變電站電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)技術(shù)簡(jiǎn)析

潘柏崇

（廣東電網(wǎng)發(fā)展研究院，廣東 廣州 510080）

0 前言

國(guó)內(nèi)外對(duì)電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的探索和研究已有30 多年，這些技術(shù)應(yīng)用于電網(wǎng)設(shè)備也有相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間，現(xiàn)階段已有部分在線監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用得比較普遍，某些在線監(jiān)測(cè)設(shè)備已經(jīng)成為常規(guī)配置。而其它技術(shù)由于還不夠成熟穩(wěn)定，應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性不好，至今仍然處于發(fā)展和探索階段。本文主要對(duì)現(xiàn)階段應(yīng)用得比較普遍的，以及已經(jīng)發(fā)展得比較成熟，正在推廣使用的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)作介紹和分析。

1 在線監(jiān)測(cè)技術(shù)介紹

變電站里的電力設(shè)備種類繁多，結(jié)構(gòu)各異，各種設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)要求都不同，因此在線監(jiān)測(cè)技術(shù)含有多種項(xiàng)目。針對(duì)變壓器的有油色譜在線監(jiān)測(cè)、油中溶解氣體檢測(cè)、油中含水量檢測(cè)、局部放電檢測(cè)、套管電容量和介質(zhì)損耗檢測(cè)、鐵芯接地電流檢測(cè)、中性點(diǎn)接地電流檢測(cè)等；針對(duì)GIS 的主要有局部放電檢測(cè)和氣體密度檢測(cè)等；針對(duì)斷路器的有動(dòng)作特性在線監(jiān)測(cè)等；針對(duì)開關(guān)柜的有局部放電檢測(cè)和在線測(cè)溫等；針對(duì)避雷器的有泄漏電流、動(dòng)作次數(shù)、阻性電流檢測(cè)等?，F(xiàn)階段在電力系統(tǒng)中使用較普遍的在線監(jiān)測(cè)項(xiàng)目主要是針對(duì)變壓器和GIS 的在線監(jiān)測(cè)。針對(duì)其它設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)項(xiàng)目相對(duì)較少。

2 變壓器在線監(jiān)測(cè)

針對(duì)變壓器的在線監(jiān)測(cè)項(xiàng)目主要有油色譜在線監(jiān)測(cè)、局部放電檢測(cè)、油中含水量檢測(cè)、套管電容量和介質(zhì)損耗檢測(cè)、鐵芯接地電流檢測(cè)、中性點(diǎn)接地電流檢測(cè)等，其中油色譜在線監(jiān)測(cè)、局部放電檢測(cè)、油中含水量檢測(cè)等技術(shù)應(yīng)用較多，其它項(xiàng)目由于設(shè)備和技術(shù)的發(fā)展還不是非常完善，還沒有得到普遍應(yīng)用。

2.1 油色譜在線監(jiān)測(cè)

變壓器油色譜在線監(jiān)測(cè)既可以監(jiān)測(cè)油中的溶解氣體，還可以監(jiān)測(cè)油中微水含量。

油浸式變壓器局部發(fā)生潛伏性的微型故障時(shí)，由于電暈和火花放電或局部過(guò)熱的原因，導(dǎo)致變壓器內(nèi)部的纖維和絕緣油過(guò)熱，釋放出各種氣體，這些氣體包括氫氣、一氧化碳、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等。這種潛伏性故障不影響其正常運(yùn)行，但是隨著時(shí)間推移，可能發(fā)展成為嚴(yán)重故障。

在變壓器的運(yùn)行維護(hù)過(guò)程中，變壓器油中的微水含量是一個(gè)非常重要的指標(biāo)，油中微水含量對(duì)油的絕緣性能有很大的影響，水分不僅能降低絕緣系統(tǒng)的擊穿電壓和增加介質(zhì)損耗，而且它還將直接參與油紙纖維等高分材料的化學(xué)降解反應(yīng)，促使這些材料降解老化，從而加速絕緣系統(tǒng)各項(xiàng)性能的劣化；當(dāng)油中微水含量超過(guò)一定閾值時(shí)，設(shè)備的絕緣性能將大大降低，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致絕緣擊穿、燒毀設(shè)備等重大事故。

