在線監(jiān)測技術(shù)在輸變電設(shè)備中的有效應(yīng)用

孟德廣

摘 要：輸變電設(shè)備在線監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用，可為智能電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)可視化打下良好基礎(chǔ)。本文研究了輸變電在線監(jiān)測技術(shù)的特點(diǎn)，高級應(yīng)用等?？偨Y(jié)了各種在線監(jiān)測技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)。采用不同類型狀態(tài)監(jiān)測裝置菜單式接入形式，提高了用戶交互性與配置的靈活性。

關(guān)鍵詞：在線監(jiān)測技術(shù)；輸變電設(shè)備；應(yīng)用

中圖分類號：TM764 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）24-0144-02

智能電網(wǎng)技術(shù)近年來在很多國家快速發(fā)展。智能電網(wǎng)成為電網(wǎng)未來發(fā)展趨勢。輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)是提升專業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行管理精益化水平，實(shí)現(xiàn)我國電網(wǎng)向智能電網(wǎng)的升級跨越。的重要手段。其建設(shè)推廣工作對提升電網(wǎng)智能化水平具有重要的深遠(yuǎn)意義。

1 在線監(jiān)測技術(shù)在輸變電設(shè)備中的應(yīng)用意義

輸變電設(shè)備在線監(jiān)測運(yùn)用先進(jìn)的技術(shù)對設(shè)備進(jìn)行自動化監(jiān)測，輸變電設(shè)備在線監(jiān)測技術(shù)對電力設(shè)備狀況繼續(xù)擰連續(xù)性自動監(jiān)視監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)在線檢測狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集傳輸及存儲轉(zhuǎn)發(fā)。

狀態(tài)監(jiān)測是利用設(shè)備的壽命特征開發(fā)的設(shè)備，狀態(tài)監(jiān)測指監(jiān)測機(jī)器設(shè)備運(yùn)行特性的技術(shù)，狀態(tài)監(jiān)測分為基于狀態(tài)維護(hù)服務(wù)的技術(shù)與預(yù)知性維護(hù)服務(wù)的技術(shù)[1]。CBM能很好的獲取設(shè)備當(dāng)前的狀態(tài)信息，告知人們設(shè)備維護(hù)需求。TBM能防止很多事故的發(fā)生，但在檢修期間仍可能發(fā)生意外故障。

隨著能源短缺問題嚴(yán)峻化，智能化成為電網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢。目前我國研究已在智能電網(wǎng)的相關(guān)領(lǐng)域做出了大量的研究。國網(wǎng)公司智能電網(wǎng)變革環(huán)節(jié)，在信息化接入方面提供完整的解決方案。電力變壓器，避雷器等設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測評估，故障機(jī)理等方面，開展了大量的研究實(shí)踐。使得檢測技術(shù)手段得到了大大的提升。

現(xiàn)代設(shè)備管理是企業(yè)資產(chǎn)管理中的重要部分[2]。設(shè)備維護(hù)檢修是設(shè)備管理中的核心內(nèi)容。目的是設(shè)備的可靠性與可用率保持在預(yù)期水平，科學(xué)延長檢修間隔，有效管理檢修過程，實(shí)現(xiàn)企業(yè)價(jià)值最大化的目標(biāo)。

隨著科技進(jìn)步，設(shè)備檢修策略著提升。基于設(shè)備狀態(tài)評價(jià)的狀態(tài)檢修體制，建立在管理方式與檢測技術(shù)發(fā)展基礎(chǔ)上。狀態(tài)檢修是一種先進(jìn)的檢修方式，通過先進(jìn)的狀態(tài)監(jiān)測，判斷設(shè)備狀態(tài)，對故障部位及其情況做出判斷，進(jìn)行必要的檢修。為電力設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了可靠的保障。

