电力设备在线监测的现状与发展分析

电力设备在线监测的现状与开展分析

一.在线监测的诞生丈量、监视、控制等多功能二次设备以及现场测试或实时丈量对电力设备运转可靠性起了重要作用。现场测试或实时丈量的开展而诞生了在线监测。主要电力设备耦合电容器、电容型套管、电容型电流互感器、电容型电压互感器、避雷器、绝缘子、变压器、GIS、电力电缆、发电机和高压断路器在线检测目前并不能完全取代常规预防性实验：大多局限于丈量工频运转电压下的绝缘参量；无法丈量电力设备在高于运转电压下的参量；迄今尚未构成一致的判别规范。电力设备实验和维修战略的开展历程事故维修〔坏了再修，第二次世界大战之前〕〔盲目、不科学〕

定期维修〔按固定时间周期维修，当前多数情况〕〔维修过量、维修缺乏〕

形状维修〔以运转形状决议维修周期，正在逐渐开展〕〔以在线监测为根底，科学、可靠、经济、可预见〕在线监测的真实性电力设备在线监测技术是一种利用运转电压来对高压设备绝缘情况进展实验的方法，它可以大大提高实验的真实性与灵敏度，及时发现绝缘缺陷在线监测的实时性采用在线监测的方法可以根据设备绝缘情况的好坏来选择不同的监测周期，使实验的有效程度明显提高。在线监测可以积累大量的数据。将被试设备的当前实验数据〔包括停电及带电监测〕和以往的监测数据相结合，用各种数值分析方法进展及时、全面地综合分析判别，就可以发现和捕捉早期缺陷、确保平安运转，从而减小由于预防性实验间隔长所带来的误差。在线监测系统的构成二.在线监测目前存在的问题国家电网公司明确提出，要从2021年起开场全面推行实施设备形状检修，全面提升设备智能化程度，推行运用智能设备和技术，实现电网平安在线预警和设备智能化监控。国家电网公司2021年提出，暂停在线监测产品，直到2021年。如今只能以技术工程改造和创新来继续研讨在线监测与缺点诊断技术。2.1在线监测的重要性与困难度

离线的预防性实验结果的分析，曾经积累了大量阅历，据此可以制定出相应的规程推行施行在线诊断，如今仍还处于研讨、试运转、积累阅历的阶段。开展绝缘在线监测和诊断技术，即需对绝缘构造及其老化机理有深化的了解，也需运用传感、微电子等高新技术。它是具有交叉学科性质的一门新兴技术，也是当前智能电网开展的需求。这几种维修方法并不相互排斥，但在不同阶段、不同要求的情况下，共存的方式有差别。维修的目的在于获取各种信息，基于此得到设备情况的结论；迄今为止，尚不能完全建立丈量数据与设备情况之间的直接关系： Ubf(R,tanδ,PD,DGA,…)?事故维修、定期维修、形状维修三种战略2.2抗干扰问题例如变压器、GIS的部分放电监测的抗干扰问题，在线监测信号很微弱，受通讯、谐波和电压突变等要素以及高电压设各区的电磁场干扰，丈量信号的精度和数据的稳定性会遭到影响，有一些丈量信号甚至完全淹没在干扰信号中。提高在线监测系统的抗干扰才干，使丈量数据灵敏、稳定、可靠是对在线监测技术和产品的一个根本要求。应该针对不同的变电站的强干扰信号采取不同的抗干扰措施主要是阻隔干扰传播途径，以及采用软件进展数字滤波等2.3现场设备受运转条件影响和环境影响问题例如，电容性设备介损在线监测系统，当电网运转方式改动时介质损耗数据发生较大的突变，还有很多设备的介损值随温度变化呈现较大的动摇。这些景象对正确地分析判别设备的形状产生了一定的影响。因此，现场丈量设备的抗环境变化才干也是不容忽视的一个问题。2.4在线监测安装的维护问题有一些在线监测安装〔比如色谱监测〕在运转前需求进展参数的设置或标定，在长时间运转后，内部元件特性发生变化使得任务形状改动，丈量数据就会产生较大的偏向，需求定期地进展重新设置或标定，使得一些在线监测安装常规的维护任务量加大，也使得在线监测数据的可信度降低。2.5在线监测数据的分析判别及规范化问题设备的在线监测数据是在运转条件下获得的，由于设备运转条件、环境条件以及电磁干扰的影响，各种在线监测数据与离线实验数据之间通常都有一定的差别，在线监测数据的变化规律和动摇范围各有不同，在线监测工程由于干扰问题丈量灵敏度低于离线实验。离线实验所用的预防性实验规程所定的实验规范不应生搬硬套到在线监测中。建议国网公司应该对电力设备在线监测采用规范化规程。尽快使电力设备在线监测系统构成一致的技术规范。三.油浸电力设备色谱在线监测