變壓器油色譜在線監(jiān)測(cè)的主要原理是在線及時(shí)監(jiān)測(cè)絕緣油中溶解的各種故障特征氣體或水分的濃度及變化趨勢(shì)，分析判斷變壓器的運(yùn)行狀況，給運(yùn)維人員提供實(shí)時(shí)的狀態(tài)顯示或警報(bào)。采用定期檢測(cè)變壓器油色譜的方法雖然也可獲取變壓器油中故障氣體和水分的含量，判斷變壓器的運(yùn)行狀況，但受到檢測(cè)周期的影響很難及時(shí)地發(fā)現(xiàn)變壓器的潛伏性故障，而且檢測(cè)過(guò)程復(fù)雜，要求相關(guān)人員的理論修養(yǎng)比較高，給監(jiān)測(cè)工作的開展和普及帶來(lái)不小的難度。

現(xiàn)階段，變壓器油色譜在線監(jiān)測(cè)技術(shù)已有多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，其技術(shù)和設(shè)備都已經(jīng)比較成熟，已經(jīng)普遍應(yīng)用于各變電站中。

2.2 局部放電監(jiān)測(cè)

變壓器局部放電監(jiān)測(cè)有電測(cè)法和非電測(cè)法兩種，電測(cè)法的原理是通過(guò)測(cè)量局部放電產(chǎn)生的脈沖信號(hào)，即脈沖電流的大小來(lái)確定放電的位置；非電測(cè)法的原理是通過(guò)測(cè)量局部放電時(shí)發(fā)出的聲波信號(hào)來(lái)確定放電位置。電測(cè)法的靈敏度高，可以確定放電點(diǎn)的位置和放電量的大小，但是因?yàn)槿菀资艿浆F(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)重的電磁干擾而降低了監(jiān)測(cè)的靈敏度和信噪比；非電測(cè)法基本不受現(xiàn)場(chǎng)電磁干擾的影響，信噪比較高，可以確定放電點(diǎn)的位置，但是其靈敏度較低，不能確定放電量大小。

局部放電監(jiān)測(cè)技術(shù)和設(shè)備雖然已經(jīng)投入使用多年，但是采用電測(cè)法的裝置受干擾嚴(yán)重和采用非電測(cè)法的裝置靈敏度不高的問(wèn)題都仍然沒有得到有效解決，故障誤報(bào)和故障拒報(bào)的情況時(shí)有發(fā)生，給用戶帶來(lái)很大的困擾，很多監(jiān)測(cè)裝置都被拆除，改為采用原來(lái)的離線檢測(cè)手段?；谏鲜鲈?，變壓器局部放電監(jiān)測(cè)技術(shù)和設(shè)備沒有得到普遍應(yīng)用，仍處于完善階段。

2.3 油中含水量在線監(jiān)測(cè)

變壓器油中含水量在線監(jiān)測(cè)還有另外一種方法，其原理是以相對(duì)飽和度和溫度為監(jiān)測(cè)特征量，采用濕度傳感器和溫度傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)油中微水含量的在線監(jiān)測(cè)，并利用計(jì)算機(jī)完成數(shù)據(jù)的采集與分析，達(dá)到在線監(jiān)測(cè)的目的。濕度傳感器是油中含水量在線監(jiān)測(cè)的一個(gè)關(guān)鍵部分，隨著此項(xiàng)監(jiān)測(cè)技術(shù)十幾年的發(fā)展，濕度傳感器的技術(shù)和材料也在不斷的改進(jìn)和變化?，F(xiàn)在的傳感器材料已經(jīng)能比較好地適應(yīng)變壓器內(nèi)部嚴(yán)酷的環(huán)境，其測(cè)量準(zhǔn)確度和使用壽命都能比較好地滿足實(shí)際應(yīng)用的要求。隨著這種技術(shù)的進(jìn)一步完善，其應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越普遍。

3 GIS 在線監(jiān)測(cè)

針對(duì)GIS 的在線監(jiān)測(cè)項(xiàng)目主要有局部放電和SF6 氣體密度監(jiān)測(cè)兩種。

3.1 局部放電在線監(jiān)測(cè)

