高压电气设备绝缘在线监测技术及应用

1、摘要 本文着重论述了变电站设备在线监测的发展，认为一个安全、可靠、实时的在线监测系统会为变电站高压电气设备的状态检修提供全面、真实的设备状态信息，同时也为高压一次设备的安全运行提供有力的保证 。 关键词：电力设备；绝缘；在线监测ABSTRACT This paper focuses on the substation equipment on-line monitoring of development,think a safe,reliable,and real-time on-line monitoring system for substation high voltage electr

2、ical equipment state information,but also for high pressure a sale operation of the equipment to provide a powerful guarantee. Keywords: Electric power equipment; Insulation; Online monitoring 引言：高压电气设备的安全运行是电网安全运行的基础。传统上，一般采用定期停电的方式对高压电气设备进行预防性试验和检修，但这种方式存在固有的局限性，不能全面、真实地反映设备存在的潜伏性故障。因此，随着国民经济的发展，电

3、力系统也逐渐发展壮大，传统的定期停电进行预防性试验的做法已不能满足电网高可靠性的要求。电力设备在线监测应运而生。所谓电力设备在线监测就是利用传感、电子、计算机 数等技术 ，通过对运行中高压设备的信号采集和传输、逻辑判断，来实现对电力设备运行状态的带电测据处理、试或不间断实时监测和诊断。下面本文就针对高压电气设备绝缘在线监测技术应用及其发展前景进行探讨。一、传统的预防性试验存在的缺点（1） 试验时需要停电，造成少送电和少发电。特殊情况下，由于设备不能停电造成漏试而形成安全隐患。（2）测试程序复杂 、工作量大、时间集中。而且易受人为因素影响。（3）试验周期长，不能及时发现 、诊断出一些发展较快的缺

4、陷。（4）试验电压低，可能远远低于设备实际的工作电压，而且由于试验期间断电，不能真实地反映设备在运行磁场、温度和环境等影响，因而诊断的结状态下的电场、果未必符合实际运行状态。二、基本原理2.1 基本原理：高压电气设备绝缘在线监测技术是在电气设备处于运行状态中，利用其工作电压来监测绝缘的各种特征参能真实的反映电气设备绝缘的运行状况。因此，对绝缘状况作出比较准确的判断。高压电气设备绝缘在线监测主要检测参数是电气设备的介损值，其测量原理大都使用硬件鉴相既过零比较的方法。目前的绝缘在线监测产品基本都是用快速傅立叶变换（FFT 的方法来求介损。取运行设备 PT 的标准电）压信号与设备泄露电流信号直接经高

5、速 A/D 采样转换后送入计算机，通过软件的方法对信号进行频普分析，仅抽取 50Hz 的基本信号进行计算求出介损。这种方法能很好地消除各种高次谐波的干扰，测试数据稳定，能很好地反映出设备的绝缘变化。对于设备物理量（如变压器油温、气体含量等） 的在线监测则是通过置放传感器探头的方法采集信号，并转换成数字信号送入计算机分析处理。采样宜采用穿芯式传感器，采样技术是绝缘在线监测系统的关键所在。采样不准确，其余的工作将失去意义。对套管、CVT等电容型设备的在线监测，其电容C和介质损耗是很好的特征参数。目前多采用基准电压与试品电流相比较的方法，即取的二次电压做为基准电压，试品的电流则通过在其接地线上套以电

6、流传感器获得。实践表明，其电容值具有较好的稳定性，而介损则有较大的波动。引起“介损”测量误差及波动的原因是多方面的，有来自电流传感器及PT的角差影响、相间耦合及电磁干扰的影响等。为消除电流传感器造成的误差，可采用线性度、稳定性都较好的超微晶磁性材料；其次采用有源传感器，其原理是在二次侧也可注人电流，以补偿激磁电流绐传感器造成的测量误差。“软采取既有硬件补偿又通过软件修正的方式进行。消除相间耦合及电磁干扰的影响硬相结合”可对传感器进行屏蔽，需要强调，不论采用哪种采样技术或何种形式的传感器，一定要保证电气设备的运行安全，“不侵入原则”杜绝末屏开路等安全隐患。2.2系统的一般功能高电压设备绝缘在线监

