變電設備在線監(jiān)測裝置校準技術綜述

劉志宏，陳　纓，王炳強，劉益岑，范松海，甘德剛，唐　平

(1. 國網(wǎng)西藏電力有限公司電力科學研究院，西藏 拉薩　850000；2. 國網(wǎng)四川省電力公司電力科學研究院，四川 成都　610072)

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變電設備在線監(jiān)測裝置校準技術綜述

劉志宏1，陳纓2，王炳強1，劉益岑2，范松海2，甘德剛2，唐平2

(1. 國網(wǎng)西藏電力有限公司電力科學研究院，西藏 拉薩850000；2. 國網(wǎng)四川省電力公司電力科學研究院，四川 成都610072)

摘要：介紹了變電設備在線監(jiān)測裝置校準技術，包括變壓器油中溶解氣體、局部放電、鐵心接地電流、套管介損以及六氟化硫濕度5種類型在線監(jiān)測裝置的校準方法，提出了在線監(jiān)測裝置全過程校準工作體系，并指出了在線監(jiān)測裝置校準工作的必要性和經濟效益。

關鍵詞：變電設備; 在線監(jiān)測裝置; 校準; 綜述

Abstract：The calibration technologies of five kinds of on-line monitoring device for substation equipment are introduced, including on-line monitoring devices for dissolved gas in oil, partial discharge, iron core grounding current, casing dielectric loss and SF6 micro water. The work system of the whole process calibration of on-line monitoring device is presented, and the necessity and economic benefit of the on-line monitoring equipment calibration are pointed out.

Key words：substation equipment；on-line monitoring device; calibration; summary

0引言

隨著電力設備狀態(tài)檢修工作的深入，狀態(tài)監(jiān)測技術廣泛應用到輸變電設備的日常狀態(tài)檢(監(jiān))測和分析。依靠狀態(tài)監(jiān)測裝置對運行設備開展監(jiān)測，及時、準確地掌握設備運行狀態(tài)，保證設備的安全、可靠和經濟運行已成為電力系統(tǒng)重要的技術手段[1]。在線監(jiān)測技術已發(fā)展了幾十年，隨著傳感器技術、通信技術和診斷技術的不斷發(fā)展，在線監(jiān)測產品日趨成熟。然而由于各生產廠家產品質量良莠不齊、運維單位維護不到位、在線監(jiān)測產品現(xiàn)場運行環(huán)境惡劣等多種因素，致使在線監(jiān)測裝置的準確性和可靠性不高，導致這些問題的原因有3個方面：

1)缺少統(tǒng)一的技術標準對在線監(jiān)測產品進行出廠檢驗。絕大多數(shù)在線監(jiān)測系統(tǒng)測量原理基本上都是依據(jù)離線試驗時的IEC、IEEE標準或者國家標準，但其產品制造、檢驗、校正、數(shù)據(jù)分析判斷等都沒有在線檢測技術標準，這使用戶很難識別其產品性能是否達到實際檢測要求，因此即使檢測到故障，一般還需要停電進行其他試驗作為比對。

2)現(xiàn)場在線監(jiān)測裝置運行維護水平不高?，F(xiàn)在國內很多一次設備安裝了在線監(jiān)測裝置，但據(jù)調查實際正常運行的只占30%左右。這里有兩方面的原因：一是裝置本身穩(wěn)定性較差；另一方面運維人員未接受專門的技術培訓，對于非正常運行的裝置不具備及時處理的能力。

3)變電站現(xiàn)場運行環(huán)境惡劣。在線監(jiān)測產品通常安裝在戶外，安裝地域海拔跨度大(0～4 000 m)，溫度范圍廣(-40℃～60℃)，尤其是西藏以及川西高原地區(qū)，高海拔、強紫外、晝夜溫差大，運行環(huán)境極為惡劣。由于極端氣候越來越頻發(fā)，易導致在線監(jiān)測裝置在惡劣環(huán)境條件下的準確性得不到保障。

隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，變電站一次設備的在線監(jiān)測日趨成熟，其測量數(shù)據(jù)的準確度將直接影響到設備狀態(tài)評價的準確性和可靠性，對其進行校準和校驗是提高狀態(tài)監(jiān)測測量數(shù)據(jù)的準確性和可靠性的有效途徑，從而提高狀態(tài)評價系統(tǒng)對主設備狀態(tài)評價的有效性。

1油中溶解氣體在線監(jiān)測裝置校準技術

油中溶解氣體在線監(jiān)測裝置利用氣相色譜法檢測油中溶解氣體[2]，從取油樣-油氣分離-色譜分析的全過程來看，存在著環(huán)節(jié)多、操作手續(xù)繁瑣、試驗周期長等弊病，不可避免地引進較大的試驗誤差，對于發(fā)展較快的故障的檢測不夠及時[3]，其校準方法主要包括：實驗室色譜數(shù)據(jù)比對法、標準氣體比對法、油箱配油比對法以及標準油樣法。

1.1實驗室色譜數(shù)據(jù)比對法

取運行中的變壓器油，利用實驗室氣相色譜儀進行檢測，將結果與變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測裝置檢測數(shù)據(jù)進行對比，判斷分析兩者檢測結果是否一致，對誤差進行分析，從而判斷裝置的檢測結果是否準確可靠。由于現(xiàn)場條件等因素的影響，如采樣油路設計不合理、油路污堵，都會造成所取油樣不具代表性，從而導致測量結果偏差較大。因此，利用實驗室色譜進行的數(shù)據(jù)比對，不能準確判斷現(xiàn)場在線色譜儀的檢測數(shù)據(jù)是否準確、可靠。除不適宜進行現(xiàn)場校準外，該方法耗時長、操作繁瑣、人為操作影響較大，不適合大批量校準工作。

1.2標準氣體比對法

使用一組或多組濃度的標準氣體，檢驗在線監(jiān)測數(shù)據(jù)是否準確，從而實現(xiàn)油中溶解氣體在線監(jiān)測裝置的比對校準工作。由于目前市面上的油中溶解氣體在線監(jiān)測裝置往往都包含油氣分離、組分分離和氣體檢測三大過程，僅靠標準氣體進行比對校準時，只是校準了設備的氣體檢測單元，而沒有兼顧到設備油氣分離單元和組分分離單元[4]，因此，此種方法往往意義不大。

1.3油箱配油比對法

向固定體積的油箱里裝一定體積空白的變壓器油，采用真空脫氣或高純氮脫氣，然后通入一定量的標準氣體并攪拌均勻，待油樣配制均勻后，通過實驗室色譜儀完成標準油樣的定標工作。最后標準油樣依靠自身重力作用注入油中溶解氣體在線監(jiān)測裝置中進行分析測試，將得到的結果與實驗室色譜儀的測試結果進行比較分析，從而完成在線色譜儀的比對校準工作。這種方法存在以下問題：1)特征氣體濃度控制精度低，很難根據(jù)需要配制出非常小或非常大的濃度；2)油樣濃度不穩(wěn)定，易漂移；3)配油樣用標氣無法定量，油樣中各特征氣濃度不能自由合理配制，特別是含單組份特征氣體的油樣無法配制；4)油樣切換濃度不便，特別是高濃度變低濃度，需要數(shù)小時或更長時間；5)敞開式油箱設計，密封性差，油樣含量易受外界空氣中水分、氧氣的影響；6)油樣循環(huán)能力差，氣液混合接觸面積小，配油時間長[5]。

1.4標準油樣法

傳統(tǒng)常規(guī)標準油樣校準法采用實驗室色譜對比法，常用到標準油樣這一試劑，小需求量可用手動配制，但在工業(yè)應用中大批量使用必然要求自動化的制作標樣設備。國家電網(wǎng)公司企業(yè)標準《變電設備在線監(jiān)測裝置檢驗規(guī)范》第 1、第2 兩部分規(guī)定了標油檢驗方法，對于具體的制油裝置并未給予規(guī)定。