的技术分析油色谱在线监测系统原理色谱在线监测关键技术1油气分别快而全，缩短检测周期2用一根柱高效分别H2、CO、CH4、C2H2、C2H4、C2H6六种气体，而且运用方便、易于维护3采用新型传感器，以得到更好的灵敏度、精度、稳定性4设计抗干扰才干强、自动化程度高的监控系统5研讨基于ANN的色谱缺点诊断技术，使判别正确率有所一定提高。1.油气分别技术1能浸透H2、CO、CH4、C2H2、C2H4、C2H6六种气体，而且浸透饱和时间短的透气膜2振荡脱气法3超声波脱气法4.真空脱气法几种膜饱和时间比较油气分别用PTFE膜耐压强度正常运用几年后后，膜外表已膨胀破裂。*振荡脱气就是在一个容器里，参与一定量的含有气体油样。在一定的温度下，经过充分振荡，油中溶解的各种气体必然会在气－油两相间建立动态平衡。分析气相组分的含量，根据道尔顿－亨利定律就可计算出油中原来气体的浓度。*超声脱气法是采用超声波安装，使气液两相迅速到达平衡。利用电声换能器，对压电晶体的逆压电效应，经过施加交变电压，使之发生交替的紧缩和拉伸而引起振动，使所加频率在超声的频率范围内〔即大于20Hz〕，超声波在介质中所引起的介质微粒振动，即使振幅极小，也足可使介质微粒间产生很大的相互作用力，使气体分子从油中逸出。2.混合气体分别技术1气相色谱分析原理2柱构造根本方式3色谱柱设计的关键：复合固定相HAYESEPD,PorapakT两种固定相比例分别度：3.传感器技术1几种传感器比较1半导体传感器适宜多种可燃性气体的监测。

2热线型半导体传感器对H2、CO、CH4、C2H2、C2H4、C2H6六种气体灵敏度、线性度和反响速度俱佳,优于普通半导体传感器。多组分气体监测系统外形4.在线色谱监测存在的问题1.开场正常，运转几个月后或一年后，数据差别很大。2.据悉，国网定规范时，国内几家大的色谱企业建议准确度不应小于30%.3.维护任务量较大，改换载气，定标校核等〔有些国产仪器无定标功能〕。5.分析1.油气分别不是全脱气，或部分脱气没有计算准确。2.混合气分别的色谱柱没有定期标定、改换和老化处置。3.气敏传感器寿命不长，没有定期标定和改换。6.建议1.国网成立在线色谱仪器定标中心，检测国产仪器。2.国网应针对在线色谱另外制定超标留意值，如C2H2应丁为1ppm,在线色谱不能够监测到<1ppm的值。3.准确度不应<10%。4.CO/CO2这一目的需检测，国外已以为此值涉及固体绝缘的寿命。

四。变压器的另外的监测方法

1.光声光谱法多组分监测仪2.变压器部分放电的在线监测B电－超声结合法图7－19电－超声法原理图4个超声通道,1个电测通道便携式的设备50–300kHz64MB内存路由特性可进展局放定位多用途，可用于变压器，发电机，GIS等多种电力主设备AR700–声测、电测结合的便携式局放丈量仪3.甚高频法监测变压器的局放

