕緣受潮、油或浸潰物臟污或劣化變質(zhì)、絕緣中有氣隙發(fā)生放電等。它的數(shù)值能夠靈敏地反映小電容中的嚴(yán)重局部缺陷，但對(duì)大型設(shè)備(如大容量變壓器)絕緣中的局部缺陷(如變壓器的套管)卻不能靈敏發(fā)現(xiàn)，這時(shí)應(yīng)對(duì)其進(jìn)行分解試驗(yàn)，即分別測(cè)量各部分的tan δ值。

目前測(cè)量tan δ值最常用的一種方法是西林電橋法。西林電橋是一種高壓交流電橋，可以在高電壓下測(cè)量絕緣的電容值以及介質(zhì)損耗因數(shù)值。配以合適的標(biāo)準(zhǔn)電容器，西林電橋還可以在設(shè)備額定電壓下測(cè)量其電容值和介質(zhì)損耗因數(shù)值。在這里就不對(duì)西林電橋測(cè)tan δ的方法作具體敘述了，可參見(jiàn)相關(guān)書(shū)籍。

4 其它重要電力設(shè)備的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)

4.1 發(fā)電機(jī)的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)

發(fā)電機(jī)絕緣結(jié)構(gòu)主要包括槽間絕緣、匝間絕緣和端部防暈。主要有發(fā)電機(jī)放電的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)(中性點(diǎn)射頻法、耦合電容法、高頻天線(xiàn)法)、發(fā)電機(jī)溫度的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)和發(fā)電機(jī)非電量的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)(絕緣過(guò)熱煙霧監(jiān)測(cè)、氣體成分在線(xiàn)監(jiān)測(cè))。

4.2 絕緣子和套管的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)

對(duì)絕緣子的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)最為主要的量即為絕緣子的電壓分布，對(duì)絕緣子電壓分布的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)工具主要有：劣化絕緣子光電測(cè)桿、自爬式不良絕緣子監(jiān)測(cè)器、電暈脈沖式監(jiān)測(cè)器。除此之外還有紅外熱像儀監(jiān)測(cè)法、激光振動(dòng)監(jiān)測(cè)法等方法也被廣泛使用。

4.3 避雷器的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)

對(duì)無(wú)并聯(lián)電阻避雷器主要要對(duì)其絕緣電阻、泄露電流、工頻放電電壓等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，有并聯(lián)電阻避雷器則要關(guān)注其電導(dǎo)電流、交流分布電壓等量。

4.4 其它

除了上述各種電力設(shè)備之外還有很多其他方面也會(huì)用到在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，例如電力電纜的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)、電動(dòng)機(jī)的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)、過(guò)電壓的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)、高壓開(kāi)關(guān)柜的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)、接地線(xiàn)狀態(tài)的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)、電能質(zhì)量的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)、輸電線(xiàn)路拉線(xiàn)防盜的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)等等?？梢?jiàn)電力系統(tǒng)是一個(gè)龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)，這也為我們新一代的電氣人給出了新的挑戰(zhàn)。

5 結(jié)束語(yǔ)

近些年來(lái)，隨著電網(wǎng)容量的不斷提高，計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，生活水平和工業(yè)水平的不斷進(jìn)步，人們對(duì)用電質(zhì)量和用電安全提出了新的要求。而絕大多數(shù)故障都是有先兆的，這就要求電力系統(tǒng)發(fā)展一種連續(xù)或定時(shí)的監(jiān)測(cè)技術(shù)，在線(xiàn)監(jiān)測(cè)就在這種情況下產(chǎn)生了。

雖然前面也提到過(guò)，在線(xiàn)監(jiān)測(cè)在很多方面彌補(bǔ)了僅靠定期停電預(yù)防性試驗(yàn)的不足，但目前還不能認(rèn)為在線(xiàn)監(jiān)測(cè)將全面替代停電預(yù)防性試驗(yàn)。而且電力系統(tǒng)的復(fù)雜性也決定了它不可能由一種單一的技術(shù)來(lái)完成某一項(xiàng)工作，也不可能保證完全杜絕故障和危險(xiǎn)的發(fā)生，這就要求我們熟練運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)和積累的經(jīng)驗(yàn)解決電力系統(tǒng)運(yùn)行中碰到的問(wèn)題，盡可能地減少事故地發(fā)生，讓電力設(shè)備在一種安全而又經(jīng)濟(jì)的條件下運(yùn)行。同時(shí)，我們也要加快研究工作，探索在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的新技術(shù)，增強(qiáng)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的智能化水平，提高監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的利用率，為我國(guó)的電力行業(yè)做出自己的貢獻(xiàn)。