對(duì)變配電設(shè)備絕緣在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的分析與探討

福建廈門電業(yè)局 葉金錠

對(duì)變配電設(shè)備絕緣在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的分析與探討

福建廈門電業(yè)局 葉金錠

變配電設(shè)備是輸配電系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)，隨著新技術(shù)的發(fā)展、試驗(yàn)設(shè)備性能的不斷提高和試驗(yàn)方法的不斷完善以及對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行設(shè)備的維護(hù)和調(diào)試經(jīng)驗(yàn)的積累，開(kāi)展變配電電氣設(shè)備綜合狀態(tài)監(jiān)測(cè)，對(duì)提高變配電電氣設(shè)備的供電可靠性、減小設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)成本、延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命、降低事故發(fā)生率有著重要意義。

一、絕緣在線監(jiān)測(cè)技術(shù)及其原理

電力設(shè)備綜合狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，由傳感器系統(tǒng)、信號(hào)采集系統(tǒng)、分析診斷系統(tǒng)組成。目前常用的傳感器有電磁傳感器、力學(xué)量傳感器、聲參數(shù)傳感器、熱參數(shù)傳感器、化學(xué)量傳感器等；信號(hào)采集系統(tǒng)是將傳感器得到的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量進(jìn)行傳輸，應(yīng)用數(shù)字濾波技術(shù)對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行濾波處理，抑制和消除外界干擾和背景噪聲，提取真實(shí)信號(hào)，并進(jìn)行信號(hào)的還原；分析診斷系統(tǒng)對(duì)所采集的信號(hào)進(jìn)行分析、處理和診斷，得到監(jiān)測(cè)電力設(shè)備絕緣的當(dāng)前狀況，并根據(jù)需要進(jìn)行絕緣診斷和壽命評(píng)估。在線監(jiān)測(cè)的基本流程如圖1所示。

1. 變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)單元。目前運(yùn)行中的大型電力變壓器，絕大多數(shù)是用變壓器油來(lái)浸漬的，浸漬后絕緣及散熱性能都有明顯提高。油與絕緣紙（紙板、紙筒等）一樣都是有機(jī)絕緣材料，在熱、電、氧、水等多種因素作用下，容易逐漸裂解變質(zhì)。對(duì)變壓器油因熱、氧化和局部電弧等多種因素而裂解出來(lái)的低分子氣體進(jìn)行分類定量監(jiān)測(cè)是色譜分析的常用方法，它能在一定程度上反映出此油浸紙結(jié)構(gòu)中的故障或老化過(guò)程。

用氣相色譜法監(jiān)測(cè)變壓器絕緣油中的氣體現(xiàn)已比較成熟，雖在國(guó)內(nèi)外存在多種技術(shù)和方法，但基本理論相似。由于傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)、信息技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在對(duì)油中氣體采用高靈敏度傳感器可以檢測(cè)出變壓器油裂解的H2、CO、CH4、C2H2、C2H4、C2H6和微水等物質(zhì)的含量，通過(guò)分析油中氣體的含量可以有效地分析變壓器的運(yùn)行狀況、運(yùn)行壽命和絕緣老化程度，進(jìn)行早期故障診斷。

整個(gè)監(jiān)測(cè)裝置可分為油氣分離單元、氣體檢測(cè)單元和微機(jī)處理、控制及診斷單元，通過(guò)通信部分轉(zhuǎn)接到工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)多臺(tái)變壓器油中溶解氣體的在線監(jiān)測(cè)。

2. 變電站電容型設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)。電容型設(shè)備主要包括耦合電容器，主變壓器的電容型套管及電容型互感器。正確選擇參數(shù)十分重要，通過(guò)監(jiān)測(cè)電容器設(shè)備的三相不平衡電流、電容量、介質(zhì)損耗因數(shù)tanδ（介質(zhì)損耗角）、工作時(shí)的電容電流，可及時(shí)掌握這些設(shè)備的絕緣狀況，并根據(jù)歷史的、橫向的、相間的比較，以及絕緣特性的發(fā)展趨勢(shì)，及早發(fā)現(xiàn)潛伏故障，提出預(yù)警，避免嚴(yán)重事故的發(fā)生。

