在線監(jiān)測(cè)技術(shù)在電力設(shè)備中的應(yīng)用

張祥魁，陳志勇，孔繁霄

(1.邯鄲供電公司，河北 邯鄲 056002；2.河北省電力研究院，石家莊 050021)

傳統(tǒng)的定期檢修在一定程度上存在盲目開(kāi)展、工作強(qiáng)度大、誤操作概率高等缺點(diǎn)，難以滿足電力系統(tǒng)可靠性的要求，以狀態(tài)檢修代替定期檢修已成為電力系統(tǒng)設(shè)備檢修的必然趨勢(shì)。實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)及診斷技術(shù)是電力設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)，通過(guò)在線監(jiān)測(cè)手段，及時(shí)、準(zhǔn)確地掌握運(yùn)行設(shè)備的絕緣狀況，根據(jù)設(shè)備在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)，結(jié)合巡視、離線檢查等評(píng)價(jià)設(shè)備絕緣狀態(tài)，準(zhǔn)確制定檢修策略[1]。

1 在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展

我國(guó)電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)技術(shù)已有20多年的發(fā)展歷史，大體經(jīng)歷了以下3個(gè)發(fā)展階段。

1.1 帶電測(cè)試階段

帶電測(cè)試階段始于20世紀(jì)80年代，當(dāng)時(shí)僅僅為了不停電而對(duì)電氣設(shè)備的某些絕緣參數(shù)(如泄漏電流)進(jìn)行直接測(cè)量。該階段測(cè)試設(shè)備簡(jiǎn)單，測(cè)試項(xiàng)目少，靈敏度較差。

1.2 數(shù)字化階段

90年代初，出現(xiàn)了各種專用的在線測(cè)試儀器，使在線監(jiān)測(cè)技術(shù)從傳統(tǒng)的模擬量測(cè)試走向數(shù)字化測(cè)量，使用傳感器將被測(cè)量的參數(shù)直接轉(zhuǎn)換成電氣信號(hào)。

1.3 計(jì)算機(jī)階段

90年代末以來(lái)，開(kāi)始利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感技術(shù)和數(shù)字波形采集處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)更多絕緣參數(shù)的在線監(jiān)測(cè)。這種在線監(jiān)測(cè)信息量大、處理速度快，可以對(duì)監(jiān)測(cè)參數(shù)實(shí)時(shí)顯示、儲(chǔ)存、打印、遠(yuǎn)傳和報(bào)警，實(shí)現(xiàn)絕緣在線監(jiān)測(cè)的自動(dòng)化。

2 電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)分類

電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)按其監(jiān)測(cè)的作用分為保護(hù)性監(jiān)測(cè)和維護(hù)性監(jiān)測(cè)兩類[2]，運(yùn)行人員將保護(hù)性監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)作為工作重點(diǎn)，而檢修人員則將維護(hù)性監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)作為工作重點(diǎn)。

2.1 保護(hù)性監(jiān)測(cè)

保護(hù)性監(jiān)測(cè)即設(shè)備故障監(jiān)測(cè)，通過(guò)對(duì)常規(guī)運(yùn)行參數(shù)(如電流、電壓、功率、溫度、流量、壓力等)的監(jiān)測(cè)，得出電力設(shè)備正常運(yùn)行工況的數(shù)據(jù)。同時(shí)還在故障敏感的部件設(shè)置一些專用監(jiān)測(cè)器，通過(guò)對(duì)反應(yīng)異常的特征量的監(jiān)測(cè)，幫助運(yùn)行人員及時(shí)了解這些部件的狀態(tài)，在故障發(fā)生之前報(bào)警，以便采取必要的措施，避免嚴(yán)重故障的發(fā)生。

2.2 維護(hù)性監(jiān)測(cè)

維護(hù)性監(jiān)測(cè)是通過(guò)在線監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)缺陷和監(jiān)視缺陷的發(fā)展趨勢(shì)并預(yù)測(cè)發(fā)展的后果，以指導(dǎo)維護(hù)策略。維護(hù)性監(jiān)測(cè)需要在設(shè)備運(yùn)行時(shí)完成一系列的周期性或連續(xù)性試驗(yàn)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有異?，F(xiàn)象時(shí)，進(jìn)行異常原因分析和適當(dāng)維護(hù)，以消除異?，F(xiàn)象的根源。目前電力設(shè)備維護(hù)性監(jiān)測(cè)就是從定期的停電檢修逐步過(guò)渡到根據(jù)其狀態(tài)進(jìn)行的預(yù)測(cè)性維修。