30～300MHz采用内置式超高频传感器放入变压器的放油阀里，监测信号经过光纤传到监测中心。抗干扰才干大大加强，较好的处理了外置式传感器的弱点。4.超高频法的根本原理是运用UHF天线〔3～30GHz〕1.5GHz以上的电磁波主要经过外壳辐射采用CBM和自动分析软件，可以将新信息提供应假设干通用组。GPS同步携带的控制电路信号波形的准确记录。这将为维护人员提供断路器运转形状的详细动作，可对一个或多个断路器修复或执行日常维护做出更可靠的决策。5.变压器缺点诊断中的气体光纤型光声光谱技术现有光学检测技术还存在气体池体积大的弊端，添加了样气的需求量，添加了油气分别的难度并延伸了气体的平衡时间，导致气体分析时间的延伸。开发具有更小气体池，分析时间更短的气体分析技术显然具有重要意义。优点:1〕光声能量集中在共振音叉处，而不是在光声池，具有更高的Q因子；2〕对环境声波噪声免疫；3〕需求更少的气样，几个毫升的气样体积，大大缩短油气分别的难度；变压器缺点诊断中的气体检测技术光声光谱技术原理：采用频率调制或幅度调制的激光在音叉的叉指间聚焦，气体对激光的吸收产生频率为f0的声波，这种自动振动方式所产生的压电信号可利用f0的锁相检测来丈量,并经过激光器的波长扫描获得光谱数据。可将一个由石英毛细管构成的微型声波谐振器置于被测气体中。光纤甲烷/乙炔气体传感器LC：气体浓度；A：光谱吸收度；L：光程；P：气体压力；S〔T〕：谱线吸收强度光纤传感器无源探头光纤气体传感技术光纤传感器不带电；不受潮湿影响；校正周期长：6个月灵敏度高〔+/-0.05%〕丈量范围大〔0-10%;0-40%;0-100%〕五。GIS在线检测与诊断工程部分放电在线检测1.外部电极法部分放电在线检测2.接地线电磁耦合法部分放电在线检测3.绝缘子中预埋电极法部分放电在线检测4.超高频检测法4个超声通道，1个电通道输入便携安装50–300kHz可用于局放定位AR70012个局放通道0.5–10MHz带宽48相位窗口32幅值窗口一切通道同时丈量R2100–专家级局放分析仪便携式GIS局放测试采用相对较低的1-20MHz的丈量频段，在这个频段内可以获得更高的信号强度和较低的噪声，某些厂家所采用的40MHz以上的高频段丈量方法虽然可以降低噪声，但是相应的局放信号强度也降得很低，对于发生在主设备内部离传感器稍远的地方的局放活动无法进展检测，使灵敏度和监测范围都遭到了很大的局限。 在1-20MHz频率范围内进展的丈量，可以获得最大限制的信噪比，并且由于相对低频范围内的信号衰减要比高频信号小得多，从而大大提高了灵敏度和监测范围。丈量频段实际证明：由于灵敏度低和现场抗干扰才干差的缘由，脉冲电流检测法主要用于GIS制造厂家的实验室局放实验和现场的验收实验，不适用于GIS在线局放的监测。由于超声波在GIS中的传播复杂，故在缺点监测上很难做到定量判别，可作为一种辅助的丈量方法。超声波监测法主要用于定位监测。5.超高频法采用超高频〔UltraHigh-Frequency，UHF〕法检测GIS中的部分放电是20世纪80年代初期由英国中央电力局〔CentralElectricityGeneratingBoard，CEGB〕提出，并运用于英国Torness420kVGIS的检测。Torness电站的多年运转阅历验证了该方法的可行性，使超高频法得到了行业的认可。在2000年修订的IEC60270及IEC50517规范中，均将这一方法作为GIS局放检测的主要方法之一。超高频法的根本原理是运用UHF天线而不是脉冲电流法的耦合电容来检测GIS部分放电产生的电磁波。超高频最主要的优点是抗干扰才干强、灵敏度高，并可以经过放电源到不同传感器的时间差对放电源进展定位。它对传感器的设计、阻抗匹配、放大器的带宽和噪声要求很高，同时又要求有多通道宽带数据采集系统；所以，相比于脉冲电流法，它的技术难度较大。部分放电源缺点类型识别与定位GIS中有能够出现的主要绝缘缺陷包括：固定缺陷、GIS腔体内可以挪动的自在金属微粒、传导部分的接触不良、绝缘子制造时呵斥的内部空隙、实验闪络引起的外表痕迹和因电极的外表粗糙或是来自制造时嵌入的金属微粒等部分放电源缺点类型识别与定位。部分放电方式识别的两个关键环节是特征提取和方式分类与识别。部分放电信号的特征有很多，常用的特征主要有：谱图特征、频谱和波形特征，方式分类与识别方法主要有：人工神经网络方法、模糊专家系统、小波分析方法等及其上述各种方法相结合的方法。监测方法耦合电容法高频法甚高频法超高频法超声波法化学法光学法优点简单；灵敏度较高，可对放电量进行校准易于实现；灵敏度较高灵敏度较高灵敏度高；可用于运行中设备灵敏度高；抗电磁干扰能力强不受电磁干扰不受电磁干扰缺点运行设备不能使用；信噪比低信噪比低，如用内电极需事先埋设造价较高，如用外电极则灵敏度低造价高结构复杂；要求丰富经验的人操作灵敏度差；不能长期监测灵敏度差；需多个传感器可达精度很高很高很高很高较高很差差适用监测的放电源固定微粒；悬浮物；气隙和裂纹各种缺陷类型都适用各种缺陷类型都适用各种缺陷类型都适用自由移动的微粒；悬浮物放电情况严重时的缺陷固定微粒；针状突出物能否故障定位不能不能能精确度较高：±0.1m适用，但条件苛刻，需多个传感器仅能判断哪个气室发生放电不能能否判别故障类型能能能能能不能不能是否已应用早期应用早期应用早期应用应用应用极少应用极少应用经过对以上7种GIS部分放电检测方法特点的分析比较可以得出以下结论：在GIS部分放电信号的检〔监〕测方法中，超高频法和超声波法是比较适用可行的方法。国内外对UHF的研讨主要集中在超高频传感器研制、超高频信号传输特性分析与建模、超高频检测系统研制、局放源类型识别和定位等几个方面。用超高频法对GIS部分放电进展在线监测在国外已有多年的运转阅历，充分证明了超高频法的有效性，而在国内还处于研讨探求阶段，是一重点开展方向。SF6绝缘气体放电分解研讨

