高壓電氣設備絕緣在線監測技術的應用及發展前景

廣東電網有限責任公司潮州供電局 張澤雄

1 引言

隨著電力行業的發展，高壓電氣設備在電網中的應用越來越廣泛。然而，由于工作環境的復雜性和設備本身的特殊性，設備的絕緣狀態容易受到影響。如果絕緣狀態不良，就會導致設備故障，甚至引起事故。因此，絕緣狀態監測對于保障電力系統的正常運行至關重要。本文將就絕緣狀態監測的重要性、面臨的挑戰以及在線監測技術在高壓電氣設備中的應用等方面進行探討。

2 絕緣在線監測技術面臨的挑戰

2.1 數據處理與分析

絕緣在線監測技術產生的數據量巨大，需要進行高效的數據處理和分析，以獲得有價值的監測結果。為此，需要開發更加智能和高效的算法，對數據進行準確、實時地處理和分析，以提高數據處理效率和準確度。

2.2 監測精度和準確性

絕緣在線監測技術需要監測高壓電氣設備中的微小信號，監測精度和準確性對于保證監測結果的可靠性至關重要。同時，高壓電氣設備的工作環境也會對監測結果產生干擾，需要進行有效的干擾消除，以提高監測精度和準確性。

2.3 設備適應性

不同類型的高壓電氣設備在絕緣在線監測方面存在差異，需要針對不同的設備進行適配和優化。同時，不同的電力系統和工作環境也需要進行適配和優化，以提高監測效果和可靠性[1]。

2.4 系統可靠性和穩定性

絕緣在線監測技術需要長期穩定地工作，系統可靠性和穩定性是保證監測結果準確性和穩定性的前提。因此，需要進行有效的系統設計和測試，確保系統能夠長期穩定工作，并采取必要的措施對系統進行維護和升級，以提高系統的可靠性和穩定性。

3 絕緣在線監測技術在高壓電氣設備中的應用

3.1 電力變壓器絕緣在線監測技術的應用

電力變壓器是電力系統中的重要設備之一，其絕緣狀態對于保障系統的安全運行至關重要。電力變壓器絕緣在線監測技術可以對變壓器的絕緣狀況進行實時監測，提供變壓器絕緣狀態的參數，如油中溶解氣體（DGA）、噪聲、電流諧波、振動、局部放電（PD）等參數。通過這些參數的監測，可以及時發現變壓器的潛在問題，并采取相應的措施進行處理和維護，以保證變壓器的安全運行和延長使用壽命。以某電廠220kV 變電站為例，該變電站共有10臺電力變壓器，其中1臺50000kVA/220kV 變壓器經過幾年的使用，出現了溫升升高、絕緣老化等問題，需要進行維護。為了及時發現問題并準確定位問題位置，該電廠引入了絕緣在線監測系統，詳見表1。

表1 高壓電力變壓器在線監測參數異常情況處理表

該系統采用了多參數綜合監測技術，對變壓器的油中溶解氣體（DGA）、噪聲、電流諧波、振動、局部放電（PD）等參數進行實時監測。監測系統每5min 自動采集一次數據，并將數據上傳到中心控制室進行分析和處理。

通過對該變壓器的監測數據分析，發現變壓器油中溶解氣體含量不斷增加，且CO 和CO2濃度明顯升高，表明變壓器油中存在絕緣油老化的現象。同時，通過對PD 數據的分析，發現變壓器的兩個相位出現了明顯的PD 信號，表明該相位的絕緣狀態存在問題[2]。

針對以上問題，該電廠采取了以下措施：首先對變壓器進行絕緣油分析，確認絕緣油老化的情況，并進行絕緣油的更換；然后對存在PD 信號的相位進行局部放電檢測和定位，找出問題位置，并進行絕緣處理；最后進行變壓器的絕緣電阻測試和溫升測試，確認絕緣狀態良好，并重新投入運行。

3.2 高壓開關設備絕緣在線監測技術的應用

高壓開關設備是電力系統中的重要組成部分，其絕緣狀態對于保障電力系統的可靠性和穩定性具有重要作用。然而，高壓開關設備的使用環境非常惡劣，容易受到氣候、污染等因素的影響，導致絕緣狀態出現問題。因此，對于高壓開關設備的絕緣狀態進行在線監測和診斷非常重要。高壓開關設備絕緣在線監測技術可以通過監測開關設備的局部放電（PD）信號等參數，對設備的絕緣狀態進行實時監測和診斷。通過監測系統采集的數據，可以及時發現設備絕緣狀態的問題，如絕緣老化、絕緣損傷等，及時采取相應的措施進行處理和維護，以避免設備故障和事故的發生，提高設備的可靠性和安全性。高壓開關設備絕緣在線監測技術主要有兩種方法，一種是傳感器法，即在高壓開關設備的絕緣表面或內部放置傳感器，采集設備的PD 信號等參數進行監測和診斷；另一種是非接觸法，即通過電磁場的變化來監測設備的絕緣狀態，不需要直接接觸設備表面或內部。

以某電廠高壓開關設備為例，該電廠共有5臺高壓開關設備，其中一臺設備經過數年的使用，出現了絕緣老化和損傷等問題，需要進行維護。為了及時發現問題并準確定位問題位置，該電廠引入了高壓開關設備絕緣在線監測系統。

