在線監測技術在電力設備中的應用

張祥魁，陳志勇，孔繁霄

(1.邯鄲供電公司，河北 邯鄲 056002；2.河北省電力研究院，石家莊 050021)

傳統的定期檢修在一定程度上存在盲目開展、工作強度大、誤操作概率高等缺點，難以滿足電力系統可靠性的要求，以狀態檢修代替定期檢修已成為電力系統設備檢修的必然趨勢。實時在線監測及診斷技術是電力設備狀態評價的基礎，通過在線監測手段，及時、準確地掌握運行設備的絕緣狀況，根據設備在線監測數據的變化趨勢，結合巡視、離線檢查等評價設備絕緣狀態，準確制定檢修策略[1]。

1 在線監測技術的發展

我國電力設備在線監測技術已有20多年的發展歷史，大體經歷了以下3個發展階段。

1.1 帶電測試階段

帶電測試階段始于20世紀80年代，當時僅僅為了不停電而對電氣設備的某些絕緣參數(如泄漏電流)進行直接測量。該階段測試設備簡單，測試項目少，靈敏度較差。

1.2 數字化階段

90年代初，出現了各種專用的在線測試儀器，使在線監測技術從傳統的模擬量測試走向數字化測量，使用傳感器將被測量的參數直接轉換成電氣信號。

1.3 計算機階段

90年代末以來，開始利用計算機技術、傳感技術和數字波形采集處理技術，實現更多絕緣參數的在線監測。這種在線監測信息量大、處理速度快，可以對監測參數實時顯示、儲存、打印、遠傳和報警，實現絕緣在線監測的自動化。

2 電力設備在線監測分類

電力設備在線監測按其監測的作用分為保護性監測和維護性監測兩類[2]，運行人員將保護性監測數據作為工作重點，而檢修人員則將維護性監測數據作為工作重點。

2.1 保護性監測

保護性監測即設備故障監測，通過對常規運行參數(如電流、電壓、功率、溫度、流量、壓力等)的監測，得出電力設備正常運行工況的數據。同時還在故障敏感的部件設置一些專用監測器，通過對反應異常的特征量的監測，幫助運行人員及時了解這些部件的狀態，在故障發生之前報警，以便采取必要的措施，避免嚴重故障的發生。

2.2 維護性監測

維護性監測是通過在線監測，發現缺陷和監視缺陷的發展趨勢并預測發展的后果，以指導維護策略。維護性監測需要在設備運行時完成一系列的周期性或連續性試驗，當發現有異常現象時，進行異常原因分析和適當維護，以消除異常現象的根源。目前電力設備維護性監測就是從定期的停電檢修逐步過渡到根據其狀態進行的預測性維修。

3 電力設備在線監測技術的應用

通過國內預防性試驗檢測項目有效性統計分析，對電力設備絕緣缺陷反映較為有效的試驗有介質損耗角tanδ、全電流Ig、泄漏電流的直流分量IR、局部放電量等參數的測量及油中色譜分析。目前國內在線監測介質損耗角tanδ、全電流Ig、泄漏電流的直流分量IR已非常準確有效，設備的局部放電在線監測也在不斷研究和應用中。電網中主要有變壓器、GIS和SF6斷路器、隔離開關和開關柜、避雷器及互感器等電力設備，它們應用在線監測技術的特點各不相同。

3.1 變壓器

3.1.1 油中溶解氣體在線監測

電力變壓器在運行過程中，其絕緣油在過熱、放電、電弧等作用下會產生故障特征氣體，故障特征氣體的成分、含量、增長速率與變壓器內部故障的類型及嚴重程度有密切關系。變壓器油中溶解氣體在線裝置能夠連續監測運行變壓器油中的氫氣、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等氣體組分的含量，可及時診斷變壓器的絕緣狀況、早期故障和其發展趨勢，從而減少或避免非計劃停電和災難性事故的發生，為設備檢修提供科學依據。

3.1.2 局部放電在線監測

局部放電在線監測是診斷變壓器絕緣的有效方法之一。變壓器正常運行中局部放電量較小，近年生產的110 kV及以上變壓器出廠局部放電量都控制在100 pC以下。變壓器的絕緣材料中存在著氣隙和油隙，當介質的電場強度達到一定程度時，它們將被擊穿而發生局部放電，局部放電逐步發展必將導致絕緣損壞。當變壓器發生絕緣劣化或絕緣擊穿故障前期，變壓器局部放電量會增加數十倍，甚至數百倍。利用在線監測變壓器局部放電量的變化進行絕緣早期故障報警，有效監測變壓器的絕緣狀況。

3.2 GIS和SF6斷路器

GIS和高壓SF6斷路器設備在線監測診斷有效的項目是局部放電監測。局部放電監測可以彌補交流耐壓試驗的不足，通過在線監測發現GIS和SF6斷路器制造和安裝的清潔度，發現設備制造和安裝過程中的缺陷、差錯和進水受潮等(如安裝、維修時內部留有微小遺留物；電極表面有毛刺、刮傷、尖端物等損傷；支撐絕緣子內部有氣泡或受潮劣化；導電或接地部分接觸不良)，并確定放電位置，從而進行有針對性的維修，確保設備安全運行。

3.3 隔離開關和開關柜

變電站內的隔離開關和開關柜設備運行中承載著較大電流，在內外各種因素的影響下，設備的節點、接觸面常常出現溫升，最終導致突發性故障。安裝無線測溫在線監測系統，即在每個節點加裝溫度傳感器，通過無線測溫終端發射模塊、固定IP地址等收集傳感器傳遞的溫度信息，定時發送至通信管理單元，傳遞溫度信息，通過通信管理單元將數據處理和定值連接到局域網，實現對溫度的遠程監控和異常報警，有效地避免惡性事故的發生。