7、测系统既能对带电设备的绝缘特性参数实时测量，又能对获取数据进行分析处理。一般具有以下功能：（1）测量避雷器在运行中的容性电流和阻性电流变化情况，掌握其内部绝缘受潮以及阀片老化情况。（2）测量 CVT、）耦合电容器、电流互感器、套管等容性设备的泄漏电流和介质损耗，掌握其内部受潮和绝缘老化及损坏缺陷。（3）测量充油设备绝缘油的内部可燃性气体变化情）放电等缺陷情况。三、监测设备要点分析3.1 避雷器目前变电站使用的氧化锌避雷器绝大部分不再有串联间隙，MOA 运行期间总有一定的泄漏电流通过阀片，加速阀片老化。在电流测量反映整体严重受潮现象，早期老化时阻性电流增加较多，全电流变化则不明显。当阀片老化、避

8、雷器受潮、内部绝缘部件受损以及表面严重污秽时，容性电流变化不多，而阻性电流却大大增加。避雷器事故主要原因是阻性电流增大后，损耗增加，引起热击穿。所以测量交流泄漏电流及其有功分量是现场检测避雷器的主要方法，预防性试验规程也将氧化锌避雷器）的测量列入预试项目。3.2CVT、耦合电容器、电流互感器、套管等容性设备耦合电容器、电流互感器、套管等容性设测量 CVT、备介质损失角正切值是一项灵敏度很高的试验项目，它可以发现电气设备绝缘整体受潮、绝缘劣化以及局部缺，这是由陷。绝缘劣化一般具有以下一些基本特征：（1）绝缘介质损耗值会增加）由此以及其他原因产生的热量最终可能导致绝缘的热击穿。测量绝缘损失角，可以

9、检测介质损耗的变化。正切值（tg）（2）绝缘中可能伴随有局部放电和树枝状电的发生）放电量很大的局放通常只是在有雷电或者操作过电压存在以及绝缘损坏的过程中才出现，通过 tg 测量可以反映由此产生的介质损耗。四、高压电气设备绝缘在线监测技术的应用 高压电气设备绝缘在线监测技术的应用满足了现代化设备的使用和生产维修的需要，给电力系统运行安全带来了极大的可靠性。实现高压电气设备的动态实时监测，成为了现代电力系统设备监测的重要手段。下面就举例介绍高压电气设备在线监测技术的具体应用情况。4.1 变压器的绝缘在线监测 变压器绝缘在线监测主要监测绝缘油中的分解气体含量和局部放电情况，即利用聚合物薄，把特征气体

10、H2、C2H2、CO、CH4、C2H4、C2H6等从油中分离出来，然后利用新型的催化酶气体传感器来检测各气体的含量，进而判断变压器是否存在过热、放电等异常及故障。如果变压器的绝缘状况异常，则在线监测会对气体的产气率进行跟踪，从而确定变压器内部的故障元件。变压器有机绝缘老化并击穿的主要因素是局部放电，使用脉冲电流法和超声波探测法可以进行局部放电的监测，但其缺点在于无法精确定位局部放电电源，无法确定放电对绝缘的危害程度。4.2 发电机的绝缘在线监测 发电机高发问题是电气绝缘故障，所以绝缘是发电机的主要监测对象。如今广泛采取的方式是局部放电以监测发电机绝缘状况，通过端部放电、绕组断股放电等方式检测绝

11、缘过热和污染。4.3 电容型高压电气设备的绝缘在线监测 电容型高压电气设备主要包括电流互感器、电容式电压互感器、耦合电容器、变压器套管等。对电容型高压电气设备的监测主要在于交流泄露电流、等值电容、介质损耗角正切值tg等，监测交流泄露电流旨在实时反映容型设备的整体受潮程度和局部缺陷反应灵敏程度。4.4 氧化避雷器的绝缘在线监测 氧化避雷器主要容易发生的故障是受潮及老化，因此主要监测其能反映避雷器阀片受潮老化的主要因素，即阀片的泄露电流。避雷器发生故障时，阻性电流会增加，导致全电流增加。因此，在设备运行时实时监测避雷器实时电流及全电流，并和历史数据进行对比，从而准确定位避雷器缺陷部位。目前，一种安

