輸變電設(shè)備在線監(jiān)測及帶電檢測技術(shù)

張軍偉++高平平

摘 要

本文主要介紹了我國在輸變電設(shè)備在線監(jiān)測、帶電檢測技術(shù)方面的發(fā)展情況，為這兩方面工作的優(yōu)化改善提供參考。

【關(guān)鍵詞】輸變電設(shè)備 在線監(jiān)測 帶電檢測

在全世界范圍內(nèi)對于輸變電設(shè)備在線監(jiān)測及帶電檢測技術(shù)的研究已經(jīng)持續(xù)了近40年。因為當(dāng)前電氣設(shè)備的種類和結(jié)構(gòu)作用不盡相同，相應(yīng)的檢測手段和檢測重點也就有所差異。就當(dāng)前我國的檢測水平來說，比較成熟的技術(shù)包括變壓器、GIS及罐式斷路器等設(shè)備局部放電監(jiān)測、變壓器油色譜分析、電容性設(shè)備電容量及介損帶電測試、氧化鋅避雷器泄漏電流監(jiān)測、紅外測溫、紫外檢測等。

1 變壓器在線監(jiān)測

變壓器是整個電力系統(tǒng)中的核心部分，所以變壓器的穩(wěn)定運行是對整個系統(tǒng)功能發(fā)揮、實現(xiàn)經(jīng)濟效益的重要前提。對于變壓器在線監(jiān)測主要是針對以下幾個指標(biāo)：變壓油中氣體的成分和含量、局部放電強度和位置的確定、繞組發(fā)生的形狀改變、鐵芯接地電流監(jiān)測及振動頻譜。

1.1 變壓油中氣體的成分和含量的檢測

對于變壓器當(dāng)中變壓油內(nèi)溶解的氣體成分和含量的檢測，能夠很好的反應(yīng)出變壓器的潛在隱患，尤其是對過熱性、電弧性和絕緣破壞性的問題提供很好的依據(jù)。

當(dāng)前對于變壓油中氣體的成分和含量的檢測技術(shù)儀器中較為成熟的是美國Serveron公司研制的T8檢測儀，該儀器既能夠?qū)θ芙庠谧儔河椭械母黝悮怏w進行檢測，同時對油中的水分和溫度加以檢測，獲得到的數(shù)據(jù)經(jīng)過分析便可以對系統(tǒng)的故障進行判斷。在我國國內(nèi)，由寧波制造出來的MGA2000變壓器色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)也已經(jīng)投入到了1 000 kV荊門變、750 kV輸變電示范工程當(dāng)中；由河南研制出來的3000型在線監(jiān)測色譜儀，已經(jīng)能夠?qū)⒆儔河椭兴械慕M成成分進行精確分析。

1.2 局部放電強度和位置監(jiān)測

局部放電是一種常見的變壓器故障。在我國高壓變壓器發(fā)生的故障當(dāng)中，一半以上都是由于產(chǎn)生了繞線間的短路，這都是由局部放電引起的。由于變壓器的內(nèi)部構(gòu)造和絕緣部件比較復(fù)雜，如果最初的設(shè)計方案存在紕漏，就會使變壓器內(nèi)部出現(xiàn)局域性的高場強，在硬件加工過程中也同樣會帶入氣泡，變壓油發(fā)生裂解、變壓器內(nèi)部的震動和趨于高溫都會形成氣泡，最終造成局部放電情況的出現(xiàn)，進而使絕緣部分受到損毀。

當(dāng)前對于變壓器局部放電的檢測包括方法：脈沖電流法、射頻檢測法、放電能量檢測法、聲測法、超高頻法。幾種方法當(dāng)中射頻檢測法和超高頻法具有較好的檢測穩(wěn)定性和準(zhǔn)確度，同時不受外界環(huán)境因素的干擾，同時隨著對信號數(shù)據(jù)采集技術(shù)的發(fā)展，這兩種檢測手段也收受到了越來越廣泛的應(yīng)用。

1.3 對繞組形變的監(jiān)測

在變壓器當(dāng)中由于繞組形變引起的故障也非常多，因此電力部門對于這一項目的檢測也逐漸重視起來。我國對于繞組形變檢測的最常用兩種方法包括頻率響應(yīng)分析法和低壓脈沖法。

