容性設(shè)備在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可靠性分析與運(yùn)維

張 霖 楊 超

（貴陽(yáng)供電局，貴陽(yáng) 550002）

隨著城市電網(wǎng)隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展而不斷發(fā)展擴(kuò)大，電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行指標(biāo)要求也不斷提高。檢修作為保障電網(wǎng)設(shè)備健康運(yùn)行的必要手段，它的合理實(shí)施關(guān)系到設(shè)備的使用效率、運(yùn)行壽命、人力物力財(cái)力的消耗及用戶負(fù)荷的損失。同時(shí)，計(jì)劃?rùn)z修的弊端與不斷增長(zhǎng)的設(shè)備預(yù)試定檢任務(wù)導(dǎo)致試驗(yàn)人員緊缺及工作量大等矛盾。因此，加快在線監(jiān)測(cè)和狀態(tài)檢修工作勢(shì)在必行。

為加強(qiáng)設(shè)備安全運(yùn)行的技術(shù)監(jiān)督，有效彌補(bǔ)定期停電試驗(yàn)所不具備的及時(shí)性、等效性、靈敏性，對(duì)電氣設(shè)備尤其是容性設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行有效地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)成為推行狀態(tài)維修的必要途徑。同時(shí)，試驗(yàn)人員結(jié)合帶電測(cè)試、在線監(jiān)測(cè)和防預(yù)性試驗(yàn)，根據(jù)在線監(jiān)測(cè)的結(jié)果可合理安排預(yù)試時(shí)間，延長(zhǎng)電氣設(shè)備預(yù)試及大修周期，為設(shè)備狀態(tài)維護(hù)打下基礎(chǔ)。

1 容性在線監(jiān)測(cè)裝置應(yīng)用分布

截止2013年初，某供電局容性在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用已逐步開(kāi)展推廣。據(jù)統(tǒng)計(jì)，已運(yùn)行容性在線監(jiān)測(cè)裝置在500kV 變電站覆蓋率為33.3%、220kV 變電站覆蓋率為22.2%、110kV 變電站覆蓋率為1.4%；涵蓋到2012年基建項(xiàng)目，該裝置在500kV 變電站覆蓋率為100%、220kV 變電站覆蓋率為44.4%。具體變電站監(jiān)測(cè)類型、電壓等級(jí)、數(shù)量如表1、圖1所示。

表1 某供電局容性在線監(jiān)測(cè)裝置數(shù)量統(tǒng)計(jì)表

容性設(shè)備絕緣監(jiān)測(cè)已投入運(yùn)行的變電站有500kV 變電站一座、220kV 變電站三座和110kV 數(shù)字化變電站一座共計(jì)六座變電站，其運(yùn)行情況良好，能正常采集監(jiān)測(cè)信號(hào)，周期性巡檢，能保證數(shù)據(jù)的安全，現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警功能正常，除筑東變其余5 個(gè)站數(shù)據(jù)上傳正常。當(dāng)前正在施工安裝的變電站有500kV變電站兩座、220kV 變電站三座共計(jì)六座變電站。涉及設(shè)備項(xiàng)目有變壓器套管介損及電容量、電流互感器介損及電容量、耦合電容器（電容式電壓互感器）介損及電容量、避雷器交流泄漏電流。

圖1 某供電局容性設(shè)備在線監(jiān)測(cè)裝置分布圖

2 容性在線監(jiān)測(cè)裝置測(cè)量方法

目前，容性在線監(jiān)測(cè)裝置基本采用穿芯方式的電流傳感器作為信號(hào)取樣方式。但是，正常運(yùn)行情況下電容型設(shè)備、特別是金屬氧化物避雷器泄漏電流較小，應(yīng)用傳統(tǒng)CT 以穿芯方式取樣，難以保證測(cè)量準(zhǔn)確度，更主要的是原、副邊信號(hào)相角差遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足測(cè)量要求。因此，要求提供高精度小電流傳感器，在穿芯方式下能夠測(cè)量300μA～50mA 的交流電流，且幅值測(cè)量精度達(dá)到0.1 級(jí)，相角不確定度<2’。鑒于戶外使用，要求環(huán)境溫度在-35℃～65℃范圍內(nèi)，測(cè)量結(jié)果滿足準(zhǔn)確度要求?？紤]到避雷器動(dòng)作等特殊情況下的安全問(wèn)題，要求電流傳感器能夠安全耐受8/20μs 10kA 的沖擊電流。

