在线监测技术在电力设备中的应用

张祥魁，陈志勇，孔繁霄

(1.邯郸供电公司，河北 邯郸 056002；2.河北省电力研究院，石家庄 050021)

传统的定期检修在一定程度上存在盲目开展、工作强度大、误操作概率高等缺点，难以满足电力系统可靠性的要求，以状态检修代替定期检修已成为电力系统设备检修的必然趋势。实时在线监测及诊断技术是电力设备状态评价的基础，通过在线监测手段，及时、准确地掌握运行设备的绝缘状况，根据设备在线监测数据的变化趋势，结合巡视、离线检查等评价设备绝缘状态，准确制定检修策略[1]。

1 在线监测技术的发展

我国电力设备在线监测技术已有20多年的发展历史，大体经历了以下3个发展阶段。

1.1 带电测试阶段

带电测试阶段始于20世纪80年代，当时仅仅为了不停电而对电气设备的某些绝缘参数(如泄漏电流)进行直接测量。该阶段测试设备简单，测试项目少，灵敏度较差。

1.2 数字化阶段

90年代初，出现了各种专用的在线测试仪器，使在线监测技术从传统的模拟量测试走向数字化测量，使用传感器将被测量的参数直接转换成电气信号。

1.3 计算机阶段

90年代末以来，开始利用计算机技术、传感技术和数字波形采集处理技术，实现更多绝缘参数的在线监测。这种在线监测信息量大、处理速度快，可以对监测参数实时显示、储存、打印、远传和报警，实现绝缘在线监测的自动化。

2 电力设备在线监测分类

电力设备在线监测按其监测的作用分为保护性监测和维护性监测两类[2]，运行人员将保护性监测数据作为工作重点，而检修人员则将维护性监测数据作为工作重点。

2.1 保护性监测

保护性监测即设备故障监测，通过对常规运行参数(如电流、电压、功率、温度、流量、压力等)的监测，得出电力设备正常运行工况的数据。同时还在故障敏感的部件设置一些专用监测器，通过对反应异常的特征量的监测，帮助运行人员及时了解这些部件的状态，在故障发生之前报警，以便采取必要的措施，避免严重故障的发生。

2.2 维护性监测

维护性监测是通过在线监测，发现缺陷和监视缺陷的发展趋势并预测发展的后果，以指导维护策略。维护性监测需要在设备运行时完成一系列的周期性或连续性试验，当发现有异常现象时，进行异常原因分析和适当维护，以消除异常现象的根源。目前电力设备维护性监测就是从定期的停电检修逐步过渡到根据其状态进行的预测性维修。

3 电力设备在线监测技术的应用

通过国内预防性试验检测项目有效性统计分析，对电力设备绝缘缺陷反映较为有效的试验有介质损耗角tanδ、全电流Ig、泄漏电流的直流分量IR、局部放电量等参数的测量及油中色谱分析。目前国内在线监测介质损耗角tanδ、全电流Ig、泄漏电流的直流分量IR已非常准确有效，设备的局部放电在线监测也在不断研究和应用中。电网中主要有变压器、GIS和SF6断路器、隔离开关和开关柜、避雷器及互感器等电力设备，它们应用在线监测技术的特点各不相同。

3.1 变压器

3.1.1 油中溶解气体在线监测

电力变压器在运行过程中，其绝缘油在过热、放电、电弧等作用下会产生故障特征气体，故障特征气体的成分、含量、增长速率与变压器内部故障的类型及严重程度有密切关系。变压器油中溶解气体在线装置能够连续监测运行变压器油中的氢气、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等气体组分的含量，可及时诊断变压器的绝缘状况、早期故障和其发展趋势，从而减少或避免非计划停电和灾难性事故的发生，为设备检修提供科学依据。

3.1.2 局部放电在线监测

局部放电在线监测是诊断变压器绝缘的有效方法之一。变压器正常运行中局部放电量较小，近年生产的110 kV及以上变压器出厂局部放电量都控制在100 pC以下。变压器的绝缘材料中存在着气隙和油隙，当介质的电场强度达到一定程度时，它们将被击穿而发生局部放电，局部放电逐步发展必将导致绝缘损坏。当变压器发生绝缘劣化或绝缘击穿故障前期，变压器局部放电量会增加数十倍，甚至数百倍。利用在线监测变压器局部放电量的变化进行绝缘早期故障报警，有效监测变压器的绝缘状况。

3.2 GIS和SF6断路器

GIS和高压SF6断路器设备在线监测诊断有效的项目是局部放电监测。局部放电监测可以弥补交流耐压试验的不足，通过在线监测发现GIS和SF6断路器制造和安装的清洁度，发现设备制造和安装过程中的缺陷、差错和进水受潮等(如安装、维修时内部留有微小遗留物；电极表面有毛刺、刮伤、尖端物等损伤；支撑绝缘子内部有气泡或受潮劣化；导电或接地部分接触不良)，并确定放电位置，从而进行有针对性的维修，确保设备安全运行。

3.3 隔离开关和开关柜

变电站内的隔离开关和开关柜设备运行中承载着较大电流，在内外各种因素的影响下，设备的节点、接触面常常出现温升，最终导致突发性故障。安装无线测温在线监测系统，即在每个节点加装温度传感器，通过无线测温终端发射模块、固定IP地址等收集传感器传递的温度信息，定时发送至通信管理单元，传递温度信息，通过通信管理单元将数据处理和定值连接到局域网，实现对温度的远程监控和异常报警，有效地避免恶性事故的发生。

