變電站高壓電氣設(shè)備絕緣在線監(jiān)測技術(shù)探析

薛丹

摘 要：高壓電氣設(shè)備絕緣監(jiān)測可提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。隨著電網(wǎng)容量的增加，高壓電氣設(shè)備絕緣監(jiān)測面臨著新的挑戰(zhàn)。通過詳細(xì)介紹高壓電氣設(shè)備絕緣在線監(jiān)測技術(shù)，探討了變電站高壓電氣設(shè)備絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用問題，以供相關(guān)單位參考。

關(guān)鍵詞：變電站；絕緣監(jiān)測；高壓電氣設(shè)備；在線監(jiān)測技術(shù)

中圖分類號(hào)：TM855 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）19-0049-02

高壓電氣設(shè)備是電網(wǎng)系統(tǒng)的重要組成之一，其運(yùn)行質(zhì)量關(guān)系著整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的安全和穩(wěn)定。如果高壓電氣設(shè)備絕緣出現(xiàn)問題，就會(huì)影響設(shè)備的正常運(yùn)行，甚至?xí)斐刹豢赏旎氐陌踩鹿?。根?jù)資料統(tǒng)計(jì)，電氣設(shè)備絕緣故障在電力故障中占有很大的比例。因此，需要加強(qiáng)對(duì)高壓電氣設(shè)備絕緣的監(jiān)測，預(yù)防絕緣故障的發(fā)生，以確保電網(wǎng)系統(tǒng)安全、穩(wěn)定地運(yùn)行。

1 高壓電氣設(shè)備絕緣在線監(jiān)測技術(shù)概述

絕緣狀況監(jiān)測技術(shù)興起于20世紀(jì)70年代。隨著絕緣在線監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展，越來越多的監(jiān)測方法不斷涌現(xiàn)。傳統(tǒng)的絕緣在線監(jiān)測技術(shù)主要利用了數(shù)據(jù)采集和傳感器，但監(jiān)測速度較慢，且監(jiān)測效果一般。隨著智能芯片技術(shù)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了芯片與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的直接相連，利用信息技術(shù)開展絕緣在線監(jiān)測，不僅提高了監(jiān)測速度，還實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制和越線報(bào)警等功能。因此，該方法得到了廣泛的應(yīng)用。

現(xiàn)階段，變電站的電氣設(shè)備主要通過氧化鋅避雷器實(shí)現(xiàn)絕緣，與傳統(tǒng)串聯(lián)間隙法有本質(zhì)的區(qū)別。避雷裝置在運(yùn)行過程中難免會(huì)發(fā)生漏電現(xiàn)象，漏電電流會(huì)流過閥片，導(dǎo)致閥片老化的速度加快。利用在線監(jiān)測數(shù)據(jù)能夠了解電流的情況，并分析避雷器的絕緣狀態(tài)。這樣有利于及時(shí)地發(fā)現(xiàn)絕緣故障并加以修復(fù)，進(jìn)而提升電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和可靠性。

2 在線絕緣監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用

變電站的高壓電氣設(shè)備主要包括避雷器、變壓器、高壓開關(guān)柜、電流互感器、電壓互感器、耦合電容器和CVT等。下面就以這些設(shè)備的絕緣在線監(jiān)測為例，具體分析高壓電氣設(shè)備在線監(jiān)測絕緣系統(tǒng)的應(yīng)用問題。

2.1 避雷器絕緣在線監(jiān)測

避雷器對(duì)變電站的運(yùn)行安全起著關(guān)鍵作用。避雷器絕緣故障是指由于通過避雷器的阻性電流增大，導(dǎo)致其損耗增大，進(jìn)而造成熱擊穿現(xiàn)象。在傳統(tǒng)的預(yù)防性試驗(yàn)中，主要通過檢測避雷器的漏電電流判斷其絕緣狀態(tài)，監(jiān)測效率較低，且效果較差。目前，通過在線監(jiān)測避雷器中的阻性電流，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)避雷器中存在的絕緣安全隱患，這有利于變電站避雷器運(yùn)行的安全和穩(wěn)定。