高壓電容型設(shè)備絕緣的介質(zhì)損耗因數(shù)，是反映其絕緣性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)，運(yùn)行中的 MOA 阻性泄漏電流能反映閥片的受潮、劣化程度，因此二者是以計(jì)算機(jī)為核心的在線監(jiān)測(cè)的主要參量。變壓器在線監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)原理如圖2所示。

對(duì)電容型設(shè)備介質(zhì)損耗因數(shù)的測(cè)量，被測(cè)的電壓和電流信號(hào)分別從電壓互感器（YH）副邊和容性設(shè)備末屏上獲取，MOA 阻性電流信號(hào)從MOA的接地引下線上獲取，采用高精度電壓、電流傳感器將YH和設(shè)備上的電壓、電流變換成低壓小電流信號(hào)，將數(shù)據(jù)聯(lián)系到工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)電容型設(shè)備和MOA阻性電流的監(jiān)測(cè)。

二、絕緣維護(hù)技術(shù)探討

目前普遍認(rèn)為，電氣設(shè)備應(yīng)從定期的預(yù)防性檢修逐步過(guò)渡到狀態(tài)維修。在運(yùn)行電壓下對(duì)電氣設(shè)備的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，不僅可以真實(shí)地反映設(shè)備絕緣的運(yùn)行狀態(tài)，還可以及時(shí)進(jìn)行設(shè)備絕緣診斷，減少停電所帶來(lái)的損失。

1.在線監(jiān)測(cè)的特征量分析。在目前尚未制定出狀態(tài)檢修標(biāo)準(zhǔn)的條件下，在線監(jiān)測(cè)所測(cè)得的特征量只能是以“縱比”（與同一設(shè)備連續(xù)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)相比）為主，以“橫比”（與同類設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)值比較）為輔，預(yù)防性試驗(yàn)中的檢測(cè)數(shù)據(jù)可供參考。如果縱比時(shí)，特征量發(fā)生了突變或持續(xù)增大，可以基本診斷為設(shè)備有某種潛伏性故障，再與同類設(shè)備曾發(fā)生過(guò)故障的特征量或三相中的另兩相的特征量變化規(guī)律相比，可進(jìn)一步判斷屬于何種潛伏性故障。

2.在線監(jiān)測(cè)的不足。在線監(jiān)測(cè)將成為絕緣檢測(cè)中的一個(gè)重要組成部分，它將在很多方面彌補(bǔ)僅靠定期停電預(yù)防性試驗(yàn)的不足，但目前還不能認(rèn)為在線檢測(cè)將全面替代停電預(yù)防性試驗(yàn)。一方面在線監(jiān)測(cè)原理和技術(shù)尚不完善，在線監(jiān)測(cè)的判定標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有得到徹底解決，必須開(kāi)展進(jìn)一步研究；另一方面，在線監(jiān)測(cè)測(cè)量的是工頻電壓下的電力設(shè)備絕緣參數(shù)，電力系統(tǒng)內(nèi)時(shí)常發(fā)生的過(guò)電壓情況下的絕緣品質(zhì)無(wú)法進(jìn)行測(cè)量。建議以在線監(jiān)測(cè)為依據(jù)，適當(dāng)延長(zhǎng)預(yù)防性試驗(yàn)周期，建立良好的在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理機(jī)制，及時(shí)反映監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的變化，監(jiān)督潛伏性故障的發(fā)展，防止事故的發(fā)生。

三、發(fā)展方向

變配電設(shè)備在線監(jiān)測(cè)的發(fā)展方向主要有以下幾個(gè)方面。

1. 在硬件設(shè)備選擇上，主要選擇一些受外界干擾較小、對(duì)其他設(shè)備沒(méi)有影響的器件。

2. 軟件設(shè)計(jì)上，結(jié)合先進(jìn)的專家選擇、智能理論等其他先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。

3. 在監(jiān)測(cè)的范圍方面，從原來(lái)的監(jiān)測(cè)單一設(shè)備，發(fā)展到對(duì)多臺(tái)設(shè)備甚至一個(gè)小系統(tǒng)的全面監(jiān)測(cè)上來(lái)。

4. 利用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以進(jìn)行遠(yuǎn)程的在線監(jiān)測(cè)和控制，并且利用網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行跟蹤、控制。