针对气体绝缘设备绝缘缺陷产生部分放电引起SF6气体分解问题进展研讨，寻觅有效表征突发性缺点的特征气体组分，建立气体组分浓度、产气率、体积分数比与绝缘缺陷性质、程度及开展趋势等的定量关系

对SF6放电分解气体的常用检测方法有以下几种：①气相色谱法，可以对SOF2、SO2F2、SO2和CF4进展检测，，但不能检测HF和SOF4，并且色谱进样的特性决议了检测时间较长，不能做到延续在线监测，，不适于现场在线监测运用。②检测管法，目前国内外适用的仅有HF，SO2检测管，检测精度可达1ppm，但其易受温度、湿度、存放时间影响，存在交叉敏感问题，且不适宜作为放电的在线监测。

③化学分析法，仅能测定分解气体中可水解氟化物及酸度，对分解物的类型和浓度无法判别。④红外吸收光谱法，它能检测SOF2、SO2F2、SO2、SF4、SOF4、H2O和CF4，但SF6会影响其它气体的吸收峰，有交叉干扰景象；红外光源强度低，检测器灵敏度低，定量精度缺乏。

采用碳纳米控制造气体传感器检测SF6放电分解气体组分。碳纳米管(CNT，CarbonNanotube)作为一种新的资料自从1991年被发现以来，其物理化学性质和运用得到了广泛的研讨。

CNTs可作为微型气体传感器，具有常规传感器不可比较的优点：一是灵敏度高，其灵敏度可高达10ppb；二是大大降低了传感器的任务温度；三是大大减少了传感器的尺寸；四是气敏选择性强。因此，它在生物、化学、机械、航空、军事等方面具有广泛的开展出路。

可行性分析SF6放电分解组分与绝缘缺陷关系研讨的可行性研讨气体设备内部各种缺陷产生的部分放电对SF6气体分解组分的关系，经过分子仿真软件计算和实验数据分析处置，构建气体绝缘设备绝缘缺陷产生部分放电引起SF6气体分解组分的数据库，

经过研讨GIS设备绝缘缺陷产生部分放电程度和开展变化趋势以及影响要素，提示导致突发性缺点的机理和条件，根据实际计算和实验研讨的结果，采用统计、拟合和数据发掘等方法，总结出有适用价值的阅历计算公式或曲线是能够的。特征与创新①研讨SF6气体分解组分及浓度与不同绝缘缺陷类型产生的部分放电程度及开展趋势的内在联络，经过分解气体组分测定与分析，处理气体绝缘设备内部绝缘缺陷产生部分放电的缺点诊断和形状评价的难题。②针对SF6分解组分气体分子特性，进展碳纳米管多细微气敏传感器呼应机理的研讨，可研制功能性强的碳纳米管气敏传感器。综上所述，SF6放电分解组分与绝缘缺陷关系的监测和研讨，也是GIS缺点在线监测的另一个重要的开展方向。六.电力设备在线监测技术开展6.1在线监测安装的智能化。智能传感器将传感丈量、补偿计算、工程量处置与控制等功能一同实现。智能传感器采