3.4 氧化锌避雷器

金属氧化物避雷器(MOA)由于阀片老化或受潮所表现出来的电气特征是阻性电流增大，因此测量运行电压下的交流泄漏电流是金属氧化物避雷器在线监测的主要内容，而测量其阻性电流是关键。目前国内测量全泄漏电流多采用避雷器在线监测器，即将一体的毫安表与计数器串联在避雷器接地回路中。监测器中的毫安表用于监测运行电压下通过避雷器的泄漏电流峰值，有效地监测避雷器内部是否受潮或内部元件是否异常。避雷器在线监测在电力系统的应用比较成熟且应用效果好，通过在线监测可及时有效发现避雷器的绝缘劣化缺陷。

3.5 互感器类容性设备

在线监测电流互感器、CVT、耦合电容器、套管等容性设备介质损耗角正切值是一项灵敏度很高的试验项目，它可以发现设备绝缘整体受潮、绝缘劣化以及局部缺陷等。通过全国互感器类容性设备缺陷故障统计分析，绝缘受潮缺陷占总缺陷的80%以上。互感器类容性设备一旦绝缘受潮会引起绝缘介质损耗增加，损耗愈大，温度上升愈快，易造成绝缘劣化，导致绝缘击穿。在线监测电压采样的是设备的运行电压，测试电压高于停电时的试验电压，因此获得设备绝缘参数更加真实可靠，通过设备本身测量数据的纵向比较和相关设备测量数据的横向比较准确判断运行设备的绝缘状况。

4 互感器类容性设备在线监测的应用实例

4.1 应用方案

邯郸供电公司某220 kV变电站安装了互感器类容性设备在线监测系统，对设备介质损耗进行在线测量。该在线监测系统主要由信号采集系统、处理系统、传输系统、控制分析系统构成，采用了直接数据和数据曲线等显示形式，便于与历史数据进行对比，并通过调制解调器(MODEM)将运行设备的状况连续地传输到有关部门、人员手中，便于诊断分析管理。该系统监测原理见图1。

图1 互感器类容性设备在线监测系统的原理

在线测量易受到现场强电场的干扰，为了减小变电站强电场的干扰影响，该系统采样装置采用输入阻抗极低的电流传感器和电压互感器二次电压信号作为标准比较源的取样方式。该测量系统采用数字采样、相关数字鉴别干扰相位技术及频谱分析处理，有较强的自检校验功能，有利于排除现场干扰造成的影响。在线监测技术信号采集、信号对应关系及介质损耗情况如下。

4.1.1 电容型设备末屏电流信号

传感器一次引线直接串接在被测设备末屏引出线采集电流信号，传感器采用高灵敏度固化电流传感器，不改变设备的正常接线及运行方式，可保证现场使用的安全，又不会影响信号的检测精度。测试端子通过测量电缆与检测仪的电流输入端相连，测量电缆采用双绞双屏蔽电缆，有效防止电磁场干扰。

4.1.2 标准电压取样信号

采用电压互感器二次电压信号作为标准比较源，测定的数据与停电时测量数据比较作为基准参数。电压互感器二次侧电压信号直接在测量绕组的非接地端串接取样电阻，通过电阻的电流信号引入取样端子箱。取样电阻直接安装在电压互感器二次测量绕组的非接地端子上，即使信号引出线发生对地短路，也不会造成电压互感器二次绕组短路，提高了系统安全性。

4.1.3 介质损耗在线测量

变电站互感器类容型设备主要包括电流互感

器、套管及耦合电容器等并有电容屏的设备。系统在线测量介质损耗采用相对测量方式，对同相的电容型设备，根据测得的电容量比值及介质损耗值的变化趋势，来判断设备的绝缘状况，减弱因相间电场干扰造成的影响，可得到真实的绝缘参数测试结果。

4.2 应用效果

通过一段时间的应用，并结合停电机会进行监测数据与常规试验数据的多次比较，发现在线监测的数据与停电试验数据具有一致性，可为今后的检修工作节约大量的人力、物力，减少现场作业的次数，提高设备运行能力。同时，丰富了的运行经验，对该变电站容性设备运行数据库进行了完善，建立起专家分析系统、强化判别功能，制定了监测技术标准，为状态检修工作提供了可靠的数据。该变电站在线监测技术的应用，积极推行了状态检修在变电站的实现，减轻了设备检修工作量，提高了电网运行的可靠性。

5 结束语

电力设备在线监测技术能够及时发现和检测出设备内部绝缘状态的变化，并及时发出报警信号，以便快速的对设备缺陷进行消除，保证了设备在电网中的安全运行。同时为设备状态检修提供可靠的数据，便于检修策略和检修计划的制定，是供电企业实现状态检修的有效技术手段。目前，电力系统状态检修的实施，加大了电力设备在线监测技术研究，通过在应用中不断积累运行经验，将使电力设备定期检修完全过渡到状态检修。

参考文献：

[1] 国家电网公司生产技术部.国家电网公司设备状态检修规章制度和技术标准汇编[M].北京：中国电力出版社，2008.

[2] 成永红.电力设备绝缘监测与诊断[M].北京：中国电力出版社，2001.