電力設(shè)備在線監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用

● 山東日照港股份動力公司 李曉峰

在線監(jiān)測是一種監(jiān)測設(shè)備運(yùn)行特性的技術(shù)或過程，通過提取故障特征信號，分析判斷被監(jiān)測特性的變化或趨勢，及時準(zhǔn)確掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，保證設(shè)備安全、可靠和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

1 電力變壓器在線監(jiān)測

1.1 溫度監(jiān)測

（1）獨(dú)立式電阻傳感器測溫。獨(dú)立式電阻傳感器測溫主要用于變壓器上層油溫的測量，其采用熱電阻作為測溫元件，利用金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而改變的特性來進(jìn)行溫度測量。

（2）壓力式溫控器測溫。壓力式溫控器由充滿感溫物質(zhì)的溫包、傳壓毛細(xì)管及盤簧管構(gòu)成。測溫時,溫包置于被測介質(zhì)中，溫包內(nèi)的感溫物質(zhì)因溫度升高，其體積膨脹，壓力增大，從而使盤簧管變形，借助齒輪或杠桿轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)傳動，由指針指示出相應(yīng)的溫度值，同時驅(qū)動微動開關(guān)輸出電信號。

（3）含復(fù)合式傳感器的溫度指示控制器測溫。復(fù)合傳感器的溫度指示控制器是在壓力式溫度控制器溫包結(jié)構(gòu)上增加一套熱電阻裝置。

溫度遙測方式常見有2種形式：一種是將Pt100鉑電阻信號從溫控器的接線上引出，通過控制電纜將溫度信號遠(yuǎn)傳到數(shù)百米遠(yuǎn)的控制室里，經(jīng)溫度變送器轉(zhuǎn)換為電壓或電流輸出方式；另一種是在油溫指示控制器內(nèi)嵌裝一個溫度變送器，直接輸出電壓或電流信號, 這些信號再送至模擬量數(shù)據(jù)采集裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，處理后的數(shù)據(jù)送監(jiān)控機(jī)計算。

（4）繞組溫控儀測溫。繞組溫控儀采用熱模擬方法間接測量變壓器繞組溫度，由變壓器上層油溫和變壓器加載的電流所來反映。

1.2 油中氣體分析監(jiān)測

油中氣體分析法是含油設(shè)備絕緣監(jiān)測最常用的方法之一。由于設(shè)備內(nèi)部不同的故障會產(chǎn)生不同的氣體，如電弧會產(chǎn)生乙炔氣，而過熱的纖維將產(chǎn)生碳氧化物，因此，通過分析油中氣體的成分、含量和相對百分比，就可達(dá)到對設(shè)備絕緣診斷的目的。

工作原理：安裝在現(xiàn)場的油泵將變壓器油循環(huán)引入油氣分離模塊進(jìn)行脫氣，分離出來的氣體進(jìn)入氣體檢測模塊，在載氣的作用下，使得混在一起的多種氣體按照特定的順序逐一進(jìn)入傳感器單元，傳感器單元配置有高靈敏度的氣體檢測器，實現(xiàn)對氣體信號的檢測。集成在裝置中的數(shù)據(jù)處理模塊實現(xiàn)對信號的定量分析，并計算出各個組分氣體含量，數(shù)據(jù)同譜圖一起上傳至專家診斷系統(tǒng)。

這種油色譜分析法維護(hù)工作量較大，需要更換載氣、定標(biāo)校核等。另外，還有一種光聲光譜法多組分監(jiān)測儀也可以實現(xiàn)對油中氣體的分析。

1.3 局部放電監(jiān)測

局部放電指絕緣結(jié)構(gòu)中由于電場發(fā)布不均勻、局部電場過高而導(dǎo)致的絕緣介質(zhì)中局部范圍內(nèi)的放電或擊穿現(xiàn)象，雖然對于局部放電來說，其能量密度不大，但如果進(jìn)一步的發(fā)展，將會形成放電惡性循環(huán)，最終導(dǎo)致設(shè)備擊穿、損壞，從而引起更大事故。

（1）超聲波檢測法。超聲波是通過檢測電力設(shè)備局部放電產(chǎn)生的超聲波信號來測量局部放電的大小和位置，在實際檢測中，超聲傳感器貼在變壓器的油枕壁上。