通過設計專門的變壓器標準油樣裝置，可配制一定特征氣體含量的標準油。該方法將變壓器油特征氣體與變壓器新油以一定配比混合，達到氣液溶解平衡，其配制的樣品油濃度經實驗室色譜儀標定，其標定濃度數(shù)據(jù)接近其配比的理論濃度，可將配制的理論濃度油樣作為標準油樣，直接用于油中溶解氣體在線監(jiān)測裝置檢測，以已知理論濃度的標準油樣為基準物，實現(xiàn)對在線監(jiān)測裝置的檢驗要求。不需再多次以實驗室色譜儀標定對比，實驗室、變電站現(xiàn)場都可使用。該技術自動化制作標準油樣，自動進氣，減少了手動進氣的誤差，適于工業(yè)應用中大量制標油、批量檢驗。對于需要對油中溶解氣體在線監(jiān)測產品進行大量檢定工作的各電科院以及大型變電站，都具有重要的應用價值。

2局部放電在線監(jiān)測裝置校驗技術

傳統(tǒng)脈沖電流法局部放電已有相應的標準和溯源方法，但脈沖電流法不適宜于在線監(jiān)測。目前，局部放電在線監(jiān)測主要采用高頻電流法和超高頻法[6]，而對于高頻電流和超高頻法的局部放電在線監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性校驗還沒有制定相應的規(guī)范。

2.1高頻電流局部放電在線監(jiān)測校驗技術

高頻電流法局部放電在線監(jiān)測裝置可采集高頻脈沖電流信號，是在足夠寬的檢測頻帶范圍內檢測局部放電產生的脈沖電流信號，局部放電信號一般通過安裝在被測設備接地線上的穿心式電流傳感器或鉗型電流傳感器來獲得，因此可以通過標準信號源進行校驗。該信號源產生標準寬頻源信號經寬頻功率放大器相應耦合電容實現(xiàn)局部放電寬頻脈沖電流檢測的校準。該方法可對高頻電流傳感器幅頻特性、傳輸阻抗特性以及整套裝置靈敏度和對固定頻率干擾信號的抑制效果進行檢測。

2.2超高頻局部放電在線監(jiān)測校驗技術

在超高頻局部放電傳感器校驗方面，目前缺乏統(tǒng)一的標準和科學有效的手段，眾多的局部放電設備廠商提供的產品各異且質量參差不齊，檢測效果不佳，出現(xiàn)錯誤報警。常規(guī)的對傳感器校驗的方法是掃頻法，但是掃頻測試無法準確反映傳感器和檢測系統(tǒng)對于瞬態(tài)局部放電超高頻信號的接收能力，掃頻測量系統(tǒng)所必需的掃頻信號源等設備極其昂貴，對于檢測系統(tǒng)性能方面，國內外也缺乏一致和有效的評價方法。

3鐵心接地電流在線監(jiān)測裝置校準技術

采用標準電流源可對鐵心接地電流在線監(jiān)測裝置進行校準，但此方法一般應用于實驗室內的校準。如果在線監(jiān)測裝置已經安裝在變電站現(xiàn)場，采用電流標準源來校準則需要解決同步的問題，讓電流標準源產生的信號與鐵心接地電流的相位對應。當前，市面上已有鐵心接地電流標準源裝置，該裝置能夠產生鐵心接地電流模擬信號，通過該電流標準源即可對鐵心接地電流在線監(jiān)測裝置進行現(xiàn)場校準。

4套管介損在線監(jiān)測裝置校準技術

目前，對于套管介損在線監(jiān)測裝置檢測數(shù)據(jù)的準確性，國家電網(wǎng)公司企業(yè)標準《變電設備在線監(jiān)測裝置檢驗規(guī)范》第 1、第3 兩部分規(guī)定了兩種檢驗方法，包括高壓試驗電路和低壓試驗電路，不論是高壓試驗電路和低壓試壓電路都是通過模擬介損的方式，與標準測量儀器檢測數(shù)據(jù)的對比來進行溯源。

