变电站绝缘子污秽在线监测技术

1、变电站绝缘子污秽在线监测技术李 波12,刘 念1,李瑞叶1(1.四川大学电气信息学院,成都610065;2.杭州市电力局,杭州310016摘要:为实现电气设备在线监测的智能化和自动化,以单片机为核心开发了变电站绝缘子绝缘性能在线监测系 统的远程终端,并且利用RS 485通信总线技术和后台计算机通信从而构成监测的整体系统。此系统远端可监测 变电站的温度和相对湿度以及绝缘子的泄漏电流和脉冲电流,这些信息传送到中央计算机后通过模糊多级综合评 判处理数据。模糊综合评判可以综合考虑多个因素对评判结果的影响,利用这一原理建立了绝缘子在线监测量同 绝缘性能之间的模糊关系。模糊一级综合评判可给出绝缘子的在线绝

2、缘性能,第二级综合评判即给出检修建议。 通过此方法,监控人员可以远程在线监测变电站实时绝缘状况,同时可减少电网因绝缘问题引起的故障,在保证电 网安全运行方面有参考价值。关键词:变电站;绝缘子;单片机;RS 485;模糊综合评判;在线监测中图分类号:TM855文献标志码:A 文章编号:1003-6520(200806128804Contamination of SubstationInsula.torsOn。line Monitoring Technology LI B01”。LIU Nianl,LI Ruiyel(1.School of Electrical Engineering,Sichu

3、an University,Chengdu 610065,China;2.Hangzhou Municipal Electric Power Bureau,Hangzhou 310016,ChinaAbstract:It designs the RTU(Remote Terminal Unitfor on-line monitoring system to the insulator strings of sub stations based on single-chip。which is the core of the RTU and also included the signal adj

4、 ust,A/D transform,and signal transform l for achieving the intelligent and automatic monitoring the electric equipment.The communication between RTU and centre computer is completed by RS 485serial communication.The system is made of the RTU, RS 485and the center computer.This monitoring system can

5、 monitor the temperature and relative humidity of the substation in real time and remote mode and it can also detect the leakage current and pulse current of insulator strings effectively.The information of insulator strings is transmitted tO the center computer by RS 485and pro cessed by the softwa

6、re which is installed on the center computer and based on multilevel fuzzy comprehensive evalua tion.For the multilevel fuzzy comprehensive evaluation can considered the effect between several factors and the as-sessed result comprehensively.It establishes the fuzzy relation between on-line monitori

7、ng data of insulators and the insulation of it using multilevel fuzzy comprehensive evaluation and mostly discusses the establishment of the fuzzy logical membership functions of the peak value of the leakage current。the virtual value of leakage current-the odd order harmonic of leakage current,the

8、times of the pulse leakage current and the peak value of the pulse current and the foundation of fuzzy logical relation matrix.The system has the realtime early fuzzy warning function base on the first level fuzzy comprehensive evaluation,and according to the second level fuzzy comprehensive evaluat

9、ion it makes suggestion tO operator whether it should be maintained.Only this way-the dispatcher can long-distance online mo nitor the insulated status of the substation。and this system can decrease the fault of power system which is conducted by fault of insulation.It isvery important tothe power s

10、ystem for insuring the safe operation of the power sys tam.Key words:substation;insulator;single-chip;RS 485;fuzzy comprehensive evaluation;on-line monitoring0引 言污秽引起的绝缘子污闪危害比因雷击引起的危 害更大,造成的损失更为严重。据统计,近年来绝缘 子污闪事故仅次于雷击,而损失却是雷击事故的 9.3倍1。为解决污秽监测问题,文献210-对输 电线路绝缘子和变电站绝缘子的在线监测技术作了 一定的研究,但这些文献有的对绝缘子监测的量不

11、够全面,有的在系统实现方面做的研究工作不够。 文献1113也在绝缘子防污方面作了工作,对绝缘 子在线监测技术的发展有极大帮助。本文提出了基于单片机的变电站绝缘子在线监 测系统,该系统同时测量了绝缘子的泄漏电流、脉冲 电流以及环境的温度、相对湿度。该系统上位机利 用模糊多级综合评判给出绝缘子的绝缘性能和检修 建议,具有实时、准确和易操作等特点,对变电站从2008年6月 高电压技术 第34卷第6期 1289 。1一1 1._-_一图I 变电站绝缘子在线监测系统框图Fig.1On-line monitoring system sketch of substation insulators计划检修向状

