試述絕緣在線(xiàn)監測技術(shù)的發(fā)展應用

1.前言

對于所轄變電站較多的變電局來(lái)說(shuō)，電壓等級從10kV到500kV均覆蓋，高壓電氣設備的數量很多，要按照常規的停電預防性試驗來(lái)檢查高壓電氣設備的絕緣情況基本上不能在規定的時(shí)間內將所有管轄設備的絕緣狀況通過(guò)預防性試驗方法來(lái)進(jìn)行檢查，而且有可能發(fā)生在兩個(gè)試驗周期間隔內發(fā)生電氣設備絕緣老化而危及電網(wǎng)穩定運行的情況。所以在線(xiàn)監測技術(shù)的開(kāi)展顯得非常重要，現階段我局針對部分斷路器、電容型電力設備、避雷器等設備開(kāi)展了在線(xiàn)監測的試運行。

2.高壓電氣設備絕緣在線(xiàn)監測技術(shù)發(fā)展的基本情況

從上個(gè)世紀70年代開(kāi)始，國外許多電力公司就開(kāi)始研究并推廣應用變電設備在線(xiàn)監測技術(shù)，主要目的就是減少停電預防性試驗的時(shí)間和次數，提前排除故障隱患，提高供電可靠性。隨著(zhù)計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，并在電力系統的充分應用，在線(xiàn)監測設備產(chǎn)品得到不斷更新、升級、完善，在線(xiàn)監測技術(shù)得到不斷提高。到目前為止，許多國家已廣泛使用微機多功能在線(xiàn)監測系統，實(shí)現了絕緣參數在線(xiàn)監測。據筆者了解，該技術(shù)的發(fā)展大體經(jīng)歷了三個(gè)歷史階段。

第一階段是帶電測試階段。這一階段起始于70年代左右，僅僅是為了不停電而對電氣設備的某些絕緣參數(如泄露電流)進(jìn)行直接測量。當時(shí)電力部門(mén)的監測設備簡(jiǎn)單，測試項目少，靈敏度較差。

第二階段是從80年代開(kāi)始，研制出各種專(zhuān)用的帶電測試儀器，使在線(xiàn)監測技術(shù)從傳統的模擬量測試走向數字化測量。這一階段逐步摒棄了將儀器直接接入測試回路的傳統測量模式，而是使用傳感器將被測量的參數直接轉換成電氣信號。

第三階段是計算機技術(shù)的出現和推廣使用，本世紀初，開(kāi)始了以計算機處理技術(shù)為核心的微機多功能絕緣在線(xiàn)監測系統。進(jìn)入本世紀初，電力部門(mén)逐步利用計算機技術(shù)、傳感技術(shù)和數字波形采集與處理技術(shù)，實(shí)現更多的絕緣參數在線(xiàn)監測。這階段的在線(xiàn)監測信息量大、處理速度快，可以對監測參數實(shí)時(shí)顯示、儲存、打印、遠傳，實(shí)現了絕緣在線(xiàn)監測的自動(dòng)化。截至目前，這種智能化的在線(xiàn)監測的技術(shù)已經(jīng)在電力系統設備缺陷檢測中得到廣泛應用，并積累了許多有效的經(jīng)驗，這種智能化的在線(xiàn)監測的技術(shù)代表了未來(lái)絕緣在線(xiàn)監測的發(fā)展方向。比如，變壓器油在線(xiàn)色譜分析、電氣設備的紅外測溫技術(shù)等在線(xiàn)監測手段已經(jīng)日臻成熟。一直以來(lái)，我國電力水平發(fā)展相對落后，在線(xiàn)監測技術(shù)的開(kāi)發(fā)與應用受當時(shí)整體技術(shù)水平的限制，如電子元件的可靠性不高，計算機應用起步較晚等因素影響，在線(xiàn)監測技術(shù)水平一直比較低。

到2000年后，隨著(zhù)在線(xiàn)監測技術(shù)的不斷成熟及客觀(guān)的需要，在線(xiàn)監測技術(shù)又被大家所重視而得到迅猛發(fā)展。目前，在國內很多地區的供電企業(yè)都在使用以計算機處理技術(shù)為核心的微機多功能絕緣在線(xiàn)監測系統。

3.檢測的基本原理

3.1檢測對象及參數

高壓電氣設備絕緣在線(xiàn)監測技術(shù)是在被監測電氣設備處于帶電運行狀態(tài)中，利用其工作電壓來(lái)監測絕緣的各種特征參數。因此，能真實(shí)的反映出被監測電氣設備絕緣的工作情況，從而對該被監測設備的絕緣狀況做出準確的判斷。該技術(shù)能根據不同的被監測電氣設備進(jìn)行監測——檢測被監測設備的介質(zhì)損耗值、電容量、泄漏電流、絕緣電阻、母線(xiàn)電壓和三相不平衡信號等電氣參數。近年來(lái)，在線(xiàn)監測技術(shù)得到進(jìn)一步的發(fā)展，電力部門(mén)可以根據自身需要檢測所需的電氣量。

