容性设备在线监测数据可靠性分析与运维

张 霖 杨 超

（贵阳供电局，贵阳 550002）

随着城市电网随着经济发展而不断发展扩大，电网安全可靠运行指标要求也不断提高。检修作为保障电网设备健康运行的必要手段，它的合理实施关系到设备的使用效率、运行寿命、人力物力财力的消耗及用户负荷的损失。同时，计划检修的弊端与不断增长的设备预试定检任务导致试验人员紧缺及工作量大等矛盾。因此，加快在线监测和状态检修工作势在必行。

为加强设备安全运行的技术监督，有效弥补定期停电试验所不具备的及时性、等效性、灵敏性，对电气设备尤其是容性设备运行状态进行有效地实时监测成为推行状态维修的必要途径。同时，试验人员结合带电测试、在线监测和防预性试验，根据在线监测的结果可合理安排预试时间，延长电气设备预试及大修周期，为设备状态维护打下基础。

1 容性在线监测装置应用分布

截止2013年初，某供电局容性在线监测技术的应用已逐步开展推广。据统计，已运行容性在线监测装置在500kV 变电站覆盖率为33.3%、220kV 变电站覆盖率为22.2%、110kV 变电站覆盖率为1.4%；涵盖到2012年基建项目，该装置在500kV 变电站覆盖率为100%、220kV 变电站覆盖率为44.4%。具体变电站监测类型、电压等级、数量如表1、图1所示。

表1 某供电局容性在线监测装置数量统计表

容性设备绝缘监测已投入运行的变电站有500kV 变电站一座、220kV 变电站三座和110kV 数字化变电站一座共计六座变电站，其运行情况良好，能正常采集监测信号，周期性巡检，能保证数据的安全，现场报警功能正常，除筑东变其余5 个站数据上传正常。当前正在施工安装的变电站有500kV变电站两座、220kV 变电站三座共计六座变电站。涉及设备项目有变压器套管介损及电容量、电流互感器介损及电容量、耦合电容器（电容式电压互感器）介损及电容量、避雷器交流泄漏电流。

图1 某供电局容性设备在线监测装置分布图

2 容性在线监测装置测量方法

目前，容性在线监测装置基本采用穿芯方式的电流传感器作为信号取样方式。但是，正常运行情况下电容型设备、特别是金属氧化物避雷器泄漏电流较小，应用传统CT 以穿芯方式取样，难以保证测量准确度，更主要的是原、副边信号相角差远远不能满足测量要求。因此，要求提供高精度小电流传感器，在穿芯方式下能够测量300μA～50mA 的交流电流，且幅值测量精度达到0.1 级，相角不确定度<2’。鉴于户外使用，要求环境温度在-35℃～65℃范围内，测量结果满足准确度要求。考虑到避雷器动作等特殊情况下的安全问题，要求电流传感器能够安全耐受8/20μs 10kA 的冲击电流。

电容量的测量采用绝对值法，既分别测量系统电压的幅值U和电容电流I，计算电容量C=I/2πfU。计算过程分三步：第一步，电容型设备监测单元n在本地采集计算末屏电流幅值Icn；第二步，系统电压单元同步采集计算系统电压的幅值U1；第三步，统电压单元将结果U1发送到电容型设备监测单元电容型设备监测单元n接收U1，利用公式C=I/2πfU计算出电容量Cn=Icn/2πfU1。

设备介损值一般采用分布式相对介损在线测量方法，那是由于电压互感器角差受二次负荷等因素影响，变化较大，0.2 级的电压互感器角差允许为±10’，引起的介损变化范围为±0.28%；而0.5 级的电压互感器角差允许为±20’，引起的介损变化范围为±0.56%；而且会随着电压互感器二次负荷（继电保护负荷）等因素的变化产生较大的变化。因此，电压互感器的二次电压信号不能作为介损测量的基准[1]。

介损测量采用相对值法。即测量电容型设备n的电容电流Icn与相同母线段上的一组电容型设备1的电容电流Ic1的相位差，计算相对介损值tgδ相对=tg(δIcn-δIc1)。每个监测单元都设有基准电流传感器，通过取样电阻将220V 的供电电源电压变换成电流信号[2]。