將待測量范圍頻段區(qū)分開能夠很大程度的提升FRA診斷準(zhǔn)確率，特征參數(shù)選定為所有波段內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)差。LVI要比FRA對非實驗繞組形變帶來的影響程度小，同時出現(xiàn)故障時也能較為容易的找到故障點所在位置，但相同情況下兩次間隔較長的試驗結(jié)果出入會較大，即LVI的重復(fù)性較差。

在變壓器中繞組的體積和所處位置會直接影響到其內(nèi)部阻抗及相應(yīng)的電感分量，所以研究人員也越來越重視以在線監(jiān)測電抗的手段來推斷繞組的狀態(tài)，這種方法相比于之前的方法有了更好的重復(fù)性和穩(wěn)定性，但又因為只能通過一個參量來體現(xiàn)，繞組產(chǎn)生不明顯形變時，從單一參量上不能顯著的體現(xiàn)出來。

1.4 鐵芯接地電流的監(jiān)測

為了保證變壓器穩(wěn)定工作，為了避免鐵芯上產(chǎn)生對地電壓以及產(chǎn)生熱量造成的故障，就必須使鐵芯接地。而鐵芯接地電流是用來體現(xiàn)變壓器內(nèi)鐵芯發(fā)生故障的表征量，對于鐵芯接地電流一般采用穿心電流傳感器進行數(shù)據(jù)的測量

1.5 變壓器振動頻譜在線監(jiān)測

變壓器的振動變化能夠間接體現(xiàn)出其內(nèi)部一些部件的物理性故障。在上個世紀(jì)的八十年代，一些發(fā)達國家就開始通過對油箱振動的監(jiān)測來確定未工作狀態(tài)下變壓器繞組以及鐵芯的狀態(tài)，通過試驗可以得出，繞組和鐵芯存在物理學(xué)故障的變壓器發(fā)生的振動和不存在故障的振動有很大的區(qū)別。

國際上對于變壓器振動頻的監(jiān)測方面的研究已經(jīng)進行了20多年，目前我國國內(nèi)也只有為數(shù)不多的幾家高校和科研機構(gòu)從事該項技術(shù)的研究

2 電容型設(shè)備在線監(jiān)測技術(shù)

電容型設(shè)備主要包括電力電容器、電容式套管、高壓電流互感器、高壓電壓互感器及電容式電壓互感器等。一所變電站里的設(shè)備有近一半都屬于電容性，這些設(shè)備的絕緣工作也直接影響全站工作的穩(wěn)定運行。對于電容性設(shè)備的監(jiān)測也在全部監(jiān)測設(shè)備工作當(dāng)中占有很大比重，當(dāng)前對于電容設(shè)備監(jiān)測主要從泄漏電流、電容量和介質(zhì)損耗三個方面。

2.1 泄漏電流和電容量的測量

對于泄漏電流通常是在末屏上獲得，因為會受到較強電場的影響，所以對于傳感器的抗干擾性和工作的穩(wěn)定性都有很高的要求，通常選用性質(zhì)較為穩(wěn)定的坡莫合金，利用金屬外殼和多路線纜來屏蔽掉環(huán)境中的磁場干擾。如今更多的時候是直接將采集到的信號加以處理，泄漏電流和采集的母線電壓換算而得最終的電容量。

2.2 介質(zhì)損耗的測量

設(shè)備當(dāng)中的絕緣部分因潮濕產(chǎn)生的變質(zhì)，能夠利用介質(zhì)損耗的測量體現(xiàn)出來。對于這方面的研究已經(jīng)進行了較長的時間，最早的監(jiān)測方式是利用介損電橋原理，利用高壓標(biāo)準(zhǔn)電容C和R3等實地測試，這種方式比較容易因電場的干擾而產(chǎn)生較大的誤差；后來又利用到單片機進行測量，但又被證明該方法也會因網(wǎng)諧波和元件零漂影響造成測量的不穩(wěn)定性。目前對介質(zhì)損耗測量較為常用的方法是諧波分析法，是利用比較電壓和電流的基波相位變化來得到介質(zhì)損耗的量。

3 金屬氧化物避雷器在線監(jiān)測技術(shù)