（2）常規(guī)脈沖電流法。局部放電過程中會伴隨著電荷的遷移，遷移電荷可在外圍測量回路中產(chǎn)生脈沖電流，因此通過檢測該脈沖電流便可實現(xiàn)對局部放電的測量。常規(guī)脈沖電流法通過檢測阻抗或電流傳感器，檢測電力設(shè)備及部件內(nèi)部由于局部放電引起的脈沖電流信號，獲得視在放電量。

（3）寬頻帶脈沖電流檢測法。脈沖電流法是通過檢測阻抗、檢測變壓器套管接地線、鐵芯接地線、外殼接地線以及繞組中由于局部放電引起的脈沖電流來獲得放電量，該方法是常規(guī)脈沖電流法在頻率范圍上的展寬。

（4）超高頻檢測法(UHF法)局部放電檢測。絕緣故障往往伴隨著局部放電現(xiàn)象，產(chǎn)生脈沖電流，電流脈沖上升時間及持續(xù)時間僅為納秒(nS)級，該電流脈沖將激發(fā)出高頻電磁波，其主要頻段為0.3～3GHz。UHF法采用超高頻傳感器測量電磁波，然后根據(jù)接收的信號強(qiáng)度來分析局部放電的嚴(yán)重程度，這是目前較新的一種方法，可以帶電連續(xù)監(jiān)測，測量方法不改變設(shè)備的運(yùn)行方式，抗干擾能力強(qiáng)。

1.4 鐵心接地電流監(jiān)測

變壓器正常運(yùn)行下鐵心一點接地，并且接地電流很小，只有幾毫安；但是當(dāng)出現(xiàn)變壓器鐵心發(fā)生接地故障時，受環(huán)流影響，鐵心接地電流增大，通過采用零磁通電流傳感器可以有效地監(jiān)測鐵心接地電流大小，將信號引入信號采集板，可以實現(xiàn)鐵心接地電流的實時監(jiān)測以及信號傳輸。

2 高壓斷路器在線監(jiān)測

2.1 斷路器機(jī)械系統(tǒng)監(jiān)測

機(jī)械系統(tǒng)監(jiān)測的內(nèi)容有：行程—時間曲線，分、合閘線圈電流—時間曲線，斷口位置、輔助節(jié)點位置，分、合狀態(tài)，行程、分合速度、超程、過沖、反彈、不同期性等參數(shù)，分合時間，控制回路操作電壓，線圈電流、功耗等。

2.2 儲能機(jī)構(gòu)在線監(jiān)測

監(jiān)測儲能機(jī)構(gòu)電流—時間曲線，電流幅值，電流啟動沖擊值、持續(xù)時間，啟動次數(shù)，儲能狀態(tài)等。

2.3 斷路器觸頭電壽命監(jiān)測

影響觸頭壽命的因素，包括滅弧室、滅弧介質(zhì)和觸頭3個方面，其中起決定作用的是觸頭電磨損。目前對觸頭電磨損的監(jiān)測普遍采用基于斷路器的電壽命曲線的開斷電流加權(quán)累積法，但由于該方法沒有考慮斷路器運(yùn)行時三相之間的差別和燃弧時間的因素，誤差會較大。

2.4 斷路器動靜觸頭溫度在線監(jiān)測

溫度監(jiān)測分人工手持紅外設(shè)備巡檢、采用分布式光纖測溫及在線無線測溫方式，后者目前應(yīng)用較多。無線測溫系統(tǒng)通過對斷路器動靜觸頭等電氣設(shè)備節(jié)點的溫度連續(xù)監(jiān)測，實現(xiàn)故障的早期報警。當(dāng)發(fā)生過熱故障時，及時報警并指明故障點位置，以保證電氣設(shè)備可靠運(yùn)行。

2.5 GIS局部放電在線監(jiān)測

GIS中有可能出現(xiàn)的絕緣缺陷有：固定缺陷、GIS腔體內(nèi)可以移動的自由金屬微粒、傳導(dǎo)部分的接觸不良、絕緣子制造時造成的內(nèi)部空隙、閃絡(luò)引起的表面痕跡和因電極的表面粗糙或是來自制造時嵌入的金屬微粒等。