12、态检修的转变有现实意义。1绝缘子检测技术及绝缘子污秽放电的机理1.1绝缘子检测技术的发展概况绝缘子检测技术主要有直接观察法、紫外成像法、红外成像法、超声波检测法、等值盐密法、陡波试验法、电势测量法、电阻法、电场法、泄漏电流法和脉冲电流法等。这些方法各有优缺点,其中泄漏电流法和脉冲电流法比较适合做实时远程在线监测,为使系统的 监测量更全面,本文采用此两种方法相结合来实现 监测系统。1.2绝缘子污秽放电的机理绝缘子污秽放电主要分为4个阶段:表面积污; 污秽受潮;形成干区和局部电弧;闪络1。绝缘子表面的污秽放电总是形成消失再形成, 周而复始,所以绝缘子的泄漏电流和脉冲电流中就 会出现相应的电流脉冲信

13、号,基于此本文对绝缘子 的泄漏电流、脉冲电流以及环境的温度、相对湿度进 行测量从而判断绝缘子的在线运行状态。2系统结构2.1监测系统的总体结构整体系统结构如图1所示,由传感器组、远程终 端RTU(Remote Terminal Unit、RS 485总线和中 央计算机构成。2.2远程终端远程终端RTU是安装在杆塔上如图1中的虚线 框部分。它由信号调理、模数转换、单片机和电平转 换单元构成。传感器组通过同轴电缆接到远程终端。 绝缘子的泄漏电流大多<450mA引,所以对于 传感器采集到的信号必须作相应的滤波和放大处理图2利用RS485实现RTU与中央计算机通信Fig.2Computer co

14、mmunication by RS 485以达到模数转换输入信号的要求。采用不同型号的 传感器采集泄漏电流和脉冲电流,并利用自适应噪 声对消对采集到的信号进行消噪处理。2.3远程终端与中央计算机的通信采集到的数据经过电平转换之后通过RS 485总线与中央计算机相联。RS 485具有性能优异、组 网简单等优点,并且传输速度和通信距离都比RS 232更高、更长,具有强的抗干扰能力,符合变电站 绝缘子在线监测的要求,图2为相应的通信原理图。 中央计算机对数据存储并作相应处理,例如对 数据进行模糊处理从而给出绝缘子的在线绝缘性能 和检修建议等。并用模糊综合评判对在线检测到的 各种参数进行处理以得到绝缘

15、子在线的绝缘性能。3二级模糊综合评判3.1模糊综合评判的数学模型模糊二级综合评判数学模型为:C一职一(AR 7R。 (1 式中,A=EAPL,AI,AH,AF,APP,APL、AI、AH、AF、 A胛分别表示泄漏电流峰值、泄漏电流有效值、泄漏电流奇次谐波、泄漏电流脉冲频度、脉冲电流峰值的隶属函数。BEE,S,C,N3,E表示绝缘损伤极度严重;S表示绝缘损伤严重;C表示绝缘损伤一般;N表示绝缘子绝缘状况正常。c一IM,RE,N0,IM表示立即检修;RE表示待检修;NO表示不需要检修。R7、R分别为5x4和4×3阶模糊关系矩阵15。3.2各模糊量的确定采用分段划分的方式构造泄漏电流峰值的

16、隶属函数APL= 0.0, IP<50mA;0.2, 50mAIP<150InA; O4, 150mAJP<250mA 5(2 0.6,250InAIP<350ITIA; 0.8, 3501TIAIP<450ITIA; 1.0, IP450mA。式中,工r表示泄漏电流的峰值【14。16。对泄漏电流有效值隶属函数A-同绝缘子间绝 缘性能的关系作研究并用对数的指数形式表示: ,0。 f<1mA:AI 21一e-lgI,I;1mA! 式中,J表示泄漏电流的有效值14。16|。通过对泄漏电流频率特性的研究,采用泄漏电 流的3次谐波分量与基波幅值之差尸作为自变量 以求

17、取相应的隶属函数AH一1一(1nAP/ln85。 (4 对脉冲电流频度进行处理时,需要考虑频度数 ”。(i一1,2,3,4,5与绝缘子污闪之间的关系。不同 幅值范围的脉冲电流峰值出现的脉冲频度数对应不 同模糊隶属度4。其隶属函数用下式表示:AF=max(AFl,AF2,AF”AF4,AF5。 (5式中,A,。=杀olg打t AF2=i1lg以2 AF3=虿1Ig,z。 50mAIp<150mA; 150mAJP<250mA; 250mAIP<350mA;AF4=lgn4, 3501TIAIP<450mA;A矸=:以n。5=01,L45。mAo 脉冲电流峰值的隶属度函数需