2.2 變壓器絕緣在線監(jiān)測

在變壓器絕緣監(jiān)測中，要了解變壓器絕緣狀態(tài)的表示方法。其中，一般用局部放電量、放電位置、油中溶解氣體、介質(zhì)損耗值、設(shè)備電容和漏電電流等電氣特征量表示變壓器的絕緣狀態(tài)。高壓電氣設(shè)備絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)能在線監(jiān)測變壓器的局部放電量、氫氣濃度等，實(shí)時(shí)評(píng)估變壓器的絕緣狀態(tài)，并通過定位技術(shù)，獲取局部放電的三維坐標(biāo)。在油中氣體濃度的在線監(jiān)測中，監(jiān)測氣體包括CO2、CH4、C2H2、C2H4、CO和C2H6等，可根據(jù)氣體濃度評(píng)估變壓器的絕緣狀態(tài)。如果評(píng)估結(jié)果顯示變壓器絕緣存在問題，就需要跟蹤氣體的產(chǎn)氣率，以此判斷絕緣故障的性質(zhì)，并根據(jù)不同的氣體濃度判斷發(fā)生故障的元件和故障類型。一般而言，在判斷故障類型方面，在線監(jiān)測需要與電氣試驗(yàn)、氣相色譜法相互配合，以提高診斷的準(zhǔn)確性。

2.3 容性電氣設(shè)備絕緣在線監(jiān)測

耦合電容器、CVT、電流互感器、電壓互感器、套管等都屬于容性電氣設(shè)備。目前，對(duì)這些容性設(shè)備的絕緣在線監(jiān)測技術(shù)已逐漸成熟，并得到了廣泛的應(yīng)用。對(duì)容性電氣設(shè)備的監(jiān)測項(xiàng)目包括電容量、漏電電流、介質(zhì)耗損和三相不平衡電流等。

采用監(jiān)測高壓電氣設(shè)備，特別是容性設(shè)備介質(zhì)損耗角正切值的方法，能夠準(zhǔn)確地判斷設(shè)備的絕緣狀態(tài)，具有很強(qiáng)的靈敏度，可以監(jiān)測到設(shè)備是否存在絕緣老化、受潮、局部缺陷等問題。其中，容性設(shè)備絕緣問題中最突出的是絕緣受潮，其原因是容性設(shè)備的電容分布均勻性具有一定的強(qiáng)制性，且對(duì)絕緣利用率較高。所以，如果絕緣受潮，就會(huì)增加介質(zhì)的耗損，從而出現(xiàn)絕緣被擊穿的現(xiàn)象。測量通過設(shè)備的電流也是絕緣監(jiān)測的重要方式之一，該方式能夠有效判斷設(shè)備絕緣有無缺陷。如果設(shè)備絕緣存在缺陷，且處于初級(jí)階段，則絕緣介質(zhì)損耗角正切值的變化應(yīng)與電流變化一致；如果絕緣缺陷已發(fā)展至后期，則設(shè)備電容的變化應(yīng)與電流變化率一致。該方法具有較高的靈敏度，可準(zhǔn)確地判斷設(shè)備有無絕緣缺陷。

2.4 高壓開關(guān)柜絕緣在線監(jiān)測

在變電站中，高壓開關(guān)柜絕緣在線監(jiān)測是高壓電氣設(shè)備絕緣監(jiān)測的重要項(xiàng)目之一。高壓開關(guān)柜絕緣故障主要表現(xiàn)為導(dǎo)電連接部分接觸不良、絕緣老化、絕緣缺陷和絕緣劣化等，這些故障在潛伏期就會(huì)導(dǎo)致絕緣放電。而在線監(jiān)測可評(píng)估高壓開關(guān)柜的絕緣狀態(tài)。目前，在線監(jiān)測高壓開關(guān)柜絕緣狀態(tài)的主要方式為測量介質(zhì)損耗角正切值和在線監(jiān)測漏電電流。另外，還可以通過射頻法監(jiān)測高壓開關(guān)柜導(dǎo)電連接部分接觸不良的問題。

3 結(jié)束語

高壓電氣設(shè)備的絕緣性能對(duì)整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和可靠性具有重要的影響。隨著科技的發(fā)展，在傳統(tǒng)的絕緣在線監(jiān)測技術(shù)的基礎(chǔ)上融入信息化技術(shù)、嵌入網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，構(gòu)成了電氣設(shè)備絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集和傳輸，提高了電氣設(shè)備的綜合管理水平，有利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)并排除絕緣故障，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。由于高壓電氣設(shè)備長期處于高負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下，加上運(yùn)行環(huán)境等因素的影響，其絕緣容易發(fā)生老化、劣化等問題。因此，我們還需要加強(qiáng)對(duì)其絕緣性能監(jiān)測技術(shù)的研究，完善現(xiàn)有的在線監(jiān)測技術(shù)，為我國電力系統(tǒng)故障監(jiān)測工程的建設(shè)和發(fā)展作出更大的貢獻(xiàn)。

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〔編輯：張思楠〕