3 容性在线监测数据误差分析与防范

在长达两年监测这些大量的数据统计中发现，监测容性设备的介质损耗tgδ值，介损的测量结果数据相对比较稳定，分散性也较小，但与停电预防性试验相的比较，其绝对值差异较大，且无规律性。通过数据分析研究发现基准电压信号取样精度误差、外界电磁干扰、空间干扰、环境干扰、设备绝缘状况变化都是导致在监测数据尤其是介损测量结果及精度的严重变化。究其原因有以下几种。

1）互感器角差的影响

采用“PT 基准信号法”虽然能获得绝对的tgδ，但因PT 的副边和原边有一定的角差，即使二次绕组准确等级是0.2 级的，其角差δ<20 分，相当于0.58%弧度，而正常电容型设备的介质损耗通常较小，仅在0.2%～0.6%之间，显然这会严重影响检测结果的真实性。

2）PT 二次负荷变化的影响

电压互感器的测量精度与其二次侧负荷的大小有关，如果PT 二次负荷不变，则角差基本固定不变。目前，国内绝大多数母线PT 二次侧为两个线圈，其中一个0.5 级的线圈供继电保护和测量仪表共用一个线圈，另一个1.0 级线圈供开口三角形使用。由于介损测量时基准信号的获取只能与继电保护和测量仪表共用一个线圈，且该线圈的二次负荷主要由继电保护决定，故随着变电站运行方式的不同，所投入使用的继电保护会作相应变化，故PT 的二次负荷通常是不固定的，这必然会导致角、比差变化，从而影响介损测试结果的稳定性，历次测量数据可比性重较差，故难以准确判断设备的绝缘性能[3]。

3）环境温度及外绝缘污秽程度的影响

电容型设备瓷套表面污湿严重时，将影响内、外绝缘的整体电场分布，介质损耗随之变化；如果抽压小套管绝缘受潮，因分流作用，同样也会导致介损测试结果失真。因此，在线检测工作必须在瓷套表面干燥清洁时进行，最好选择雨后过天晴后的一段时间，并同时记录下测量时的环境温度、相对湿度及变电站的运行方式，以便对测试结果进行纵向对比。监测数据受湿度影响较大，昼夜温差会导致数据规律性变化，如图2所示。

图2 容性在线监测数据图 （受环境温度及外绝缘污秽影响）

4）变电站电场干扰对测试结果的影响

变电站内的运行电气设备除了要承受工作电压的作用，还会受相邻的其它电气设备产生的电场影响。对于“一”字形排列的电气设备，通常的表现方式是A 相测试结果偏大，B 相结果中，C 相测试结果偏小。如果变电站的运行方式不变，则电场干扰对测试结果的影响也是较为固定的。因此，前后两次的在线测试工作最好在同一运行方式下进行，以便对测试结果进行纵向比较。

5）参考电压与被测设备不在同一母线上造成测量误差

受母线不同运行方式的影响，当分段运行时，母线电压角差导致非运行于当前采集电压母线的被监测设备数据出现一致性偏差。图3为220kV 变电站110kV II 母电容式电压互感器2011年10月12日至13日的介损数据变化趋势。

图4为220kV 变电站110kV I 母电容式电压互感器2011年10月12日至13日的介损数据变化趋势。据分析：该变电站变110kV 母线运行方式为分段运行，在线监测系统采集的参考电压为110kV II 母，所以运行于II 母的CVT 介损数据较运行于I 母的CVT 更接近真实值，需要强调的是II 母CVT 介损数据较离线测量值偏大，也是由于CVT 二次绕组的角差导致的。

图3 容性设备介损数据变化趋势图

图4 容性设备介损数据变化趋势图

6）传感器取样信号接头BNC 由于焊接工艺不良造成测试数据误差时好时坏

通过一年多年的试运行，三个220kV 变电站已发现大量运行装置因取样传感器接头BNC 接触不良造成数据异常问题，分析其原因在于该公司同批次接头焊接工艺普遍存在工艺质量低，属产品质量问题。

7）在线监测装置部分信号线插头接触不良造成数据异常

如表2所示，某220kV 变电站220kV 峰扎I 回线203 电流互感器在运行时，监测装置在2012年8月13日10 时9 分发现其C 相介损超标达9.908%，同时该相电压仅为123.2kV。经过现场进行装置检查，排查出该装置多路开关C 相37 针插头有松动，且C 相参考电压控制开关也存在接触不良，最终造成电压、介损数据都超标现象， 经过处理该异常数据在2012年8月13日11 时44 分恢复正常。