我國長期以來沿用定期予試定期維修模式，隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，全按同一周期進(jìn)行予試檢修模式弊病突出，及時(shí)掌握在運(yùn)行條件下設(shè)備的真實(shí)狀態(tài)，是為了實(shí)現(xiàn)科學(xué)的運(yùn)行調(diào)度，全生命管理等資產(chǎn)管理的重要環(huán)節(jié)。

2 輸變電設(shè)備在線監(jiān)測技術(shù)研究

2.1 變壓器在線監(jiān)測

在線監(jiān)測運(yùn)用相關(guān)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。容性設(shè)備借損及泄露電流在線監(jiān)測，變壓器等局部放電的在線監(jiān)測，輸電線路的在線監(jiān)測技術(shù)等，已逐漸達(dá)到實(shí)用化的技術(shù)水平。變壓器油色譜在線監(jiān)測技術(shù)關(guān)鍵是油氣分離技術(shù)與氣體檢測技術(shù)，目前較成熟有效的是氣象色譜。

油氣分離技術(shù)將溶解在油中的氣體分離出，目前采用的脫氣方法主要有薄膜脫氣法，真空脫氣法與動態(tài)頂空脫氣法。薄膜脫氣法應(yīng)用聚合薄膜，利用膜兩側(cè)氣壓不平衡性實(shí)現(xiàn)油氣分離。通過計(jì)算得到油中氣體的含量[3]。其缺點(diǎn)是達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)間長，需經(jīng)常更換聚合薄膜。

真空脫氣法包括真空泵脫氣法與波紋管法兩種，真空泵脫氣法脫氣效率高，缺點(diǎn)是可重復(fù)性低。波紋管法是通過電機(jī)帶動波紋管，壓縮油氣抽成真空分離氣體。其殘留的油會影響下次測量。動態(tài)頂空脫氣法通過采樣瓶內(nèi)攪拌子攪拌，氣體析出通過檢測裝置返回采樣瓶。頂空脫氣技術(shù)具有油氣平衡時(shí)間短，重復(fù)性好等特點(diǎn)，被廣泛采用。

氣體檢測部件性能優(yōu)良決定監(jiān)測裝置性能，氣敏半導(dǎo)體在氣室中，用氣體傳感器檢測混合氣體含量。此方法作為診斷依據(jù)不夠科學(xué)。對不同氣體敏感度不同，易造成數(shù)值誤報(bào)。

氣象色譜法在高純氮?dú)庾饔孟聦⒎蛛x后氣體樣本輸送至色譜柱中，此方法優(yōu)點(diǎn)是可準(zhǔn)確檢測每種氣體液度，缺點(diǎn)是時(shí)間周期長。較適用于定期檢測。

光聲光譜法優(yōu)點(diǎn)是能減少校驗(yàn)工作量，應(yīng)用少量樣品即可檢測各組分氣體濃度，該方法不需色譜柱，可重復(fù)性好。此方法優(yōu)點(diǎn)眾多，被廣泛應(yīng)用。

2.2 變壓器局部放電在線監(jiān)測

局部放電包括脈沖型火光放電，非脈沖型輝光放電。根據(jù)變壓器放電特性，產(chǎn)生脈沖電流法，超聲波法，射頻法等。脈沖電流法在變壓器套管接地，及繞組間發(fā)生高壓電時(shí)測量脈沖電信號，可反映放電脈沖的個(gè)數(shù)等特性，需有效準(zhǔn)確的提取局部放電脈沖信號，該方法缺點(diǎn)是測量頻率低。

射頻檢測法通常用羅氏線圈型傳感器從被檢測設(shè)備中性點(diǎn)提取信號，可工作在很寬的頻率范圍中，其安裝方便，該方法在發(fā)電機(jī)在線監(jiān)測領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

放電能量檢測法將每個(gè)周波中電荷總量消耗功率值進(jìn)行測量?？捎靡詼y量電流法難相應(yīng)的輝光放電，其缺點(diǎn)是難以將放電損耗分離。超低頻局檢測法用0.1Hz電壓測量設(shè)備放電，可減少設(shè)備容量，體積可更小。其缺點(diǎn)是難以證明0.1Hz與50Hz工頻電等效性。