3 電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

通過(guò)國(guó)內(nèi)預(yù)防性試驗(yàn)檢測(cè)項(xiàng)目有效性統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)電力設(shè)備絕緣缺陷反映較為有效的試驗(yàn)有介質(zhì)損耗角tanδ、全電流Ig、泄漏電流的直流分量IR、局部放電量等參數(shù)的測(cè)量及油中色譜分析。目前國(guó)內(nèi)在線監(jiān)測(cè)介質(zhì)損耗角tanδ、全電流Ig、泄漏電流的直流分量IR已非常準(zhǔn)確有效，設(shè)備的局部放電在線監(jiān)測(cè)也在不斷研究和應(yīng)用中。電網(wǎng)中主要有變壓器、GIS和SF6斷路器、隔離開(kāi)關(guān)和開(kāi)關(guān)柜、避雷器及互感器等電力設(shè)備，它們應(yīng)用在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的特點(diǎn)各不相同。

3.1 變壓器

3.1.1 油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)

電力變壓器在運(yùn)行過(guò)程中，其絕緣油在過(guò)熱、放電、電弧等作用下會(huì)產(chǎn)生故障特征氣體，故障特征氣體的成分、含量、增長(zhǎng)速率與變壓器內(nèi)部故障的類型及嚴(yán)重程度有密切關(guān)系。變壓器油中溶解氣體在線裝置能夠連續(xù)監(jiān)測(cè)運(yùn)行變壓器油中的氫氣、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等氣體組分的含量，可及時(shí)診斷變壓器的絕緣狀況、早期故障和其發(fā)展趨勢(shì)，從而減少或避免非計(jì)劃停電和災(zāi)難性事故的發(fā)生，為設(shè)備檢修提供科學(xué)依據(jù)。

3.1.2 局部放電在線監(jiān)測(cè)

局部放電在線監(jiān)測(cè)是診斷變壓器絕緣的有效方法之一。變壓器正常運(yùn)行中局部放電量較小，近年生產(chǎn)的110 kV及以上變壓器出廠局部放電量都控制在100 pC以下。變壓器的絕緣材料中存在著氣隙和油隙，當(dāng)介質(zhì)的電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到一定程度時(shí)，它們將被擊穿而發(fā)生局部放電，局部放電逐步發(fā)展必將導(dǎo)致絕緣損壞。當(dāng)變壓器發(fā)生絕緣劣化或絕緣擊穿故障前期，變壓器局部放電量會(huì)增加數(shù)十倍，甚至數(shù)百倍。利用在線監(jiān)測(cè)變壓器局部放電量的變化進(jìn)行絕緣早期故障報(bào)警，有效監(jiān)測(cè)變壓器的絕緣狀況。

3.2 GIS和SF6斷路器

GIS和高壓SF6斷路器設(shè)備在線監(jiān)測(cè)診斷有效的項(xiàng)目是局部放電監(jiān)測(cè)。局部放電監(jiān)測(cè)可以彌補(bǔ)交流耐壓試驗(yàn)的不足，通過(guò)在線監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)GIS和SF6斷路器制造和安裝的清潔度，發(fā)現(xiàn)設(shè)備制造和安裝過(guò)程中的缺陷、差錯(cuò)和進(jìn)水受潮等(如安裝、維修時(shí)內(nèi)部留有微小遺留物；電極表面有毛刺、刮傷、尖端物等損傷；支撐絕緣子內(nèi)部有氣泡或受潮劣化；導(dǎo)電或接地部分接觸不良)，并確定放電位置，從而進(jìn)行有針對(duì)性的維修，確保設(shè)備安全運(yùn)行。