3.4 氧化鋅避雷器

金屬氧化物避雷器(MOA)由于閥片老化或受潮所表現出來的電氣特征是阻性電流增大，因此測量運行電壓下的交流泄漏電流是金屬氧化物避雷器在線監測的主要內容，而測量其阻性電流是關鍵。目前國內測量全泄漏電流多采用避雷器在線監測器，即將一體的毫安表與計數器串聯在避雷器接地回路中。監測器中的毫安表用于監測運行電壓下通過避雷器的泄漏電流峰值，有效地監測避雷器內部是否受潮或內部元件是否異常。避雷器在線監測在電力系統的應用比較成熟且應用效果好，通過在線監測可及時有效發現避雷器的絕緣劣化缺陷。

3.5 互感器類容性設備

在線監測電流互感器、CVT、耦合電容器、套管等容性設備介質損耗角正切值是一項靈敏度很高的試驗項目，它可以發現設備絕緣整體受潮、絕緣劣化以及局部缺陷等。通過全國互感器類容性設備缺陷故障統計分析，絕緣受潮缺陷占總缺陷的80%以上。互感器類容性設備一旦絕緣受潮會引起絕緣介質損耗增加，損耗愈大，溫度上升愈快，易造成絕緣劣化，導致絕緣擊穿。在線監測電壓采樣的是設備的運行電壓，測試電壓高于停電時的試驗電壓，因此獲得設備絕緣參數更加真實可靠，通過設備本身測量數據的縱向比較和相關設備測量數據的橫向比較準確判斷運行設備的絕緣狀況。

4 互感器類容性設備在線監測的應用實例

4.1 應用方案

邯鄲供電公司某220 kV變電站安裝了互感器類容性設備在線監測系統，對設備介質損耗進行在線測量。該在線監測系統主要由信號采集系統、處理系統、傳輸系統、控制分析系統構成，采用了直接數據和數據曲線等顯示形式，便于與歷史數據進行對比，并通過調制解調器(MODEM)將運行設備的狀況連續地傳輸到有關部門、人員手中，便于診斷分析管理。該系統監測原理見圖1。

圖1 互感器類容性設備在線監測系統的原理

在線測量易受到現場強電場的干擾，為了減小變電站強電場的干擾影響，該系統采樣裝置采用輸入阻抗極低的電流傳感器和電壓互感器二次電壓信號作為標準比較源的取樣方式。該測量系統采用數字采樣、相關數字鑒別干擾相位技術及頻譜分析處理，有較強的自檢校驗功能，有利于排除現場干擾造成的影響。在線監測技術信號采集、信號對應關系及介質損耗情況如下。

4.1.1 電容型設備末屏電流信號

傳感器一次引線直接串接在被測設備末屏引出線采集電流信號，傳感器采用高靈敏度固化電流傳感器，不改變設備的正常接線及運行方式，可保證現場使用的安全，又不會影響信號的檢測精度。測試端子通過測量電纜與檢測儀的電流輸入端相連，測量電纜采用雙絞雙屏蔽電纜，有效防止電磁場干擾。

4.1.2 標準電壓取樣信號

采用電壓互感器二次電壓信號作為標準比較源，測定的數據與停電時測量數據比較作為基準參數。電壓互感器二次側電壓信號直接在測量繞組的非接地端串接取樣電阻，通過電阻的電流信號引入取樣端子箱。取樣電阻直接安裝在電壓互感器二次測量繞組的非接地端子上，即使信號引出線發生對地短路，也不會造成電壓互感器二次繞組短路，提高了系統安全性。

4.1.3 介質損耗在線測量

變電站互感器類容型設備主要包括電流互感

器、套管及耦合電容器等并有電容屏的設備。系統在線測量介質損耗采用相對測量方式，對同相的電容型設備，根據測得的電容量比值及介質損耗值的變化趨勢，來判斷設備的絕緣狀況，減弱因相間電場干擾造成的影響，可得到真實的絕緣參數測試結果。

4.2 應用效果

通過一段時間的應用，并結合停電機會進行監測數據與常規試驗數據的多次比較，發現在線監測的數據與停電試驗數據具有一致性，可為今后的檢修工作節約大量的人力、物力，減少現場作業的次數，提高設備運行能力。同時，豐富了的運行經驗，對該變電站容性設備運行數據庫進行了完善，建立起專家分析系統、強化判別功能，制定了監測技術標準，為狀態檢修工作提供了可靠的數據。該變電站在線監測技術的應用，積極推行了狀態檢修在變電站的實現，減輕了設備檢修工作量，提高了電網運行的可靠性。

5 結束語

電力設備在線監測技術能夠及時發現和檢測出設備內部絕緣狀態的變化，并及時發出報警信號，以便快速的對設備缺陷進行消除，保證了設備在電網中的安全運行。同時為設備狀態檢修提供可靠的數據，便于檢修策略和檢修計劃的制定，是供電企業實現狀態檢修的有效技術手段。目前，電力系統狀態檢修的實施，加大了電力設備在線監測技術研究，通過在應用中不斷積累運行經驗，將使電力設備定期檢修完全過渡到狀態檢修。

參考文獻：

[1] 國家電網公司生產技術部.國家電網公司設備狀態檢修規章制度和技術標準匯編[M].北京：中國電力出版社，2008.

[2] 成永紅.電力設備絕緣監測與診斷[M].北京：中國電力出版社，2001.