電容量的測(cè)量采用絕對(duì)值法，既分別測(cè)量系統(tǒng)電壓的幅值U和電容電流I，計(jì)算電容量C=I/2πfU。計(jì)算過(guò)程分三步：第一步，電容型設(shè)備監(jiān)測(cè)單元n在本地采集計(jì)算末屏電流幅值Icn；第二步，系統(tǒng)電壓?jiǎn)卧讲杉?jì)算系統(tǒng)電壓的幅值U1；第三步，統(tǒng)電壓?jiǎn)卧獙⒔Y(jié)果U1發(fā)送到電容型設(shè)備監(jiān)測(cè)單元電容型設(shè)備監(jiān)測(cè)單元n接收U1，利用公式C=I/2πfU計(jì)算出電容量Cn=Icn/2πfU1。

設(shè)備介損值一般采用分布式相對(duì)介損在線測(cè)量方法，那是由于電壓互感器角差受二次負(fù)荷等因素影響，變化較大，0.2 級(jí)的電壓互感器角差允許為±10’，引起的介損變化范圍為±0.28%；而0.5 級(jí)的電壓互感器角差允許為±20’，引起的介損變化范圍為±0.56%；而且會(huì)隨著電壓互感器二次負(fù)荷（繼電保護(hù)負(fù)荷）等因素的變化產(chǎn)生較大的變化。因此，電壓互感器的二次電壓信號(hào)不能作為介損測(cè)量的基準(zhǔn)[1]。

介損測(cè)量采用相對(duì)值法。即測(cè)量電容型設(shè)備n的電容電流Icn與相同母線段上的一組電容型設(shè)備1的電容電流Ic1的相位差，計(jì)算相對(duì)介損值tgδ相對(duì)=tg(δIcn-δIc1)。每個(gè)監(jiān)測(cè)單元都設(shè)有基準(zhǔn)電流傳感器，通過(guò)取樣電阻將220V 的供電電源電壓變換成電流信號(hào)[2]。

3 容性在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)誤差分析與防范

在長(zhǎng)達(dá)兩年監(jiān)測(cè)這些大量的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)中發(fā)現(xiàn)，監(jiān)測(cè)容性設(shè)備的介質(zhì)損耗tgδ值，介損的測(cè)量結(jié)果數(shù)據(jù)相對(duì)比較穩(wěn)定，分散性也較小，但與停電預(yù)防性試驗(yàn)相的比較，其絕對(duì)值差異較大，且無(wú)規(guī)律性。通過(guò)數(shù)據(jù)分析研究發(fā)現(xiàn)基準(zhǔn)電壓信號(hào)取樣精度誤差、外界電磁干擾、空間干擾、環(huán)境干擾、設(shè)備絕緣狀況變化都是導(dǎo)致在監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)尤其是介損測(cè)量結(jié)果及精度的嚴(yán)重變化。究其原因有以下幾種。

1）互感器角差的影響

采用“PT 基準(zhǔn)信號(hào)法”雖然能獲得絕對(duì)的tgδ，但因PT 的副邊和原邊有一定的角差，即使二次繞組準(zhǔn)確等級(jí)是0.2 級(jí)的，其角差δ<20 分，相當(dāng)于0.58%弧度，而正常電容型設(shè)備的介質(zhì)損耗通常較小，僅在0.2%～0.6%之間，顯然這會(huì)嚴(yán)重影響檢測(cè)結(jié)果的真實(shí)性。

