高压电力设备在线监测技术在变电站运维中的应用研究

魏 霖，裴宇豪

（1.国网江苏省电力有限公司丹阳市供电分公司，江苏 丹阳 212300；2.国网江苏省电力有限公司镇江供电分公司，江苏 镇江 212000）

0 引 言

近年来，我国电力事业迅速发展，高压电力设备在线监测也取得了良好的发展。随着国民经济的不断发展和完善，国内用电负荷始终保持增长趋势。由于我国电源结构相对落后，电力发展存在季节性和结构性短缺等问题[1]。为满足持续增加的用电需求，需要做好变电站运行维护工作，并根据检修计划进行合理安排和优化，从而提高变电站电网系统的稳定性和安全性。

1 高压电力设备在线监测技术的发展概况

高压电力设备监测技术兴起于20 世纪中后期，最初的在线监测是借助传感器与数据采集完成，然而随着社会经济与技术的迅猛发展，传统在线监测技术逐渐无法满足人们生产生活的需求，监测效果也不理想，更多监测方式应运而生。高压电力设备在线监测技术的发展主要包括带电测试阶段和在线监测阶段。

1.1 带电测试阶段

带电测试阶段也属于在线监测，是借助数据采集与传感器进行监测。受技术因素的影响，带电监测的主要目的不仅仅是在不停电的情况下监测电气设备参数，无法开展全方位监测。最初监测所用的传感器与数据采集设备大多为带电测试仪器，然而所用设备较为简单，且测试缺乏全面性，监测灵活性差，因此在后来的发展中逐渐被淘汰。

1.2 在线监测阶段

自20 世纪90 年代起，科学技术实现了飞速发展，特别是电子计算机得到广泛应用，由此就从技术层面为监测工作提供了保障，监测高压电气设备迎来在线监测阶段。该阶段所用技术主要包括红外测温技术、超声波探测技术等，能够便捷、全面地监测高压电气设备的绝缘问题。随着科技的不断进步，在线监测技术已呈现自动化特征。

2 高压电力设备在线监测原理

高压电力设备在线监测是一种通过采集、整理和传输设备信号来监测电力设备运行状态的技术。该技术采集和整理电力设备的数据后，将数据传输到相应的系统，实现数据的综合处理。通过这种方式，操作人员和管理人员可以直观了解电力设备的运行数据，实时掌握电力设备的运行状态。

高压电力设备在线监测系统可以全方位有效地监测电力设备的状态。在监测设备性能时，部分脉冲信号较为微弱，增大了数据监测的难度[2]。此种情况下，可以选择使用超宽频电流传感器来收集信号。该方法收集的电流信号可能会带有杂音，因此未来需进一步改进和优化。事实上，高压电气设备在线监测技术大多是监测信号，然而高压电力设备中的很多信号属于脉冲信号，往往比较微弱，由此就增加了电气设备监测难度。现阶段所用技术多是借助超宽频电流传感器采集处理信号，尽管该技术能够收集微弱的脉冲信号，但所收集的信号中有杂音，此为今后需要解决的重点问题。

3 变电站运维中对高压电力设备在线监测的应用

对于变电站来说，需要运行和维护的电力设备包括电容电压互感器（Capacitor Voltage Transformer，CVT）、高压开关柜、耦合电容器以及避雷针等。通过在线检测这些设备，重点分析变压器运维期间如何有效应用电力设备在线监测技术。

3.1 避雷器在线监测

避雷器对变电站的安全运行发挥着重要作用。日常所实施的预防性试验多是监测避雷器的漏电电流，以判断其绝缘状态，监测效率相对较低，效果也不理想[3]。而在线监测避雷器阻性电流，能够及时检测出安全隐患，为变电站避雷器的安全稳定运行提供保障。

3.2 变压器在线监测

在变电站运维中，运维人员需要掌握变压器的运行方法。为了解变压器的绝缘状态，通常会监测电气特征量，如局部放电量、介质损耗值、放电位置、设备电容、漏电电流以及油中溶解气体等。

高压电力设备在线监测技术可以对变压器氢气浓度和局部放电量等进行在线监测，同时评估变压器的实际运行状态。通过定位技术，甚至可以获取变压器局部放电的三维坐标。在油内气体浓度的在线测试过程中，主要监测的气体包含C2H6、CO2、C2H4以及CH4等。通过分析这些气体的浓度变化值，可以判断变压器的实际运行状态[4]。一旦监测结果显示变压器绝缘存在问题，就需要进一步跟踪产气率，以精准判断绝缘故障的性质。同时，根据气体浓度，可以判断故障的类型与发生元件。为提高故障诊断的准确性，在线监测应结合气相色谱法、电气试验等方法。