3.3 隔離開(kāi)關(guān)和開(kāi)關(guān)柜

變電站內(nèi)的隔離開(kāi)關(guān)和開(kāi)關(guān)柜設(shè)備運(yùn)行中承載著較大電流，在內(nèi)外各種因素的影響下，設(shè)備的節(jié)點(diǎn)、接觸面常常出現(xiàn)溫升，最終導(dǎo)致突發(fā)性故障。安裝無(wú)線測(cè)溫在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，即在每個(gè)節(jié)點(diǎn)加裝溫度傳感器，通過(guò)無(wú)線測(cè)溫終端發(fā)射模塊、固定IP地址等收集傳感器傳遞的溫度信息，定時(shí)發(fā)送至通信管理單元，傳遞溫度信息，通過(guò)通信管理單元將數(shù)據(jù)處理和定值連接到局域網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的遠(yuǎn)程監(jiān)控和異常報(bào)警，有效地避免惡性事故的發(fā)生。

3.4 氧化鋅避雷器

金屬氧化物避雷器(MOA)由于閥片老化或受潮所表現(xiàn)出來(lái)的電氣特征是阻性電流增大，因此測(cè)量運(yùn)行電壓下的交流泄漏電流是金屬氧化物避雷器在線監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容，而測(cè)量其阻性電流是關(guān)鍵。目前國(guó)內(nèi)測(cè)量全泄漏電流多采用避雷器在線監(jiān)測(cè)器，即將一體的毫安表與計(jì)數(shù)器串聯(lián)在避雷器接地回路中。監(jiān)測(cè)器中的毫安表用于監(jiān)測(cè)運(yùn)行電壓下通過(guò)避雷器的泄漏電流峰值，有效地監(jiān)測(cè)避雷器內(nèi)部是否受潮或內(nèi)部元件是否異常。避雷器在線監(jiān)測(cè)在電力系統(tǒng)的應(yīng)用比較成熟且應(yīng)用效果好，通過(guò)在線監(jiān)測(cè)可及時(shí)有效發(fā)現(xiàn)避雷器的絕緣劣化缺陷。

3.5 互感器類容性設(shè)備

在線監(jiān)測(cè)電流互感器、CVT、耦合電容器、套管等容性設(shè)備介質(zhì)損耗角正切值是一項(xiàng)靈敏度很高的試驗(yàn)項(xiàng)目，它可以發(fā)現(xiàn)設(shè)備絕緣整體受潮、絕緣劣化以及局部缺陷等。通過(guò)全國(guó)互感器類容性設(shè)備缺陷故障統(tǒng)計(jì)分析，絕緣受潮缺陷占總?cè)毕莸?0%以上?；ジ衅黝惾菪栽O(shè)備一旦絕緣受潮會(huì)引起絕緣介質(zhì)損耗增加，損耗愈大，溫度上升愈快，易造成絕緣劣化，導(dǎo)致絕緣擊穿。在線監(jiān)測(cè)電壓采樣的是設(shè)備的運(yùn)行電壓，測(cè)試電壓高于停電時(shí)的試驗(yàn)電壓，因此獲得設(shè)備絕緣參數(shù)更加真實(shí)可靠，通過(guò)設(shè)備本身測(cè)量數(shù)據(jù)的縱向比較和相關(guān)設(shè)備測(cè)量數(shù)據(jù)的橫向比較準(zhǔn)確判斷運(yùn)行設(shè)備的絕緣狀況。

4 互感器類容性設(shè)備在線監(jiān)測(cè)的應(yīng)用實(shí)例

4.1 應(yīng)用方案

邯鄲供電公司某220 kV變電站安裝了互感器類容性設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)設(shè)備介質(zhì)損耗進(jìn)行在線測(cè)量。該在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由信號(hào)采集系統(tǒng)、處理系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)、控制分析系統(tǒng)構(gòu)成，采用了直接數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)曲線等顯示形式，便于與歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，并通過(guò)調(diào)制解調(diào)器(MODEM)將運(yùn)行設(shè)備的狀況連續(xù)地傳輸?shù)接嘘P(guān)部門、人員手中，便于診斷分析管理。該系統(tǒng)監(jiān)測(cè)原理見(jiàn)圖1。