12、装于避雷器接地引下线上的测量运行电压下泄露电流、记录避雷器动作次数的新型避雷器在线监测仪器已广泛投入运行，它既能够带电监测，也能够在线监测避雷器运行状态下阻性电流及其他参数。与传统的监测手法相比，该仪器有了更高的精确性和可操作性。4.5 GIS的绝缘在线监测 GIS的绝缘在线监测方法主要包括化学、机械和电等方法。化学方法通过分解产物的气体分析、检测局部放电和局部过热；机械方法是采用一个高灵敏性的压电加速传感器和超声波传感器，来检测在局部放电或绝缘故障时产生的机械振动和弹性波；电的方法即采用外电极、内电极和磁耦合方法测量GIS护套电势，以检测局部放电。5、 高压电气设备绝缘在线监测技术应用发展前

13、景随着电力设备的大容量化、高电压化、结构多样化及密封化发展，采用传统的停电预防性试验方式来预防高压电气设备事故或确定计划检修已显得不太适应当前需要。传统方式的特点是：（1）周期性；（2）短暂性；（3）试验电压低；（4）电网的供电可靠性相对较低。而基于高压电气设备在线监测技术的设备状态检修方式，从各方面来讲都具有明显优势，其优点是：（1）实时性；（2）真实性；(3)针对性；（4）提高了电网的供电可靠性。高压电气设备绝缘在线监测是一个专业性很强的高新科学技术，从20世纪80年代起，数学化测量、数字化测量、测试仪器及一些多功能绝缘在线监测系统已开始应用于实践，而随着计算机技术的发展，当前高压电气设备

14、绝缘在线监测技术在电力系统中的应用更是变得越来越广泛，它既能对带电设备的绝缘特性及参数进行实时测量，还能对获取的数据进行分析、诊断和储存。高压电气设备绝缘在线监测主要有以下特点：（1）测量设备绝缘油的变化情况来掌握设备内部是否有过热放电及其他可能出现的故障状况；（2）监测频率、电容、介损、泄露电流、绝缘电阻、母线电压及三相不平衡信号等，获取波形，据此分析设备内部绝缘部分的缺陷及其他状况；（3）监测信号抗干扰能力较强，具有良好的自保护性；（4）系统数据能够进行远程传输，从而实现数据共享。高压电气设备绝缘在线监测技术优点明显，但目前也存在较不完善的地方。为此，还应对在线监测技术进行更深层次的研究：

15、（1）发展人工智能技术，实现绝缘诊断的自动化，从而大大提高监测的安全性；（2）进一步提高监测系统的灵敏度与可靠性，比如实现采样装置的高灵敏度和高稳定性；（3）对监测数据进行智能化管理，从而进行更高效、更科学的分析，使有关设备人员能更准确地进行决策。总而言之，高压电气设备绝缘在线监测技术应向着更准确、更及时、更全面的方向发展，使得电气设备的工作更为安全可靠，从而实现电力系统管理的综合自动化。六、数据的分析、诊断 数据的分析、诊断应以相互比较法和趋势分析方法为主。在采用高精度的传感器及先进的数字传输技术后，分析及诊断方法，才能最终形成优还要有好的数字处理、绝缘监测系统。把在线监测得出的数据与预试值

16、相比较的方法是行不通的。因为前者是在实际工作状态下得出的，而后者是在停电情况下得出的，两者可能相差很大。较合理的做法是，首先对在线监测的原始数据进行预处理，过滤掉因某些随机干扰而出现的“野点” 然后运用相互比较法及趋势分析法进行诊断。（1 相互比较法）：虽然在线监测的数据会受多种因素的影响，但运行环境条件相同的设备，这种影响是相同的。（2 趋势分析法）：高压电气设备，除突发性的绝缘故障外，受潮、老化等常见原因造成的故障，通常呈现出缓慢而持续的增长变化模式，并且这种变化是单向不可逆的，这就有可能找出内在的某些规律性的东西来。当某设备的测量数据出现异常变化（如异常增加时） 则提示故障的先兆，应进行密切跟踪，必要时采取处理措施。七、结语 高压电气设备的应用过程中离不开系统的运行监测，而绝缘在线监测技术则提供了更为及时、准