3.2在線(xiàn)監測技術(shù)的普通功用

近幾年研制的高電壓設備絕緣在線(xiàn)監測系統既能對被監測的帶電設備的絕緣特性參數實(shí)時(shí)測量，同時(shí)還能對獲取的參數數據進(jìn)行分析處理。該技術(shù)具有以下作用：在測量避雷器在運行中的容性電流和阻性電流變化情況時(shí)，可以掌握該被測量對象的內部絕緣受潮以及閥片老化情況;在測量CVT、電流互感器、耦合電容器、套管等電氣設備的泄漏電流和介質(zhì)損耗時(shí)，可以掌握該被測量對象的內部受潮和絕緣老化及損壞缺陷;在測量充油設備絕緣油的內部可燃性氣體變化情況時(shí)，可以掌握該電氣設備內部有無(wú)過(guò)熱、放電等病變情況。發(fā)展到目前的在線(xiàn)監測技術(shù)已經(jīng)擁有以下優(yōu)點(diǎn)：第一是檢測阻抗穩定，不受變電站強電磁干擾的影響，并且在系統操作過(guò)電壓、雷電過(guò)電壓作用下具有自保護性，不發(fā)生性能變化和軟件損壞現象;第二是對于檢測到的信號傳輸過(guò)程中，不發(fā)生失真和對其附近的其他信號有影響，同時(shí)也不受其他信號的干擾;第三是由于現代計算機的應用，使其具有專(zhuān)業(yè)的分析功能，可以判斷設備內部絕緣狀態(tài);第四是系統分析數據能夠遠程傳輸，實(shí)現各單位數據共享。

4.監測設備要點(diǎn)分析

4.1監測避雷器

各地變電站使用的氧化鋅避雷器絕大部分不再有串聯(lián)間隙，MOA運行期間總有一定的泄漏電流通過(guò)閥片，這樣就會(huì )加速閥片老化——受潮和老化是MOA閥片劣質(zhì)退化的根本原因。一般在正常運行情況下，流過(guò)避雷器的主要電流為容性電流，阻性電流只占有很小的一部分，大約10%-20%左右。被檢測避雷器的阻性分量主要包括：瓷套內、外表面的沿面泄漏，閥片沿面泄漏及其本身的非線(xiàn)性電阻分量，絕緣支撐件的泄漏等。當避雷器的閥片老化、避雷器受潮、避雷器內部絕緣部件受損時(shí)，容性電流變化不多，而阻性電流卻大大增加。造成避雷器事故主要原因是阻性電流增大后，損耗增加，引起熱擊穿。因此測量交流泄漏電流及其有功分量是檢測避雷器的主要方法。預防性試驗規程也將氧化鋅避雷器(MOA)“運行中泄漏電流”的測量列入預試項目。

4.2監測CVT、耦合電容器、電流互感器、套管等容性設備時(shí)，其介質(zhì)損失角正切值是一項靈敏度很高的試驗項目，它可以發(fā)現電氣設備絕緣整體受潮、絕緣劣化以及局部缺陷。

絕緣受潮缺陷占用電容型設備缺陷的85.4%，這是由于電容型結構是通過(guò)電容分布強制均壓的，其絕緣利用系數較高，一旦絕緣受潮往往會(huì )引起絕緣介質(zhì)損耗增加，導致?lián)舸?。研究表明，CVT、耦合電容器、電流互感器、套管等容性設備的缺陷發(fā)展的起始階段，測量電流增加率和測量介質(zhì)損耗正切值變化所得的結果一致，都具有很高的靈敏度;而在缺陷發(fā)展的后期階段，測量電流增加現象和電容變化的情況一致，更容易發(fā)現缺陷的發(fā)展情況。