金屬氧化物避雷器電阻片會因為所處環(huán)境的影響發(fā)生老化和失效，因為存在著導(dǎo)致變電站母線短路的潛在隱患，所以這一部分的監(jiān)測工作也十分重要，通常我們有如下的幾種方法：總泄漏電流法、阻性電流三次諧波法、基波法和常規(guī)補償法等。其中補償法測量阻性泄漏電流是目前較為常用的方法。

4 斷路器和GIS設(shè)備在線監(jiān)測技術(shù)

斷路器和GIS設(shè)備是系統(tǒng)的閘門，其性能的優(yōu)劣會直接關(guān)系到整個系統(tǒng)的運行安全。這部分監(jiān)測工作的內(nèi)容要根據(jù)斷路器的種類而確定，其中相對主要的幾項測量項目為：機械動作特性、滅弧室電壽命和SF氣體監(jiān)測等。

4.1 機械動作特性監(jiān)測

對于機械動作特性的監(jiān)測要利用到不同種類的傳感器，對于連桿和觸頭部分振動的監(jiān)測要利用到加速度傳感器；對于電流波形的監(jiān)測要利用到電流傳感器；對于斷路器工作中的行程監(jiān)測要利用到位移傳感器。

4.2 滅弧室電壽命監(jiān)測

滅弧室電壽命的監(jiān)測通過電流接通和斷開的積累，來推測滅弧室燒蝕程度。

4.3 SF6斷路器和GIS設(shè)備SF6氣體監(jiān)測

對于SF6氣體的監(jiān)測是利用壓力和濕度傳感器來對泄露氣體的數(shù)量和濕度進行監(jiān)測。

4.4 GIS設(shè)備振動及局部放電監(jiān)測

對于GIS設(shè)備振動監(jiān)測要利用到超聲波傳感器，對局部放電監(jiān)測利用到電磁傳感器，能夠很及時的發(fā)現(xiàn)其中產(chǎn)生的局部放電。

5 交聯(lián)聚乙烯電纜在線監(jiān)測技術(shù)

對于交聯(lián)聚乙烯電纜在線監(jiān)測技術(shù)國際上比較先進的日本，我國在這方面還處在一個以日本技術(shù)為核心的參照進行階段，國內(nèi)多數(shù)的監(jiān)測還是直接利用日本的技術(shù)和設(shè)備才能實現(xiàn)，幾種主要方法包括直流法、局部放電法、介損法、低頻成份法等。

6 輸電線路在線監(jiān)測技術(shù)

對書店線路的監(jiān)測主要在于線路和所處的工作環(huán)境相適應(yīng)的能力上，主要的監(jiān)測項目包括雷電定位系統(tǒng)、微氣象監(jiān)測系統(tǒng)、輸電線路覆冰在線監(jiān)測、微風(fēng)振動監(jiān)測、導(dǎo)線舞動監(jiān)測、風(fēng)偏在線監(jiān)測、導(dǎo)線溫度監(jiān)測、絕緣子污穢度監(jiān)測及桿塔傾斜監(jiān)測等。

7 總結(jié)

結(jié)合目前輸變電設(shè)備在線監(jiān)測及帶電檢測技術(shù)現(xiàn)有狀態(tài)和未來趨勢，總結(jié)起來說，就是監(jiān)測工作以絕緣狀態(tài)量為作為重點和出發(fā)點，向機械量和化學(xué)量的監(jiān)測上轉(zhuǎn)變和發(fā)展。除此之外，在線監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展還有另外一個趨向，就是以網(wǎng)絡(luò)作為媒介，將不同種類的動態(tài)監(jiān)測量和非動態(tài)檢測量結(jié)合起來，進而更加全面和準(zhǔn)確的分析設(shè)備的運行狀態(tài)，并為之提供可靠的評價依據(jù)。

參考文獻

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作者簡介

張軍偉（1986-），男。大學(xué)本科學(xué)歷?，F(xiàn)為國核電力規(guī)劃設(shè)計研究院工程師。主要研究方向為輸電線路。

高平平（1990-），男。大學(xué)本科學(xué)歷?，F(xiàn)為國核電力規(guī)劃設(shè)計研究院助理工程師。主要研究方向為輸電線路。

作者單位

國核電力規(guī)劃設(shè)計研究院 北京市 100095