18、要对绝缘子串特别是存在绝缘缺陷的绝缘子串的脉冲电流特性进行 研究,从而给出脉冲电流与绝缘子性能的关系,本文 采用隶属函数A,一1一e_半。 (6 式中,J,表示脉冲电流峰值与正常电流峰值相比 所得的倍数。对A作归一化处理,先令A=Ak,A:,A,H, A;,A品,则相对湿度RH对绝缘子绝缘性能有很大影响, 以下先确定RH<75%和RH90%时的模糊关系 矩阵,再确定75%RH<90%时的模糊关系矩阵。 RH<75%时厂0f 0彤一I oRH90%时厂0彤:I ofO.35O.250.350.25O.15O.35O.25O.350.35O.150.05O.25O.350.250

19、.40O.10O.25O.35O.250.25O.05O.050.100.15O.40O.100.15O.10O.15O.50。 (975%RH<90o/o时模糊关系矩阵介于式(8 和式(9之间。由于模糊关系矩阵的参数会因RH 的变化而有所影响,所以必须对模糊关系矩阵R作 相对湿度较正。相对湿度因子k用偏大型半梯形分布表示为 fO, RH<75%;k一R而H-75',75%RH<95%;(101RH90%。引入相对湿度因子k并作归一化处理后,式(8 和式(9可合并在一起,得到第一级模糊综合评判矩 阵R 7,其中的元素为r:一÷堡垡型赴。(11rd 2r。一o

20、 Lll, _(以+(一以惫g=1式中,i一1,2,5;J=1,2,4。第二级模糊综合评判从绝缘性能矩阵出发通过 模糊关系矩阵R得到模糊输出集c,即直接给出检 修建议,简单易懂有较强的实用性。R由下式给出:厂0R=IL00.30O.35O.35O.350.25O.300.35O.40(12 利用模糊综合评判,对在线监测到得的数据进2008年6月 高 电压技术 第34卷第6期 1291行处理就可以得到相应的绝缘性能和检修建议。 4变电站绝缘子评判试验根据前面的论述,通过对绝缘子几种参数的在 线监测,建立模糊隶属函数和模糊关系矩阵能够实 现对变电站绝缘子的实时在线监测。对某110kV 变电站的一串

21、110kV绝缘子和两串35kV绝缘子 分别进行监测,其试验结果如表1所示。表1变电站绝缘子模糊综合评判的试验结果Tab.1Verifying of insulators with fuzzycomprehensive assessment绝缘子串编号 #1电压等级/kV 3511035RH/%908092Ip/mA 28545<1AP/mA 103558ni,f一1,2,-,5659,105。0,0,010,2,0,0,00,0,0,0,0实际状态 严重劣化 一般故障(污秽引起 绝缘子表面清洁 结论 相符 相符 相符由试验结果可见,模糊综合评判在对变电站绝 缘子串进行在线监测的数据分析中

22、能够较准确的给 出绝缘子的绝缘性能,也能明确的给出检修建议,这 对变电站的绝缘子的检修有重要意义。5结 语由于绝缘子的各种参数与其污秽劣化程度之间 存在很大的模糊性,本文尝试用泄漏电流峰值、泄漏 电流有效值、泄漏电流谐波、泄漏电流脉冲频度及脉 冲电流的峰值比作为判断绝缘子的性能的参数,同 时考虑相对湿度的影响,建立模糊隶属函数和模糊 关系矩阵,从而实现对变电站绝缘子在线实时的监 测并能及时发现劣化严重的绝缘子给出检修建议。 通过模糊综合评判对变电站试验结果的分析和 处理得出的结论与实际的相比较,可看出模糊综合 评判方法的结果与实际相符,充分说明了此方法的 有效性。参 考 文 献-13朱德恒,严

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29、1一,男刘 念1956一,男,博士,教授从事电力系统安全躲控及电力设备状态监测与故障诊断方面研究工 作收稿日期200804-03编辑卫李静 变电站绝缘子污秽在线监测技术作者:李波 , 刘念 , 李瑞叶 , LI Bo, LIU Nian, LI Rui-ye作者单位:李波,LI Bo(四川大学电气信息学院,成都610065;杭州市电力局,杭州310016 , 刘念,李瑞 叶,LIU Nian,LI Rui-ye(四川大学电气信息学院,成都,610065 刊名:高电压技术 英文刊名:HIGH VOLTAGE ENGINEERING年,卷(期:2008,34(6被引用次数:1次参考文献(16条1.

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