3.3 容性电力设备在线监测

容性电力设备主要包括套管、耦合电容器、CVT以及电流互感器等。这些设备的监测项目主要包括介质耗损、电容量、三相失衡电流以及漏电流等。通过监测高压电力设备，运维人员可以精准判断设备的绝缘状态。这种监测方法具有较高的灵敏度，能够检测出电力设备是否存在局部缺陷、绝缘老化以及受潮等问题。其中，绝缘受潮是容性设备常见的问题，主要是因为容性设备的电容分布具有强制性，且绝缘利用率较高。一旦容性电力设备绝缘受潮，其介质损耗率就会相应提高，可能导致绝缘击穿[5]。

测量设备电流也是电力设备在线监测的一种重要方式。通过精准测量，可以判断电力设备是否存在绝缘缺陷。若监测结果显示存在问题，且处于初级阶段，绝缘介质损耗角正切值（tanδ）和电流变化应保持一致；若绝缘缺陷处于后期，则设备电容变化和电流变化率应保持一致。这种方法具有较高的灵敏度，能够精准判断设备缺陷。

3.4 高压开关柜在线监测

在变电站的运行中，开关柜监测是高压电力设备绝缘监测的重要环节，主要涉及绝缘老化、导电接触不良等故障类别。这些故障在初期阶段不易被察觉，可能会引发绝缘放电。而在线监测技术能够对高压开关柜的绝缘状态进行评估。目前，高压开关柜绝缘状态在线监测的主要方式包括测量tanδ和在线监测漏电流。

4 工程实例

4.1 工程概述

在变电站中，电容型高压电力设备是重要的组成部分，包括变压器、电抗器以及电容器等。在诊断高压电力设备缺陷时，以电容量参数、介质损耗为诊断依据。如果电容型设备出现老化、受潮等问题，随着电压的持续上升，tanδ也会随之改变。

为了实时监测设备的性能，可以采用离线监测技术。这种技术不仅可以及时检测出设备性能缺陷，还有助于监测设备的缺陷问题。例如，某750 kV 变电站采用监测系统，通过选择适当的信号传输技术和测量技术，实现对变电站设备的在线监测。此外，该系统有效监测电容型设备的绝缘性能，进一步提高设备监测的准确性和可靠性[6]。

4.2 主变套管电容量和tanδ 监测

在线监测变电站高压电力设备时，借助传感器中的LC-CX 单元获取套管末屏接地线的被测信号，并对信号进行数字化处理，获得精准、完善的工频基波相位信息。这些信息被传递给中央控制器，由中央控制器进行计算，得出套管内的电容量与tanδ[7]。预防性测验该变电站设备，检测结果如表1 所示。

表1 主变套管的电容量和tanδ 监测数据

表1结果显示，变压器套管不易受外界环境影响，且三相影响程度基本保持一致。在实际应用中，套管电容测得的数据具有很高的稳定性，但容易受到环境温度影响。

4.3 CVT 的电容量与tanδ 监测

在线监测变电站CVT 的绝缘状态时，同样需要应用LC-CX 单元。监测结果显示，330 kV 和750 kV的电压互感器在电容量和tanδ方面都表现出较高的稳定性和可靠性。在电力设备的运行过程中，这些参数不易受到自然环境下湿度、气温等因素的影响[8]。

CVT 主要由电容器和电单元构成，其中的电磁单元可能会影响电力设备的在线监测结果。因此，进行离线监测时，需要单独检测CVT 的各个电容器和电磁元件。这表明离线检测和在线检测的数据之间不具有直接的可比性。在此基础上，使用在线的CVT在线检测软件对其进行验证，结果表明CVT 的整体绝缘状况都处于良好状态。

5 结 论

随着社会经济的不断发展和进步，大众对电网容量的需求逐渐增加，这对变电站高压电力设备在线监测提出了更高的要求。电压电力设备的运行状态会影响变电站电网系统运行的可靠性和安全性。近年来，随着科学技术的快速发展，在传统在线监测技术中融入嵌入网络技术、信息化技术等先进技术，从而构建电力设备在线监测系统。该系统能够采集和传输电力设备监测数据，提高电力设备的管理水平，对于及时检测和排除电力设备故障具有重要意义。高压电力设备长时间在高负荷下运行，受到运行环境等多种因素的制约，其绝缘性能易出现劣化、老化等问题，因此需要深入研究高压电力设备绝缘性能监测技术，不断完善当前的在线监测技术，为我国电力系统的故障监测提供技术保障，确保变电站的安全、稳定运行。