絕緣狀態在線監測系統在電廠的應用

王 新

（臺州發電廠，浙江省 臺州市，31800）

0 引言

臺州發電廠已運行20多年，部分主要電氣設備絕緣狀況有所下降，存在著一定的安全隱患。在加強技術改造的同時，為了彌補定期預防性試驗的不足，投入運行了HVM2000智能型變電站絕緣狀態監測及診斷系統（以下簡稱“HVM2000系統”），使在線監測和預防性試驗相結合，保證設備安全可靠運行。由于主要電氣設備數量眾多，HVM2000系統主要針對運行時間較長的設備進行在線監測，包括：6臺220 kV主變、8組220 kV油紙電容型電流互感器（current transformer，CT）、11組110 kV和220 kV氧化鋅避雷器（metal oxide arrester，MOA）、4組110 kV和220 kV電壓互感器（potential transformer，PT）等。

HVM2000系統采用分層分布式結構，利用數字信號處理器（digital signal processor，DSP）技術，實現絕緣參數就地數字化采集，并引入參考相測量方法，使系統的抗干擾性能力、測量的準確性和穩定性得到了保證。HVM2000系統包含遠方管理層、控制層和就地智能監測單元。

1 電容型設備的絕緣狀況監測

對于體積較小、內部結構相對簡單的電容器、套管等電容型設備，其介損和電容量能夠反映出其內部潛在缺陷。對于在線介損數據分析應采用相對比較法和趨勢分析法相結合的方法[1]。相對比較法就是要與同電壓基準、同相、同類型設備比較分析，盡量排除現場干擾因素；趨勢分析法既要看介損絕對值波動，更要研究介損發展趨勢，全面、準確地評價設備絕緣狀況。圖1為4組電容器同期的A相介損在線監測值，其中：曲線1為220 kV聯絡一線的A相介損曲線；曲線2為龍臺2353線的A相介損曲線；曲線3為州澤2357線的A相介損曲線；曲線4為3號主變220 kV的A相介損曲線。數據曲線反映出這4組設備的A相介損在相同的PT、電壓基準、環境條件的變化趨勢十分近似。正常工況下電容型設備的介損變化具有同步性和穩定性，在相對長期的變化趨勢上能正確反映設備的絕緣狀況。

2 MOA絕緣狀況在線監測

2.1 系統電壓對MOA阻性電流的影響

阻性電流是判斷MOA內部絕緣狀況的重要參數，也是在線監測的重點項目。正常條件下，阻性電流異常增大可能是因MOA內部受潮或閥片老化引起。圖2為天氣狀況變化相對較小時，系統電壓起伏對MOA阻性電流產生的影響。當系統電壓波動明顯時，會引起阻性電流相應變化，但電壓并不是引起阻性電流變化的唯一原因。

圖3所示曲線分別為110 kV正母避雷器阻性電流Ir1、220 kV正母一段避雷器的阻性電流Ir2、污穢電流I和環境濕度。由圖3可知：環境濕度和瓷套表面的污穢電流對MOA阻性電流的影響最大，但濕度在雨天通常會有鈍化現象，污穢電流與阻性電流間最具有同步性。

運行中偶然出現的阻性電流和泄漏電流明顯偏小現象，經現場檢查均為并接在避雷器接地回路的端子接觸不良，導致分流引起，經處理即恢復正常。

2.2 屏蔽環對阻性電流的影響

在110 kV副母避雷器A相底部瓷裙上加裝了表面電流屏蔽環，用于污穢電流監測，可用它進行MOA的阻性電流分析。通過比較發現，未加屏蔽環的其他間隔MOA三相間的阻性電流差值穩定且波動一致。而110 kV副母避雷器A相的阻性電流波動幅度比B、C相明顯小得多，屏蔽環對MOA表面污穢電流引起的阻性分量增加有明顯抑制作用。圖4為110 kV副母避雷器的阻性電流變化趨勢，由于A相加裝了屏蔽環，其阻性電流數值及波動幅度均相對較小。圖中2處尖峰是受臺風泰利和臺風卡努登陸影響，證明屏蔽環在潮濕環境下消除表面電流干擾的作用明顯。