超聲波法通過油箱壓電傳感器內(nèi)部放電產(chǎn)生超聲波確定電流。其優(yōu)點(diǎn)是可大大減少干擾影響，可定性判斷有無放電信號。作為輔助手段應(yīng)用于變壓器檢測中。超高頻檢測法通過超高頻傳感器接收局部放電產(chǎn)生超高頻磁波，其最大特點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng)，靈敏度高，發(fā)展前景良好。近年來超高頻法逐漸應(yīng)用于變壓器中。超高頻檢測法通過收到的超高頻電磁波時(shí)下檢測，其信息量大，測量頻率高，可較全面的研究變壓器絕緣系統(tǒng)中局部放電特性。

2.3 變壓器繞組變形在線監(jiān)測

繞組是發(fā)生故障較多的部件，多數(shù)故障由繞組變形引起，目前對變壓器繞組變形檢測方法主要有頻率相應(yīng)分析，短路電抗測試與震動信號分析。頻率響應(yīng)分析是目前國際上較先進(jìn)的繞組變形診斷法，利用繞組變形前后電容等變化，測量繞組傳遞函數(shù)及反映繞組情況。具有較強(qiáng)的抗干擾能力，頻率響應(yīng)法具有很高的靈敏度。

短路電抗測試?yán)米儔浩饕欢?cè)信號，在線求得變壓器短路電抗。實(shí)現(xiàn)對變壓器繞組狀況的在線監(jiān)測，但互感器等較差及電壓波動會影響策略結(jié)果。振動信號分析通過傳感器測量繞組運(yùn)行時(shí)振動信號，反映繞組鐵芯狀況[4]。

可同時(shí)監(jiān)測繞組變形及鐵芯等結(jié)構(gòu)的松動等故障。

2.4 GIS組合器在線監(jiān)測

GIS內(nèi)部因運(yùn)行時(shí)可能出現(xiàn)各種缺陷。如導(dǎo)體毛刺，絕緣子表面附著污穢，PT和CT絕緣劣化等。GIS運(yùn)行中缺陷會導(dǎo)致不同程度的局部放電，長期會使絕緣體缺陷擴(kuò)大。GIS內(nèi)部局部放電監(jiān)測是發(fā)現(xiàn)故障的有效方法。

局部放電監(jiān)測手段分為電與非電法。非電方法包括光學(xué)法，化學(xué)法與機(jī)械學(xué)法。光學(xué)法通過GIS觀察窗用光電倍管測量GIS內(nèi)部放電發(fā)出的光，此方法監(jiān)測靈敏度不高，存在監(jiān)測死角。化學(xué)方法靈敏度不高，但對小氣室內(nèi)氣體監(jiān)測有效。機(jī)械法可采用加速傳感器或超聲波探頭進(jìn)行監(jiān)測。

超聲波波長較短，能量集中，通過壓電傳感器可很好的對放電信號進(jìn)行定性分析。該方法監(jiān)測范圍受限，目前與特高頻法結(jié)合進(jìn)行局部放電定位。

電氣法包括常規(guī)測量方法及特高頻方法。外波電極法傳感器結(jié)構(gòu)簡單，但靈敏度不高。測量地線脈沖電流法檢測靈敏度較低，可將其作為GIS巡檢的手段。絕緣子內(nèi)預(yù)埋電極法抗干擾性好，但需在絕緣子制造時(shí)設(shè)計(jì)預(yù)埋電極，增加了絕緣子制作的難度。

經(jīng)研究實(shí)踐證明，特高頻段檢測GIS局部放電抗干擾性強(qiáng)，目前檢測系統(tǒng)可進(jìn)行局部放電檢測，定位。此方式的監(jiān)測方式優(yōu)點(diǎn)是傳感器獨(dú)立于GIS，測量系統(tǒng)可移動且傳感器輕，使用方便。GIS內(nèi)置式傳感器不適用已運(yùn)行的GIS，有利于外部干擾，但需每隔一段距離安裝傳感器。

