高压电气设备绝缘在线监测技术的应用及发展前景

广东电网有限责任公司潮州供电局 张泽雄

1 引言

随着电力行业的发展，高压电气设备在电网中的应用越来越广泛。然而，由于工作环境的复杂性和设备本身的特殊性，设备的绝缘状态容易受到影响。如果绝缘状态不良，就会导致设备故障，甚至引起事故。因此，绝缘状态监测对于保障电力系统的正常运行至关重要。本文将就绝缘状态监测的重要性、面临的挑战以及在线监测技术在高压电气设备中的应用等方面进行探讨。

2 绝缘在线监测技术面临的挑战

2.1 数据处理与分析

绝缘在线监测技术产生的数据量巨大，需要进行高效的数据处理和分析，以获得有价值的监测结果。为此，需要开发更加智能和高效的算法，对数据进行准确、实时地处理和分析，以提高数据处理效率和准确度。

2.2 监测精度和准确性

绝缘在线监测技术需要监测高压电气设备中的微小信号，监测精度和准确性对于保证监测结果的可靠性至关重要。同时，高压电气设备的工作环境也会对监测结果产生干扰，需要进行有效的干扰消除，以提高监测精度和准确性。

2.3 设备适应性

不同类型的高压电气设备在绝缘在线监测方面存在差异，需要针对不同的设备进行适配和优化。同时，不同的电力系统和工作环境也需要进行适配和优化，以提高监测效果和可靠性[1]。

2.4 系统可靠性和稳定性

绝缘在线监测技术需要长期稳定地工作，系统可靠性和稳定性是保证监测结果准确性和稳定性的前提。因此，需要进行有效的系统设计和测试，确保系统能够长期稳定工作，并采取必要的措施对系统进行维护和升级，以提高系统的可靠性和稳定性。

3 绝缘在线监测技术在高压电气设备中的应用

3.1 电力变压器绝缘在线监测技术的应用

电力变压器是电力系统中的重要设备之一，其绝缘状态对于保障系统的安全运行至关重要。电力变压器绝缘在线监测技术可以对变压器的绝缘状况进行实时监测，提供变压器绝缘状态的参数，如油中溶解气体（DGA）、噪声、电流谐波、振动、局部放电（PD）等参数。通过这些参数的监测，可以及时发现变压器的潜在问题，并采取相应的措施进行处理和维护，以保证变压器的安全运行和延长使用寿命。以某电厂220kV 变电站为例，该变电站共有10台电力变压器，其中1台50000kVA/220kV 变压器经过几年的使用，出现了温升升高、绝缘老化等问题，需要进行维护。为了及时发现问题并准确定位问题位置，该电厂引入了绝缘在线监测系统，详见表1。

表1 高压电力变压器在线监测参数异常情况处理表

该系统采用了多参数综合监测技术，对变压器的油中溶解气体（DGA）、噪声、电流谐波、振动、局部放电（PD）等参数进行实时监测。监测系统每5min 自动采集一次数据，并将数据上传到中心控制室进行分析和处理。

通过对该变压器的监测数据分析，发现变压器油中溶解气体含量不断增加，且CO 和CO2浓度明显升高，表明变压器油中存在绝缘油老化的现象。同时，通过对PD 数据的分析，发现变压器的两个相位出现了明显的PD 信号，表明该相位的绝缘状态存在问题[2]。

针对以上问题，该电厂采取了以下措施：首先对变压器进行绝缘油分析，确认绝缘油老化的情况，并进行绝缘油的更换；然后对存在PD 信号的相位进行局部放电检测和定位，找出问题位置，并进行绝缘处理；最后进行变压器的绝缘电阻测试和温升测试，确认绝缘状态良好，并重新投入运行。

3.2 高压开关设备绝缘在线监测技术的应用

高压开关设备是电力系统中的重要组成部分，其绝缘状态对于保障电力系统的可靠性和稳定性具有重要作用。然而，高压开关设备的使用环境非常恶劣，容易受到气候、污染等因素的影响，导致绝缘状态出现问题。因此，对于高压开关设备的绝缘状态进行在线监测和诊断非常重要。高压开关设备绝缘在线监测技术可以通过监测开关设备的局部放电（PD）信号等参数，对设备的绝缘状态进行实时监测和诊断。通过监测系统采集的数据，可以及时发现设备绝缘状态的问题，如绝缘老化、绝缘损伤等，及时采取相应的措施进行处理和维护，以避免设备故障和事故的发生，提高设备的可靠性和安全性。高压开关设备绝缘在线监测技术主要有两种方法，一种是传感器法，即在高压开关设备的绝缘表面或内部放置传感器，采集设备的PD 信号等参数进行监测和诊断；另一种是非接触法，即通过电磁场的变化来监测设备的绝缘状态，不需要直接接触设备表面或内部。

以某电厂高压开关设备为例，该电厂共有5台高压开关设备，其中一台设备经过数年的使用，出现了绝缘老化和损伤等问题，需要进行维护。为了及时发现问题并准确定位问题位置，该电厂引入了高压开关设备绝缘在线监测系统。