3 影響在線監測結果的因素

影響在線監測數據的因素較多，如電壓基準、相間和相鄰設備干擾、操作方式、運行電壓及環境溫濕度等[3]。在線監測的電壓基準取自母線PT二次側，因此PT固有角差和二次負載變化對相關聯設備數據測量的影響相同。同組設備相間存在彼此雜散電容干擾，但因空間位置固定而影響相對穩定。相鄰間隔設備若相距較遠、電壓等級較低，則相互干擾較小。查看在線數據發現，多數間隔無論運行或停電，對其相鄰設備的介損、阻性電流等數據均無明顯影響。而短時間的系統操作，或運行方式、系統電壓基準改變，均會導致相關聯設備在線數據波動，但不會影響其長期趨勢。因220 kV母線檢修需要，6號主變220 kV CT切換母線運行，引起CT三相介損短時間內發生明顯變化，如圖5所示。但原運行方式恢復后，介損數據逐步趨于正常。

從現場情況看，影響電容型設備介損、MOA泄漏電流和阻性電流等在線數據的最顯著因素是環境濕度和污穢電流，而環境溫度的直接影響較小。如果排除陰雨天氣干擾，天氣晴好時升壓站內瓷套表面的污穢電流、溫度、濕度的對應關系見圖6。圖中顯示，環境濕度與污穢電流變化趨勢相一致，環境溫度與污穢電流趨勢相反。環境監測記錄顯示，每天環境濕度變化有其周期性，最大值出現在05∶00～09∶00，最小值通常出現在14∶00～17∶00。這些規律有助于分析在線數據變化的原因。

4 HVM2000系統運行異常情況的排除

4.1 通信速度緩慢應答超時故障的排除

臺州發電廠HVM2000系統有2條RS485總線，分別通往110 kV、220 kV升壓站及站外主變、MOA等設備，實現控制層與各就地監測單元信息交換。由于需接入機組設備數量較多，無法做到一次性停電接入系統，因此結合設備停電機會陸續加入其中。這期間每次新進設備后系統通信都正常，但當所有就地監測單元均投入運行后，220 kV通道開始出現通信異常：應答超時，無法獲取監測數據。現場檢查發現，雖然220 kV通道上只有23臺就地監測單元，低于為保證長期穩定運行的設計值25臺，但由于220 kV設備監測點較為分散，現場布線又盡量利用原有的電纜溝及橋架，因此總線電纜施放量超出設計較多，造成傳輸距離過長。當把通道末端3臺就地監測單元從系統中脫開后發現通信恢復正常。因此，通信故障的原因是通信線路過長導致壓降過大。在通道的首尾端分別加裝100 Ω的配匹電阻，用來提高通信線路電壓，從而解決了這個問題。

4.2 防止就地監測單元地址更改措施

就地監測單元是通過RS485總線接受指令并向后臺傳輸數據。為了控制層區分設備，每一就地監測單元都有唯一的地址來表明其身份，該地址原來是通過軟件寫在看門狗里面。在系統運行過程中，曾出現部分裝置受現場干擾發生地址被更改現象，導致地址重復，數據無法交換。為此廠家對主板進行改進，地址采用8421撥碼的方式來設置，此后更改地址問題未再出現。

5 結論

HVM2000系統投入運行后，經受了廠站電磁干擾、高溫、臺風及潮濕等不利條件考驗，系統工作正常。運行實踐表明，其提供的在線數據的穩定性、準確性較好。對于現場一些難以排除的干擾因素，運用對比法和趨勢分析法來降低其影響，使在線監測數據能夠比較客觀地反映出被監測設備的健康水平，HVM2000系統的應用達到了預期目的。

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