GIS每個(gè)氣室的SF6有一定量的水分，其源于氣體內(nèi)部絕緣材料等揮發(fā)的水分，商品氣體含油少量水分。測試SF6中的水分含量有很多方法，常用的庫倫解法缺點(diǎn)是電解效率會隨時(shí)間延長下降。有的直接進(jìn)行SF6露點(diǎn)測試，比用體積相對值更能準(zhǔn)確反映SF6中水平對設(shè)備的危害度。

GIS設(shè)備采用SF6其他作為絕緣，監(jiān)測GIS設(shè)備是SF6氣體米督促是監(jiān)測運(yùn)行狀態(tài)的必須手段。依靠密度繼電器上壓力接點(diǎn)向遠(yuǎn)方發(fā)出SF6氣體泄露情況。易出現(xiàn)因SF6泄露，造成主設(shè)備損壞等事故。

生產(chǎn)中交聯(lián)電會有氣泡的殘留，氣泡擊穿電壓低于，會先發(fā)生局部放電。電纜內(nèi)局部放電會產(chǎn)生電磁波，超聲波等多種現(xiàn)象，產(chǎn)生新的生成物，常用的檢測方法包括高頻檢測法，超聲波檢測法等多種。

超高頻檢測法通過UFH傳感器檢測信號，判斷是否局部放電。其優(yōu)點(diǎn)是可進(jìn)行局部定位，適用于在線檢測，缺點(diǎn)是易受到廣播信號干擾。高頻電流法秩序檢測電纜本體與接地線兩部分。其優(yōu)點(diǎn)是原理簡單，缺點(diǎn)是易受廣播電視信號干擾[5]。

3 在線監(jiān)測系統(tǒng)在輸變電故障診斷中的應(yīng)用

運(yùn)用在線監(jiān)測系統(tǒng)在線監(jiān)測輸變電設(shè)備，隨時(shí)調(diào)整設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，確保設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)合理性。在線監(jiān)測系統(tǒng)在線模式下，以時(shí)間序列開展數(shù)據(jù)分析工作，可確保對設(shè)備狀態(tài)全面檢測與科學(xué)分析數(shù)據(jù)。

對現(xiàn)場設(shè)備參數(shù)進(jìn)行分析診斷，記錄包括變壓器短路次數(shù)等，整理數(shù)據(jù)后建立設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測檔案。設(shè)備運(yùn)行檔案包括實(shí)驗(yàn)資料等，在建立檔案基礎(chǔ)上，對數(shù)據(jù)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行綜合分析診斷，科學(xué)分析設(shè)備故障問題。

在線監(jiān)測系統(tǒng)診斷輸變電設(shè)備故障，常用法有綜合分析法，比較法等，比較法是通過與設(shè)備規(guī)程中參數(shù)值，等進(jìn)行比較。在線監(jiān)測得到數(shù)據(jù)結(jié)果受PT電壓基準(zhǔn)影響較大。相同運(yùn)行環(huán)境下，測量數(shù)據(jù)具有同步變化的特點(diǎn)。可為不同設(shè)備設(shè)定相同A相。消除PT電壓基礎(chǔ)的影響?？刹捎孟嗤k法處理環(huán)境溫濕度對測量結(jié)果的影響，以提高故障診斷的準(zhǔn)確性。

采用在線檢測系統(tǒng)在線監(jiān)測輸變電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，要給出綜合評價(jià)結(jié)果，包括積累數(shù)據(jù)運(yùn)行參數(shù)及相關(guān)資料，對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)異常判斷等。分析故障類型及程度。為設(shè)備檢修提供依據(jù)。

4 結(jié)語

在線監(jiān)測系統(tǒng)可保障輸變電設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。提高輸變電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控能力。合理設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行自動采集與分析處理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障問題，消除故障隱患。

參考文獻(xiàn)

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