其溯源主要是依據(jù)電流、電壓提取，然后經過被檢儀器和標準儀器對比進行溯源，其關鍵是被檢儀器和標準儀器采集的相同電流、電壓，且電流、電壓的相位和幅值能夠計算出介損等。因此，通過輸出標準的電流和電壓模擬信號，從而實現(xiàn)對套管介損在線監(jiān)測裝置的校準。套管介損標準源需要解決的問題主要有以下幾個：1)電流、電壓相位問題；2)電流電壓幅值問題。

5SF6濕度在線監(jiān)測裝置校準技術

六氟化硫濕度的測量方法是露點法，露點法原理是當一定體積的氣體在恒定的壓力下均勻降溫時，氣體和氣體中水分的分壓保持不變，直至氣體中的水分達到飽和狀態(tài)，該狀態(tài)下的溫度就是氣體的露點。通常是在氣體流經的測定室中安裝鏡面及其附件，通過測定在單位時間內離開和返回鏡面的水分子數(shù)達到動態(tài)平衡時的鏡面溫度來確定氣體的露點。一定的氣體水分含量對應一個露點溫度；同時一個露點溫度對應一定的氣體水分含量。因此測定氣體的露點溫度就可以測定氣體的水分含量。由露點值可以計算出氣體中微量水分含量，由露點和所測氣體的溫度可以得到氣體的相對水分含量[6]。SF6濕度在線監(jiān)測裝置主要采用標準露點測量裝置與被試裝置進行比對校準。

6在線監(jiān)測裝置校準校驗應用

當前，為了對在線監(jiān)測裝置進行精益化管理和運行，提高其運行性能，電力部門越來越重視裝置的校準校驗工作，從物資采購-基建-運行-檢修，可形成一整套全過程管理體系，如圖1所示。

圖1　在線監(jiān)測裝置校準體系

1)物資招標階段：以物資抽檢的形勢，通過實驗室校準，保證采購的在線監(jiān)測裝置滿足需求部門的各項指標，從源頭上保險證裝置的質量；

2)基建階段：在安裝調試階段，通過現(xiàn)場校準，保證在線監(jiān)測裝置在滿足準確性和可靠性要求的情況下投運，并接入至輸變電設備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)；

3)運行階段：通過設置預告警閾值，將在線監(jiān)測裝置納入調控機構進行實時監(jiān)控，并對告警信號進行分析；

4)檢修階段：通過定期的校準試驗，對故障裝置進行維護，以此保證在線監(jiān)測裝置運行質量的穩(wěn)定性。

7結語

在線監(jiān)測設備測量數(shù)據(jù)的準確性將直接影響設備狀態(tài)評價的可靠性。因此，對在線監(jiān)測裝置進行校準，確保其監(jiān)測設備狀態(tài)數(shù)據(jù)精度滿足狀態(tài)評價系統(tǒng)的運行要求，可應用于生產廠家、電力公司入網(wǎng)檢測等需要對變電設備在線監(jiān)測裝置進行檢測的場所，從而確保在線監(jiān)測裝置測量數(shù)據(jù)的準確性和可靠性，提高對設備狀態(tài)評價的有效性。開展在線監(jiān)測裝置校準校驗技術研究，研發(fā)實驗室和現(xiàn)場校準儀器，建立健全校準校驗機制，將對電力部門具有直接的經濟效益：1)為入網(wǎng)檢測和物資抽檢工作提供技術手段，應用于在線監(jiān)測裝置生產廠家的出廠檢驗、網(wǎng)省電力公司物資采購入網(wǎng)檢測等需要對在線監(jiān)測裝置進行性能檢測的場所；2)提升在線監(jiān)測裝置應用效果，對投運的在線監(jiān)測裝置進行跟蹤分析，對其監(jiān)測數(shù)據(jù)準確性進行檢測檢驗，確保其監(jiān)測設備狀態(tài)數(shù)據(jù)精度滿足狀態(tài)評價系統(tǒng)的運行要求，從而提高在線監(jiān)測裝置測量數(shù)據(jù)的準確性和可靠性，提高對設備狀態(tài)評價的有效性。

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中圖分類號：TM711

文獻標志碼：A

文章編號：1003-6954(2016)02-0041-04

(收稿日期：2016-03-10)