4.3監測斷路器設備

針對兩種參數一般采用監測開(kāi)斷次數配合計算公式推倒出其優(yōu)良情況。電壽命監測——對電壽命監測是建立雜觸頭累計磨損量模型基礎上的。根據I—N曲線(xiàn)擬和的計算公式，按單次開(kāi)斷電流累計觸頭磨損量。機械狀態(tài)的監測——主要監測其傳動(dòng)機構和儲能機構。儲能機構監測的是儲能電機的日儲能次數，單次儲能時(shí)間的長(cháng)短，通過(guò)對這兩個(gè)數據的采集和分析，可以說(shuō)明儲能系統是否出現泄漏或儲能不夠等。傳動(dòng)機構則是采用對合、分閘線(xiàn)圈電流波形，機械振動(dòng)波形以及開(kāi)關(guān)輔助接點(diǎn)波形的綜合判斷方法，具體如下：首先錄下斷路器正常狀態(tài)下的機械振動(dòng)“指波紋”，如果傳動(dòng)機構出現裂紋、卡澀等問(wèn)題，其震動(dòng)頻率會(huì )發(fā)生改變。由于正常情況下分、合閘線(xiàn)圈電流波形與異常時(shí)有很大的差別，如波形畸變，待電持續時(shí)間長(cháng)等，因此通過(guò)對以上波形綜合分析，就可以判斷開(kāi)關(guān)是否有機械隱患。對于斷路器設備監測其電壽命和機械狀態(tài)可以及早發(fā)現平時(shí)通過(guò)預防性試驗所不能發(fā)現的缺陷，對斷路器的安全穩定運行起到了相應的補充作用。

5.在線(xiàn)監測與狀態(tài)檢修

電力系統傳統的運行維護工作，傳統的做法是實(shí)行“計劃檢修”。“計劃檢修”就是按照高壓電氣設備預防性試驗規程所規定的試驗周期，到期必對電氣設備進(jìn)行停電檢修。而狀態(tài)檢修則是基于設備的實(shí)際工況，根據其在運行電壓下的絕緣特性參數的變化，通過(guò)分析比較來(lái)確定電氣設備是否需要檢修，以及需要檢修的項目和內容，具有及強的針對性和實(shí)時(shí)性。因此，可以說(shuō)“狀態(tài)檢修”就是“應修既修，修必修好”。

5.1計劃檢修的特點(diǎn)

5.1.1周期性

計劃檢修是按照預防性試驗規程所規定的試驗周期，到期必修，具有很強的周期性。優(yōu)點(diǎn)是便于工作計劃的安排。缺點(diǎn)是它不管設備的實(shí)際狀況，具有很大的盲目性和強制性，易造成設備的“過(guò)度檢修”，浪費了大量的人力物力，同時(shí)各種耐壓試驗又有可能對設備絕緣造成新的損傷等。

5.1.2短暫性

定期預防性試驗只能檢測某一時(shí)間設備的絕緣狀態(tài)，不能適時(shí)檢測設備的絕緣狀態(tài)，無(wú)法確定設備何時(shí)出現絕緣缺陷，無(wú)法檢測缺陷的發(fā)展狀況，特別是設備內部發(fā)展速度快、易造成重大絕緣事故的缺陷，更是無(wú)法檢測到。

5.1.3試驗電壓低

定期預防性試驗的試驗電壓一般低于設備運行電壓，所以定期預防性試驗無(wú)法準確地檢測出設備運行電壓下的缺陷。

5.1.4降低了電網(wǎng)的供電可靠性

由于計劃檢修的定期預防性試驗需要在設備停電下進(jìn)行試驗檢測，增加了設備停電時(shí)間，必然影響電網(wǎng)的供電可靠性，同時(shí)供電部門(mén)也造成少供電量的損失。

5.2在線(xiàn)監測指導下?tīng)顟B(tài)檢修的特點(diǎn)

5.2.1在線(xiàn)監測實(shí)時(shí)性

在線(xiàn)實(shí)時(shí)監測，不受被檢測設備運行情況和時(shí)間的限制，可以隨時(shí)檢測設備的絕緣狀態(tài)，假如被檢測設備出現缺陷，電工能及時(shí)發(fā)現并跟蹤檢測、處理，這一措施對保證電網(wǎng)安全很有意義。

5.2.2在線(xiàn)監測真實(shí)性

在線(xiàn)監測技術(shù)由于是在設備運行電壓和狀態(tài)下進(jìn)行檢測，檢測出的絕緣參數更符合實(shí)際情況，更加全面和真實(shí)。

5.2.3在線(xiàn)監測針對性更強

可根據絕緣缺陷的發(fā)展和變化來(lái)確定檢修項目、內容和時(shí)間，檢修目的明確，針對性更強。

5.2.4在線(xiàn)監測提高了被檢測設備供電可靠性

由于實(shí)行狀態(tài)檢修，減少了被檢測設備停電次數和時(shí)間，提高了被檢測設備供電可靠性，同時(shí)也提高了電力部門(mén)全員勞動(dòng)生產(chǎn)率。