该系统采用了非接触式绝缘在线监测技术，通过检测高压开关设备内部的电磁场变化来实现设备的绝缘状态监测（见表2）。监测系统每隔30min 自动采集一次数据，并将数据上传到中心控制室进行分析和处理。通过对该设备的监测数据分析，发现该设备存在明显的绝缘老化和损伤问题，其中一个接头出现了明显的PD 信号，表明该接头的绝缘状态存在问题。

表2 电缆状态监测数据

针对以上问题，该电厂采取了以下措施：首先对设备进行局部放电检测和定位，找出问题位置，并进行绝缘处理；然后进行设备的绝缘电阻测试和温升测试，确认绝缘状态良好，并重新投入运行。通过高压开关设备绝缘在线监测系统的监测和分析，该电厂及时发现了设备的绝缘老化和损伤问题，并采取相应的措施进行处理和维护，避免了设备故障和事故的发生，保障了电力系统的安全运行。

通过对监测数据的分析，可以发现设备的PD信号值较高，介损损耗角较大，绝缘电阻较低，温升较高，表明设备的绝缘状态存在问题。通过对该数据进行综合分析，可以及时发现设备的绝缘状态问题并采取相应的维护措施，避免设备故障和事故的发生。

3.3 绝缘在线监测技术在其他高压电气设备中的应用

3.3.1 高压电缆

高压电缆是电力系统中的重要组成部分，用于传输电能和连接电力设备。然而，高压电缆的使用环境非常恶劣，容易受到气候、污染等因素的影响，导致电缆的绝缘状态出现问题。因此，对于高压电缆的绝缘状态进行在线监测和诊断非常重要。绝缘在线监测技术可以通过监测电缆的介质损伤和老化状态，预测电缆的寿命，并及时采取维护措施，避免电缆故障和事故的发生。例如，可以通过监测电缆中的介质损伤程度、电容值、电阻值等参数，判断电缆绝缘状态是否正常，及时发现电缆的潜在问题。据统计，采用绝缘在线监测技术的高压电缆，其故障率和维修费用比普通电缆低50%以上。因此，绝缘在线监测技术在高压电缆中的应用具有重要意义[3]。

3.3.2 GIS 设备

GIS 设备是电力系统中的重要组成部分，主要用于变电站和配电站等场所。由于GIS 设备工作环境恶劣，容易受到气候、污染等因素的影响，从而导致绝缘状态出现问题。因此，对于GIS 设备的绝缘状态进行在线监测和诊断也非常重要。绝缘在线监测技术可以实现GIS 设备的绝缘状态的实时监测和诊断，及时发现设备绝缘状态的问题，如绝缘老化、绝缘损伤等，采取相应的措施进行处理和维护，避免设备的故障和事故的发生，保障电力系统的安全稳定运行。例如，通过监测GIS 设备的PD 信号、局部放电等参数，可以判断设备绝缘状态是否正常，并及时采取维护措施。据试验数据，采用绝缘在线监测技术的GIS 设备，其故障率比普通GIS 设备降低了近60%

假设某电力公司拥有一条10km 的220kV 高压电缆线路，经过多年运行后，电缆绝缘状态出现问题，频繁出现故障和事故。为了解决这一问题，该电力公司引入了绝缘在线监测技术对电缆绝缘状态进行实时监测和诊断。监测系统采用传感器法，在电缆表面放置多个PD 传感器和温度传感器，对电缆的PD 信号、温度、电容等参数进行实时监测和采集，并将数据上传到中心控制室进行处理和分析。通过对电缆监测数据的分析，发现电缆的绝缘状态存在问题，主要表现为PD 信号增强、电缆温度升高和电容值变化等。

为了解决这一问题，该电力公司采取了以下措施：首先对电缆进行局部放电检测和定位，找出问题位置，并进行绝缘处理；然后对电缆进行绝缘电阻测试和温升测试，确认电缆的绝缘状态良好，并进行绝缘修复和更换；最后进行电缆的绝缘性能测试和负荷试验，确保电缆的安全运行。通过绝缘在线监测技术的应用，该电力公司及时发现了电缆的绝缘状态问题，并采取相应的措施进行处理和维护，避免了设备故障和事故的发生，提高了电力系统的可靠性和安全性。同时，由于采用了绝缘在线监测技术，该电力公司也节约了大量的维护和检修成本，提高了电力系统的经济性和可持续性。

4 结语

绝缘在线监测技术是电力系统中的重要技术，可以实现对高压电气设备的绝缘状态进行实时监测和诊断，提高设备的可靠性和安全性。针对高压电缆的实例分析和数据说明，更加直观地展示了绝缘在线监测技术的实际应用效果。未来，随着技术的不断进步和应用场景的不断拓展，相信绝缘在线监测技术将在电力系统中发挥更加重要的作用，为保障电力系统的安全稳定运行做出更大的贡献。