2）PT 二次負(fù)荷變化的影響

電壓互感器的測(cè)量精度與其二次側(cè)負(fù)荷的大小有關(guān)，如果PT 二次負(fù)荷不變，則角差基本固定不變。目前，國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)母線PT 二次側(cè)為兩個(gè)線圈，其中一個(gè)0.5 級(jí)的線圈供繼電保護(hù)和測(cè)量?jī)x表共用一個(gè)線圈，另一個(gè)1.0 級(jí)線圈供開(kāi)口三角形使用。由于介損測(cè)量時(shí)基準(zhǔn)信號(hào)的獲取只能與繼電保護(hù)和測(cè)量?jī)x表共用一個(gè)線圈，且該線圈的二次負(fù)荷主要由繼電保護(hù)決定，故隨著變電站運(yùn)行方式的不同，所投入使用的繼電保護(hù)會(huì)作相應(yīng)變化，故PT 的二次負(fù)荷通常是不固定的，這必然會(huì)導(dǎo)致角、比差變化，從而影響介損測(cè)試結(jié)果的穩(wěn)定性，歷次測(cè)量數(shù)據(jù)可比性重較差，故難以準(zhǔn)確判斷設(shè)備的絕緣性能[3]。

3）環(huán)境溫度及外絕緣污穢程度的影響

電容型設(shè)備瓷套表面污濕嚴(yán)重時(shí)，將影響內(nèi)、外絕緣的整體電場(chǎng)分布，介質(zhì)損耗隨之變化；如果抽壓小套管絕緣受潮，因分流作用，同樣也會(huì)導(dǎo)致介損測(cè)試結(jié)果失真。因此，在線檢測(cè)工作必須在瓷套表面干燥清潔時(shí)進(jìn)行，最好選擇雨后過(guò)天晴后的一段時(shí)間，并同時(shí)記錄下測(cè)量時(shí)的環(huán)境溫度、相對(duì)濕度及變電站的運(yùn)行方式，以便對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行縱向?qū)Ρ?。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)受濕度影響較大，晝夜溫差會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)規(guī)律性變化，如圖2所示。

圖2 容性在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)圖 （受環(huán)境溫度及外絕緣污穢影響）

4）變電站電場(chǎng)干擾對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響

變電站內(nèi)的運(yùn)行電氣設(shè)備除了要承受工作電壓的作用，還會(huì)受相鄰的其它電氣設(shè)備產(chǎn)生的電場(chǎng)影響。對(duì)于“一”字形排列的電氣設(shè)備，通常的表現(xiàn)方式是A 相測(cè)試結(jié)果偏大，B 相結(jié)果中，C 相測(cè)試結(jié)果偏小。如果變電站的運(yùn)行方式不變，則電場(chǎng)干擾對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響也是較為固定的。因此，前后兩次的在線測(cè)試工作最好在同一運(yùn)行方式下進(jìn)行，以便對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行縱向比較。

5）參考電壓與被測(cè)設(shè)備不在同一母線上造成測(cè)量誤差

受母線不同運(yùn)行方式的影響，當(dāng)分段運(yùn)行時(shí)，母線電壓角差導(dǎo)致非運(yùn)行于當(dāng)前采集電壓母線的被監(jiān)測(cè)設(shè)備數(shù)據(jù)出現(xiàn)一致性偏差。圖3為220kV 變電站110kV II 母電容式電壓互感器2011年10月12日至13日的介損數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)。

圖4為220kV 變電站110kV I 母電容式電壓互感器2011年10月12日至13日的介損數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)。據(jù)分析：該變電站變110kV 母線運(yùn)行方式為分段運(yùn)行，在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集的參考電壓為110kV II 母，所以運(yùn)行于II 母的CVT 介損數(shù)據(jù)較運(yùn)行于I 母的CVT 更接近真實(shí)值，需要強(qiáng)調(diào)的是II 母CVT 介損數(shù)據(jù)較離線測(cè)量值偏大，也是由于CVT 二次繞組的角差導(dǎo)致的。