GIS 局部放電在線監(jiān)測(cè)方法采用電氣檢測(cè)方法居多，主要包括脈沖電流法和超高頻法等等，后者目前應(yīng)用較為廣泛，具有實(shí)時(shí)性好和靈敏度高的特點(diǎn)，還具有比較強(qiáng)的抗干擾能力，在復(fù)雜環(huán)境中還能夠?qū)崿F(xiàn)相關(guān)的故障定位。其原理是當(dāng)GIS 發(fā)生絕緣故障時(shí)，常常伴隨著內(nèi)部電場(chǎng)的畸變和局部放電現(xiàn)象的出現(xiàn)，并產(chǎn)生脈沖電流，該脈沖電流激發(fā)出高頻電磁波，該電磁波從GIS 的盤式絕緣子處泄露出來(lái)，采用高頻傳感器測(cè)量絕緣縫隙處的電磁波，然后根據(jù)接收到的信號(hào)強(qiáng)度來(lái)分析局部放電的嚴(yán)重程度。

早期，GIS 局部放電在線監(jiān)測(cè)存在多種問(wèn)題，如裝置的可靠性差，抗干擾差，常誤報(bào)；無(wú)法在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行靈敏度校驗(yàn)，特別是針對(duì)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的GIS；缺乏有效的，適合工程應(yīng)用的局部放電定為手段；高頻法無(wú)頒布的國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，行業(yè)發(fā)展缺乏規(guī)范性，產(chǎn)品水平參差不齊；等等。近年來(lái)，隨著GIS 局部放電技術(shù)和設(shè)備的發(fā)展進(jìn)步，相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的不斷補(bǔ)充和完善，電力公司也在推廣相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用，GIS 局部放電監(jiān)測(cè)技術(shù)和產(chǎn)品已經(jīng)開始慢慢普及。

3.2 SF6 氣體密度在線監(jiān)測(cè)

在運(yùn)行允許條件范圍內(nèi)，GIS 內(nèi)SF6 氣體的壓力會(huì)隨著氣體溫度的變化而變化，但是，SF6 氣體的密度值始終不變。因?yàn)镚IS 的絕緣和滅弧性能在很大程度上取決于SF6 氣體的密度，所以，通過(guò)監(jiān)測(cè)SF6氣體密度可以了解GIS 內(nèi)部絕緣性能的情況。但是，由于GIS 內(nèi)部空間比較緊張，SF6 氣體密度繼電器的安裝比較麻煩，在校驗(yàn)密度繼電器的過(guò)程中從GIS 上拆裝密度繼電器可能存在的SF6 氣體漏氣的風(fēng)險(xiǎn)，而且在GIS 內(nèi)部安裝其它部件時(shí)可能會(huì)影響內(nèi)部電場(chǎng)的分布，影響絕緣效果。由于上述問(wèn)題至今沒有得到很好的解決，GIS 氣體密度在線監(jiān)測(cè)技術(shù)和設(shè)備還沒有實(shí)現(xiàn)廣泛應(yīng)用。

4 其它在線監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

除了上述幾種應(yīng)用得比較普遍的在線監(jiān)測(cè)項(xiàng)目外，斷路器動(dòng)作特性、開關(guān)柜局部放電和在線測(cè)溫、避雷器泄漏電流、動(dòng)作次數(shù)、阻性電流等在線監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的應(yīng)用相對(duì)沒那么普遍。

5 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)數(shù)十年的研究和實(shí)踐，目前輸變電設(shè)備在線監(jiān)測(cè)及帶電檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)呈現(xiàn)出快速發(fā)展的趨勢(shì)，部分成熟產(chǎn)品正被電網(wǎng)廣泛推廣和應(yīng)用，并已逐漸涵蓋變電站主要的電氣設(shè)備。然而，在線監(jiān)測(cè)及帶電檢測(cè)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，有些技術(shù)尚不十分成熟，即使已發(fā)展成熟或者推廣應(yīng)用的技術(shù)也有需要完善的空間。因此，在輸變電設(shè)備在線監(jiān)測(cè)及帶電檢測(cè)裝置的開發(fā)應(yīng)用過(guò)程中，要根據(jù)設(shè)備的具體運(yùn)行狀況，對(duì)設(shè)備監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，提高監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及分析判斷的準(zhǔn)確性。這對(duì)于提高電網(wǎng)運(yùn)行水平，促進(jìn)檢修模式的轉(zhuǎn)變，以及狀態(tài)檢修的完善都具有重要意義。

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