其局部放電監(jiān)測一般有外部電極法、接地線電磁耦合法、絕緣子中預(yù)埋電極法、超高頻檢測法。

2.6 SF6放電分解氣體監(jiān)測

（1）氣相色譜法，可以對 SOF2、SO2F2、SO2和 CF4進(jìn)行檢測，但不能檢測HF和SOF4，并且色譜進(jìn)樣的特性決定了檢測時間較長，不能做到連續(xù)在線監(jiān)測，不適于現(xiàn)場在線監(jiān)測應(yīng)用。

（2）檢測管法，目前實用的僅有HF、SO2檢測管，檢測精度可達(dá)1ppm，但其易受溫度、濕度、存放時間影響，存在交叉敏感問題，且不適合作為放電的在線監(jiān)測。

（3）化學(xué)分析法，僅能測定分解氣體中可水解氟化物及酸度，對分解物的類型和濃度無法判斷。

（4）紅外吸收光譜法，它能檢測 SOF2、SO2F2、SO2、SF4、SOF4、H2O和CF4，但SF6會影響其它氣體的吸收，有交叉干擾現(xiàn)象；紅外光源強(qiáng)度低，檢測器靈敏度低，定量精度不足。

2.7 SF6泄漏在線監(jiān)測報警系統(tǒng)

檢測SF6開關(guān)室、組合電器室（GIS室）、SF6主變室等環(huán)境空氣中SF6氣體和氧氣含量，當(dāng)環(huán)境中SF6氣體含量超標(biāo)及濃度或缺氧時能實時進(jìn)行報警，同時自動開啟通風(fēng)機(jī)進(jìn)行通風(fēng)。

2.8 微水在線監(jiān)測系統(tǒng)

實時監(jiān)測SF6氣體中水分含量等指標(biāo)，實現(xiàn)就地顯示、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳、數(shù)據(jù)分析等眾多功能。

3 容性設(shè)備在線監(jiān)測

容性設(shè)備包括電流互感器、電容式電壓互感器、變壓器套管和耦合電容器，主要監(jiān)測方法是使用穿芯式零磁通傳感器對末屏電流進(jìn)行測量，計算介質(zhì)損耗和等值電容。

4 電纜狀態(tài)在線監(jiān)測

在運(yùn)行電壓下對電纜絕緣等狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測電纜接地電流、對地阻抗、介損因數(shù)、電纜接頭溫度、電纜局部放電量等，進(jìn)行全方位監(jiān)視預(yù)警，提供檢修參考依據(jù)，避免事故發(fā)生。目前較多利用暫態(tài)行波技術(shù)，采用電纜瞬時性暫態(tài)故障的行波特征對絕緣狀況進(jìn)行監(jiān)測。

如果加上行波測距技術(shù)、行波選線技術(shù)進(jìn)行電纜故障定位及選線，可以實現(xiàn)電力電纜的故障預(yù)警測距。

5 避雷器在線監(jiān)測

在正常運(yùn)行情況下，避雷器的主要電流為容性電流，阻性電流只占很少部分。當(dāng)避雷器受潮、閥片老化、表面嚴(yán)重污穢時，容性電流可能變化不多，而阻性電流和三次諧波電流卻大大增加，通過監(jiān)測避雷器全電流、阻性電流及三次諧波電流可以全面反映避雷器的絕緣狀態(tài)。

無線自診斷型避雷器可實現(xiàn)避雷器腔體內(nèi)溫度、濕度、過電壓動作次數(shù)、過電壓動作值、動作時間、過電壓動作時長、相別及泄漏電流值監(jiān)測。

6 直流系統(tǒng)在線監(jiān)測

能夠?qū)崟r監(jiān)控系統(tǒng)電壓電流、對地電壓、對地阻抗、接地檢測、電池電壓、充電電流、溫度等參數(shù)，故障時發(fā)出報警，也可以增加電池內(nèi)阻均衡模塊，具備電池巡檢、內(nèi)阻測試、均衡管理功能，對蓄電池實時在線監(jiān)控。通過設(shè)定電池充放電循環(huán)次數(shù)，對蓄電池進(jìn)行活化等，解決串聯(lián)電池組單體電壓不均衡問題，延長蓄電池組使用壽命。

當(dāng)前，在線監(jiān)測技術(shù)發(fā)展迅速，甚至延伸到維護(hù)保養(yǎng)方面，陸續(xù)出現(xiàn)電力設(shè)備在線養(yǎng)護(hù)等方式。隨著智能變電站的技術(shù)發(fā)展，在線監(jiān)測在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用將會越來越廣泛。