圖1 互感器類容性設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的原理

在線測(cè)量易受到現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)電場(chǎng)的干擾，為了減小變電站強(qiáng)電場(chǎng)的干擾影響，該系統(tǒng)采樣裝置采用輸入阻抗極低的電流傳感器和電壓互感器二次電壓信號(hào)作為標(biāo)準(zhǔn)比較源的取樣方式。該測(cè)量系統(tǒng)采用數(shù)字采樣、相關(guān)數(shù)字鑒別干擾相位技術(shù)及頻譜分析處理，有較強(qiáng)的自檢校驗(yàn)功能，有利于排除現(xiàn)場(chǎng)干擾造成的影響。在線監(jiān)測(cè)技術(shù)信號(hào)采集、信號(hào)對(duì)應(yīng)關(guān)系及介質(zhì)損耗情況如下。

4.1.1 電容型設(shè)備末屏電流信號(hào)

傳感器一次引線直接串接在被測(cè)設(shè)備末屏引出線采集電流信號(hào)，傳感器采用高靈敏度固化電流傳感器，不改變?cè)O(shè)備的正常接線及運(yùn)行方式，可保證現(xiàn)場(chǎng)使用的安全，又不會(huì)影響信號(hào)的檢測(cè)精度。測(cè)試端子通過(guò)測(cè)量電纜與檢測(cè)儀的電流輸入端相連，測(cè)量電纜采用雙絞雙屏蔽電纜，有效防止電磁場(chǎng)干擾。

4.1.2 標(biāo)準(zhǔn)電壓取樣信號(hào)

采用電壓互感器二次電壓信號(hào)作為標(biāo)準(zhǔn)比較源，測(cè)定的數(shù)據(jù)與停電時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)比較作為基準(zhǔn)參數(shù)。電壓互感器二次側(cè)電壓信號(hào)直接在測(cè)量繞組的非接地端串接取樣電阻，通過(guò)電阻的電流信號(hào)引入取樣端子箱。取樣電阻直接安裝在電壓互感器二次測(cè)量繞組的非接地端子上，即使信號(hào)引出線發(fā)生對(duì)地短路，也不會(huì)造成電壓互感器二次繞組短路，提高了系統(tǒng)安全性。

4.1.3 介質(zhì)損耗在線測(cè)量

變電站互感器類容型設(shè)備主要包括電流互感

器、套管及耦合電容器等并有電容屏的設(shè)備。系統(tǒng)在線測(cè)量介質(zhì)損耗采用相對(duì)測(cè)量方式，對(duì)同相的電容型設(shè)備，根據(jù)測(cè)得的電容量比值及介質(zhì)損耗值的變化趨勢(shì)，來(lái)判斷設(shè)備的絕緣狀況，減弱因相間電場(chǎng)干擾造成的影響，可得到真實(shí)的絕緣參數(shù)測(cè)試結(jié)果。

4.2 應(yīng)用效果

通過(guò)一段時(shí)間的應(yīng)用，并結(jié)合停電機(jī)會(huì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與常規(guī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的多次比較，發(fā)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)與停電試驗(yàn)數(shù)據(jù)具有一致性，可為今后的檢修工作節(jié)約大量的人力、物力，減少現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的次數(shù)，提高設(shè)備運(yùn)行能力。同時(shí)，豐富了的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，對(duì)該變電站容性設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行了完善，建立起專家分析系統(tǒng)、強(qiáng)化判別功能，制定了監(jiān)測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，為狀態(tài)檢修工作提供了可靠的數(shù)據(jù)。該變電站在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，積極推行了狀態(tài)檢修在變電站的實(shí)現(xiàn)，減輕了設(shè)備檢修工作量，提高了電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性。

5 結(jié)束語(yǔ)

電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)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，并及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，以便快速的對(duì)設(shè)備缺陷進(jìn)行消除，保證了設(shè)備在電網(wǎng)中的安全運(yùn)行。同時(shí)為設(shè)備狀態(tài)檢修提供可靠的數(shù)據(jù)，便于檢修策略和檢修計(jì)劃的制定，是供電企業(yè)實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢修的有效技術(shù)手段。目前，電力系統(tǒng)狀態(tài)檢修的實(shí)施，加大了電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)技術(shù)研究，通過(guò)在應(yīng)用中不斷積累運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，將使電力設(shè)備定期檢修完全過(guò)渡到狀態(tài)檢修。

參考文獻(xiàn)：

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