5.3在線(xiàn)監測技術(shù)指導下的狀態(tài)檢修與定期預防性試驗技術(shù)指導下計劃檢修的比較與發(fā)展

隨著(zhù)電力設備的大容量化、高電壓化、結構多樣化及密封化，對常規停電預防性試驗而言，傳統的簡(jiǎn)易診斷方法已顯得不太適應，主要表現在：隨著(zhù)供電可靠需求不斷提高，定期將電氣設備停電進(jìn)行預防性試驗變得越來(lái)越困難，特別是重要的變電站常常出現超期試驗的情況，這對保證電氣設備安全穩定的運行留下了一定的隱患;南方電網(wǎng)下發(fā)的新規程和標準的實(shí)施將預防性試驗的周期做了很大的調整，延長(cháng)了試驗周期，這對我們高壓預防性試驗提出了一個(gè)新的要求，是不是采用現有的試驗項目和方法可以保證在只一個(gè)周期內不發(fā)生故障;現階段高電壓等級的電氣設備和新型的電氣設備在不斷的投入運行，然而我們所采用的預防性試驗方法是采用一個(gè)較低的電壓模擬高電壓下電氣設備的各種運行情況，達不到一個(gè)真實(shí)性，不能正確反映出電氣設備的優(yōu)良情況;針對近年來(lái)投入廣泛應用的干式穿墻套管在試驗中所采集的數據基本上完全不能正確的反映其優(yōu)良情況;另外由于近期對主變的試驗中將主變套管的油化驗試驗取消了，然而高壓試驗又只能在一個(gè)較長(cháng)的試驗周期中對其進(jìn)行試驗，對主變套管這種設備的有效檢測達不到一個(gè)必要的要求。高電壓設備絕緣在線(xiàn)監測技術(shù)的應用，是實(shí)現狀態(tài)檢修的有效手段之一。在線(xiàn)檢測是在運行電壓下對設備的絕緣狀態(tài)進(jìn)行檢測，真實(shí)反應設備絕緣水平?，F階段部分供電系統均采用在線(xiàn)監測技術(shù)來(lái)作為常規停電預防性試驗的補充，取得了很好的成效，有效的將常規停電預防性試驗的周期進(jìn)行了延長(cháng)。在線(xiàn)監測技術(shù)通過(guò)自動(dòng)連續檢測狀態(tài)下，依據大量的數據和曲線(xiàn)分析設備絕緣狀態(tài)的變化趨勢，從變化趨勢中尋找危險征兆，從多項檢測結果來(lái)綜合判斷運行設備狀況，其分析結果和數據可直接傳輸至上級主管部門(mén)，真正做到設備“該修則修，修必修好”，避免不必要的人力，物力浪費。在線(xiàn)監測技術(shù)的應用有利于從“定期維修”制(計劃維修)過(guò)渡到“狀態(tài)維修”制(預知維修)。將在線(xiàn)監測和預試結合起來(lái)，根據在線(xiàn)監測的結果合理安排預試，延長(cháng)預試大修周期，是逐漸推行狀態(tài)維修的有效途徑?，F階段特別是針對電容型設備的在線(xiàn)監測技術(shù)得到了廣泛的應用，從技術(shù)手段上來(lái)說(shuō)已經(jīng)完全可以取代常規停電預防性試驗。狀態(tài)檢修的基礎是要實(shí)時(shí)掌握和了解被檢測設備在帶電工作時(shí)的絕緣參數。而在線(xiàn)監測技術(shù)，則是獲取被檢測設備的絕緣參數的最佳途徑。通過(guò)對被檢測對象帶電工作的實(shí)時(shí)監測，測出被檢測對象絕緣的各種狀態(tài)參量，并對這些量的變化量進(jìn)行分析比較，來(lái)確定是否對設備進(jìn)行檢修。特別是最近幾年，高電壓設備的質(zhì)量和制造水平有了很大提高，因此，狀態(tài)檢修的優(yōu)勢也更加凸顯出來(lái)。

6.結論

高壓電氣設備絕緣在線(xiàn)監測技術(shù)的充分運用，能夠及時(shí)發(fā)現和檢測出電力設備內部絕緣狀態(tài)的變化，對被檢測電力設備絕緣故障及時(shí)處理，保證了供電網(wǎng)絡(luò )的安全運行。在線(xiàn)監測技術(shù)是供電單位實(shí)行狀態(tài)檢修的基礎，也是最佳的技術(shù)手段，應當進(jìn)一步推廣使用?，F階段無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)、計算機技術(shù)、傳感器技術(shù)的發(fā)展為高壓電氣設備絕緣在線(xiàn)監測技術(shù)的發(fā)展提供了有力的保證，為實(shí)施超高壓電力線(xiàn)路絕緣子等以前沒(méi)有研究與開(kāi)展的在線(xiàn)監測技術(shù)提供了條件。我局也在此良機下大力開(kāi)展在線(xiàn)監測技術(shù)，通過(guò)逐步試點(diǎn)到最后的推廣，最終達到全局變電站都能采用在線(xiàn)監測技術(shù)，解決定期停電預防性試驗的種種缺點(diǎn)，保證電網(wǎng)能在最好的狀態(tài)下安全、穩定的運行。

參考文獻

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