圖3 容性設(shè)備介損數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)圖

圖4 容性設(shè)備介損數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)圖

6）傳感器取樣信號(hào)接頭BNC 由于焊接工藝不良造成測(cè)試數(shù)據(jù)誤差時(shí)好時(shí)壞

通過(guò)一年多年的試運(yùn)行，三個(gè)220kV 變電站已發(fā)現(xiàn)大量運(yùn)行裝置因取樣傳感器接頭BNC 接觸不良造成數(shù)據(jù)異常問(wèn)題，分析其原因在于該公司同批次接頭焊接工藝普遍存在工藝質(zhì)量低，屬產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題。

7）在線監(jiān)測(cè)裝置部分信號(hào)線插頭接觸不良造成數(shù)據(jù)異常

如表2所示，某220kV 變電站220kV 峰扎I 回線203 電流互感器在運(yùn)行時(shí)，監(jiān)測(cè)裝置在2012年8月13日10 時(shí)9 分發(fā)現(xiàn)其C 相介損超標(biāo)達(dá)9.908%，同時(shí)該相電壓僅為123.2kV。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行裝置檢查，排查出該裝置多路開(kāi)關(guān)C 相37 針插頭有松動(dòng)，且C 相參考電壓控制開(kāi)關(guān)也存在接觸不良，最終造成電壓、介損數(shù)據(jù)都超標(biāo)現(xiàn)象， 經(jīng)過(guò)處理該異常數(shù)據(jù)在2012年8月13日11 時(shí)44 分恢復(fù)正常。

表2 在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)清單表

4 典型容性在線監(jiān)測(cè)裝置故障分析與處理

下面介紹幾種典型裝置內(nèi)部故障數(shù)據(jù)分析樣本。

1）圖5、圖6兩張圖中數(shù)據(jù)異常，經(jīng)過(guò)故障排查分析：在線監(jiān)測(cè)裝置內(nèi)工頻交流單元故障，造成采樣電壓不穩(wěn)，數(shù)據(jù)發(fā)生異常。

圖5 容性設(shè)備在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)圖

圖6 容性設(shè)備在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)圖

2）圖7、圖8兩張圖中數(shù)據(jù)異常,經(jīng)過(guò)分析：2號(hào)主變220kV 套管C 相電容偏小且電流偏?。ǘ嗦烽_(kāi)關(guān)接頭存在接觸不良）。

3）圖9表示 2 號(hào)主變220kV 套管C 相數(shù)據(jù)異常（因接頭接觸不良導(dǎo)致數(shù)據(jù)異常已處理好），圖10表示1 號(hào)主變220kV 套管C 相無(wú)信號(hào)（BNC 接頭接觸不良）。

圖7 容性設(shè)備在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)圖

圖8 容性設(shè)備在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)圖

圖9 容性設(shè)備在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)圖

圖10 容性設(shè)備在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)圖

因電壓互感器二次角差帶來(lái)的影響導(dǎo)致數(shù)據(jù)部穩(wěn)定，可考慮采用相對(duì)比較法測(cè)量相對(duì)介損。即用同相兩個(gè)電容型設(shè)備的介質(zhì)損耗進(jìn)行比較，一臺(tái)做為基準(zhǔn)，另一臺(tái)被測(cè)，基準(zhǔn)電壓直接就是母線電壓。各臺(tái)電容型設(shè)備在正常情況下的介質(zhì)損差別不大，在同樣的環(huán)境、氣候、干擾和PT 角差的情況下，介質(zhì)損的變化量相當(dāng)，根據(jù)變化量的大小來(lái)反映絕緣狀況。這樣可以避免了PT 角差的影響，并且減少環(huán)境溫度、濕度、操作電壓、負(fù)荷條件和操作條件等因素的干擾，具有較好的一致性和重復(fù)性，可以根據(jù)其變化趨勢(shì)判斷設(shè)備的絕緣性能。

