變電站高壓電氣設備絕緣在線監測的應用研究

【摘要】高壓電氣試驗是考核電氣設備主絕緣或電氣參數是否滿足安全運行的一個重要手段。本文就變電站的高壓電氣設備的在線絕緣監測的關鍵技術問題與應用進行了詳細的論述，為后續的研究提供技術支持。

【關鍵詞】變電站；絕緣；在線監測

我國在線絕緣監測和故障診斷技術的研究和國外可以說是同步發展，處于幾乎是相當的水平。隨著電子技術、傳感器技術、光纖技術、計算機技術、通訊和信息處理等技術的發展和向各領域的滲透，使絕緣在線監測方法發生了質的變化。國內外都研制出一系列可實用的在線絕緣監測儀器或裝置。

1. 高壓電氣設備在線絕緣監測的關鍵技術

1.1信號傳輸技術。 如何把有傳感器獲取的信息，無畸變地送到數據處理單元去分析、處理、存儲，選擇什么樣的通信方式很重要。因為這些工作很多都是在現場進行、在設備帶高壓的情況下進行，所以要設法準確地獲取并傳輸這些相當微弱的信號，使更少受或不受干擾，就必須采取一系列的抗干擾措施。

1.2傳感器技術。 對電氣設備絕緣進行在線監測，首先是如何選用和研制各種需用的傳感器，以便從被監測設備上獲取信息，有時還需要從其他設備上同時取得作為對比或基準的信息。然后是怎樣保證傳感器在戶外有溫度變化和干擾的環境中性能穩定、工作可靠。

1.3抗干擾技術。 在高壓電氣設備在線絕緣監測的各環節中，都離不開抗干擾的問題。它包括抗電場干擾和磁場干擾。因此抗干擾技術的好壞可以說是絕緣在線監測成敗的關鍵之一。

1.4數據分析、處理和診斷技術。對電氣設備進行在線監測的目的是了解和評估設備在運行過程中的狀態，從而能及時地發現故障隱患。因此，通過對監測到的大量數據進行分析、處理是十分重要的。它可以幫助我們去偽存真，提取信號特征供診斷使用。

2. 各型傳感器特點比較

（1）在線監測的設備日常承受著運行高壓，其絕緣泄漏信號電流須經過定的傳感器才能接入主機測試儀，目前容性設備在線測試所采用的傳感器可采用電磁式傳感器、電容式傳感器或電阻式傳感器。

（2）電磁式傳感器采用容性試品的末屏引下線直接穿過傳感器CT，并與地相連接的方法，信號電流從傳感器CT的二次側獲取后接入主機檢測儀。這種類刑的傳感器具有受溫度、濕度等影響較小的特點，與電容和電阻式的傳感器相比，穩定性較好，而且穿芯CT的接地引下線與地可靠連接，沒有中間環節，不會發生末屏開路的情況，但由于有傳感器CT變比的影響，信號電流顯得相對較弱，并且傳感器CT本身就可能引入固定的角差，若這兩環節處理不好，可能會影響到測量的可信度。

（3）電阻或電容傳感器的優點是其信號電流相對較大，并直接接入便攜儀主機，增加了信噪比，這對于儀器排除干擾是有好處的。但無論是電阻還是電容傳感器均不屬于末屏直接接地方式，即使將傳感器裝入主機內部，末屏引下線上也要加裝切換裝置，有定的安全隱患，并且電阻之失效模式通常為開路，一旦此情況發生，末屏將出現很高的電壓，對安全是極為不利的，所以電阻或電容傳感器兩側須并聯系列的保安裝置，如球隙保護、TVS防浪涌裝置等，綜合來看，還是電磁式的傳感器可靠。

3. 電力設備絕緣在線監測技術的應用

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。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。

3.2GIS 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，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內容，而測量其阻性電流是關鍵。日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。

總之，實現對運行電力設備絕緣狀況的在線監測，對于電力系統的安全生產很有益。現行的預防性試驗乃是一種定期檢驗，并且需進行部分停電操作和安全措施，試驗設備需反復地搬運至現場。而在線監測正可省去這些復雜而繁瑣的過程，但電力設備的在線監測本身也是一項很細致的工作，產品研發后還需要在試驗室及現場作大量的檢驗性測試后方能確定其可行性，便攜式在線監測系統是基礎，其最終將發展為自動化程度更高的集中式在線監測系統。

參考文獻

［1］賈逸梅，高壓電氣設備現場測試技術，水利電力出版社，1994.

［2］陳化鋼，電氣設備預防性試驗方法，水利電力出版社，1994.

［3］嚴璋，電氣絕緣在線檢測技術，水利電力出版社，1995.