該系統采用了非接觸式絕緣在線監測技術，通過檢測高壓開關設備內部的電磁場變化來實現設備的絕緣狀態監測（見表2）。監測系統每隔30min 自動采集一次數據，并將數據上傳到中心控制室進行分析和處理。通過對該設備的監測數據分析，發現該設備存在明顯的絕緣老化和損傷問題，其中一個接頭出現了明顯的PD 信號，表明該接頭的絕緣狀態存在問題。

表2 電纜狀態監測數據

針對以上問題，該電廠采取了以下措施：首先對設備進行局部放電檢測和定位，找出問題位置，并進行絕緣處理；然后進行設備的絕緣電阻測試和溫升測試，確認絕緣狀態良好，并重新投入運行。通過高壓開關設備絕緣在線監測系統的監測和分析，該電廠及時發現了設備的絕緣老化和損傷問題，并采取相應的措施進行處理和維護，避免了設備故障和事故的發生，保障了電力系統的安全運行。

通過對監測數據的分析，可以發現設備的PD信號值較高，介損損耗角較大，絕緣電阻較低，溫升較高，表明設備的絕緣狀態存在問題。通過對該數據進行綜合分析，可以及時發現設備的絕緣狀態問題并采取相應的維護措施，避免設備故障和事故的發生。

3.3 絕緣在線監測技術在其他高壓電氣設備中的應用

3.3.1 高壓電纜

高壓電纜是電力系統中的重要組成部分，用于傳輸電能和連接電力設備。然而，高壓電纜的使用環境非常惡劣，容易受到氣候、污染等因素的影響，導致電纜的絕緣狀態出現問題。因此，對于高壓電纜的絕緣狀態進行在線監測和診斷非常重要。絕緣在線監測技術可以通過監測電纜的介質損傷和老化狀態，預測電纜的壽命，并及時采取維護措施，避免電纜故障和事故的發生。例如，可以通過監測電纜中的介質損傷程度、電容值、電阻值等參數，判斷電纜絕緣狀態是否正常，及時發現電纜的潛在問題。據統計，采用絕緣在線監測技術的高壓電纜，其故障率和維修費用比普通電纜低50%以上。因此，絕緣在線監測技術在高壓電纜中的應用具有重要意義[3]。

3.3.2 GIS 設備

GIS 設備是電力系統中的重要組成部分，主要用于變電站和配電站等場所。由于GIS 設備工作環境惡劣，容易受到氣候、污染等因素的影響，從而導致絕緣狀態出現問題。因此，對于GIS 設備的絕緣狀態進行在線監測和診斷也非常重要。絕緣在線監測技術可以實現GIS 設備的絕緣狀態的實時監測和診斷，及時發現設備絕緣狀態的問題，如絕緣老化、絕緣損傷等，采取相應的措施進行處理和維護，避免設備的故障和事故的發生，保障電力系統的安全穩定運行。例如，通過監測GIS 設備的PD 信號、局部放電等參數，可以判斷設備絕緣狀態是否正常，并及時采取維護措施。據試驗數據，采用絕緣在線監測技術的GIS 設備，其故障率比普通GIS 設備降低了近60%

假設某電力公司擁有一條10km 的220kV 高壓電纜線路，經過多年運行后，電纜絕緣狀態出現問題，頻繁出現故障和事故。為了解決這一問題，該電力公司引入了絕緣在線監測技術對電纜絕緣狀態進行實時監測和診斷。監測系統采用傳感器法，在電纜表面放置多個PD 傳感器和溫度傳感器，對電纜的PD 信號、溫度、電容等參數進行實時監測和采集，并將數據上傳到中心控制室進行處理和分析。通過對電纜監測數據的分析，發現電纜的絕緣狀態存在問題，主要表現為PD 信號增強、電纜溫度升高和電容值變化等。

為了解決這一問題，該電力公司采取了以下措施：首先對電纜進行局部放電檢測和定位，找出問題位置，并進行絕緣處理；然后對電纜進行絕緣電阻測試和溫升測試，確認電纜的絕緣狀態良好，并進行絕緣修復和更換；最后進行電纜的絕緣性能測試和負荷試驗，確保電纜的安全運行。通過絕緣在線監測技術的應用，該電力公司及時發現了電纜的絕緣狀態問題，并采取相應的措施進行處理和維護，避免了設備故障和事故的發生，提高了電力系統的可靠性和安全性。同時，由于采用了絕緣在線監測技術，該電力公司也節約了大量的維護和檢修成本，提高了電力系統的經濟性和可持續性。

4 結語

絕緣在線監測技術是電力系統中的重要技術，可以實現對高壓電氣設備的絕緣狀態進行實時監測和診斷，提高設備的可靠性和安全性。針對高壓電纜的實例分析和數據說明，更加直觀地展示了絕緣在線監測技術的實際應用效果。未來，隨著技術的不斷進步和應用場景的不斷拓展，相信絕緣在線監測技術將在電力系統中發揮更加重要的作用，為保障電力系統的安全穩定運行做出更大的貢獻。