5 典型容性在線監(jiān)測(cè)裝置故障分析

以某500kV 變電站為例，容性設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)共安裝了42 套監(jiān)測(cè)設(shè)備，其每個(gè)監(jiān)測(cè)設(shè)備監(jiān)測(cè)3個(gè)參量，數(shù)據(jù)采樣頻率為每小時(shí)一次，一年下來(lái)共計(jì)有（39×3+2）×24×365=1042440 個(gè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，每年產(chǎn)生約為一百萬(wàn)個(gè)數(shù)據(jù)記錄。參照計(jì)算，某一220kV 變電站每年產(chǎn)生容性設(shè)備在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)：（30×3+7）×24×365=849720 個(gè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，每年產(chǎn)生約為85 萬(wàn)個(gè)數(shù)據(jù)記錄；某二220kV 變電站每年產(chǎn)生容性設(shè)備在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)：（43×3+17）×24×365= 1278960 個(gè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，每年產(chǎn)生約為128 萬(wàn)個(gè)數(shù)據(jù)記錄；某三220kV 變電站每年產(chǎn)生容性設(shè)備在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)：（31×3+7）×24×365=876000 個(gè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，每年產(chǎn)生約為87 萬(wàn)個(gè)數(shù)據(jù)記錄。四個(gè)變電站累計(jì)每年產(chǎn)生出4047120 個(gè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，見(jiàn)表3。

表3 在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)量統(tǒng)計(jì)表

以某一220kV 變?yōu)槔?011/7/21-2012/6/26（341 天）為一個(gè)計(jì)算周期，容性設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分別在7.27~8.2；9.4~9.7；9.23~10.10；10.12~11.1；11.5~11.10；12.4~12.9；12.11~12.19；12.28~12.29；1.9~1.11；3.3~3.5；3.20~3.25；4.25~5.5；（96 天）時(shí)間內(nèi)發(fā)生裝置異常、數(shù)據(jù)未采集上傳等故障，數(shù)據(jù)丟失率累計(jì)為28.15%，監(jiān)測(cè)裝置年正常運(yùn)行率僅為71.85%。

某500kV 變參照此統(tǒng)計(jì)，以2011/7/27-2012/6/26（365 天）為一個(gè)計(jì)算周期，容性設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分別在7.20~7.26；8.27~9.8；9.13~9.19；9.23~10.11；11.13~1.4；5.31~6.25（141 天）時(shí)間內(nèi)發(fā)生裝置異常、數(shù)據(jù)未采集上傳等故障，數(shù)據(jù)丟失率累計(jì)為38.63%，監(jiān)測(cè)裝置年正常運(yùn)行率僅為61.37%。

6 結(jié)論

在加強(qiáng)現(xiàn)有在線監(jiān)測(cè)裝置運(yùn)維管理情況下，在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以作為停電預(yù)防性試驗(yàn)的重要補(bǔ)充，某些試驗(yàn)項(xiàng)目甚至可以替代進(jìn)行，如變壓器油色譜項(xiàng)目、電容型設(shè)備介損、等值電容量，避雷器的泄露全電流等。在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)得到良好的管理和維護(hù)，能準(zhǔn)確地保證在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的良好的運(yùn)行，確保其在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)能真實(shí)地反映的一次設(shè)備的運(yùn)行情況。要定期安排在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)工作及裝置運(yùn)行維護(hù)工作，保證在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和裝置正常使用和數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，必要時(shí)可以使用帶電測(cè)試進(jìn)行對(duì)比校驗(yàn)，作為設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)的必要手段。在合適條件下，可安排專人長(zhǎng)期開(kāi)展在線數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)及分析，保障數(shù)據(jù)及時(shí)準(zhǔn)確。

[1] 史保壯,楊莉,馮德開(kāi),等.智能技術(shù)在絕緣在線診斷系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].高壓電器,2001,37(1):32-34.

[2] 嚴(yán)璋.電氣絕緣在線檢測(cè)技術(shù)[M].北京:水利電力出版社,1995.

[3] 成永紅.電力設(shè)備絕緣檢測(cè)與診斷[M].北京:中國(guó)電力出版社,2001.