表2 在线监测数据清单表

4 典型容性在线监测装置故障分析与处理

下面介绍几种典型装置内部故障数据分析样本。

1）图5、图6两张图中数据异常，经过故障排查分析：在线监测装置内工频交流单元故障，造成采样电压不稳，数据发生异常。

图5 容性设备在线监测数据图

图6 容性设备在线监测数据图

2）图7、图8两张图中数据异常,经过分析：2号主变220kV 套管C 相电容偏小且电流偏小（多路开关接头存在接触不良）。

3）图9表示 2 号主变220kV 套管C 相数据异常（因接头接触不良导致数据异常已处理好），图10表示1 号主变220kV 套管C 相无信号（BNC 接头接触不良）。

图7 容性设备在线监测数据图

图8 容性设备在线监测数据图

图9 容性设备在线监测数据图

图10 容性设备在线监测数据图

因电压互感器二次角差带来的影响导致数据部稳定，可考虑采用相对比较法测量相对介损。即用同相两个电容型设备的介质损耗进行比较，一台做为基准，另一台被测，基准电压直接就是母线电压。各台电容型设备在正常情况下的介质损差别不大，在同样的环境、气候、干扰和PT 角差的情况下，介质损的变化量相当，根据变化量的大小来反映绝缘状况。这样可以避免了PT 角差的影响，并且减少环境温度、湿度、操作电压、负荷条件和操作条件等因素的干扰，具有较好的一致性和重复性，可以根据其变化趋势判断设备的绝缘性能。

5 典型容性在线监测装置故障分析

以某500kV 变电站为例，容性设备在线监测系统共安装了42 套监测设备，其每个监测设备监测3个参量，数据采样频率为每小时一次，一年下来共计有（39×3+2）×24×365=1042440 个监测数据，每年产生约为一百万个数据记录。参照计算，某一220kV 变电站每年产生容性设备在线监测数据：（30×3+7）×24×365=849720 个监测数据，每年产生约为85 万个数据记录；某二220kV 变电站每年产生容性设备在线监测数据：（43×3+17）×24×365= 1278960 个监测数据，每年产生约为128 万个数据记录；某三220kV 变电站每年产生容性设备在线监测数据：（31×3+7）×24×365=876000 个监测数据，每年产生约为87 万个数据记录。四个变电站累计每年产生出4047120 个监测数据，见表3。

表3 在线监测数据量统计表

以某一220kV 变为例，以2011/7/21-2012/6/26（341 天）为一个计算周期，容性设备在线监测系统分别在7.27~8.2；9.4~9.7；9.23~10.10；10.12~11.1；11.5~11.10；12.4~12.9；12.11~12.19；12.28~12.29；1.9~1.11；3.3~3.5；3.20~3.25；4.25~5.5；（96 天）时间内发生装置异常、数据未采集上传等故障，数据丢失率累计为28.15%，监测装置年正常运行率仅为71.85%。

某500kV 变参照此统计，以2011/7/27-2012/6/26（365 天）为一个计算周期，容性设备在线监测系统分别在7.20~7.26；8.27~9.8；9.13~9.19；9.23~10.11；11.13~1.4；5.31~6.25（141 天）时间内发生装置异常、数据未采集上传等故障，数据丢失率累计为38.63%，监测装置年正常运行率仅为61.37%。

6 结论

在加强现有在线监测装置运维管理情况下，在线监测数据可以作为停电预防性试验的重要补充，某些试验项目甚至可以替代进行，如变压器油色谱项目、电容型设备介损、等值电容量，避雷器的泄露全电流等。在线监测系统得到良好的管理和维护，能准确地保证在线监测系统的良好的运行，确保其在线监测数据能真实地反映的一次设备的运行情况。要定期安排在线监测系统的检测工作及装置运行维护工作，保证在线监测系统和装置正常使用和数据的准确性，必要时可以使用带电测试进行对比校验，作为设备状态评价的必要手段。在合适条件下，可安排专人长期开展在线数据监测及分析，保障数据及时准确。

[1] 史保壮,杨莉,冯德开,等.智能技术在绝缘在线诊断系统中的应用[J].高压电器,2001,37(1):32-34.

[2] 严璋.电气绝缘在线检测技术[M].北京:水利电力出版社,1995.

[3] 成永红.电力设备绝缘检测与诊断[M].北京:中国电力出版社,2001.