對變配電設備絕緣在線監測技術的分析與探討

福建廈門電業局 葉金錠

對變配電設備絕緣在線監測技術的分析與探討

福建廈門電業局 葉金錠

變配電設備是輸配電系統中的重要環節，隨著新技術的發展、試驗設備性能的不斷提高和試驗方法的不斷完善以及對電網運行設備的維護和調試經驗的積累，開展變配電電氣設備綜合狀態監測，對提高變配電電氣設備的供電可靠性、減小設備的運行維護成本、延長設備的使用壽命、降低事故發生率有著重要意義。

一、絕緣在線監測技術及其原理

電力設備綜合狀態監測系統，由傳感器系統、信號采集系統、分析診斷系統組成。目前常用的傳感器有電磁傳感器、力學量傳感器、聲參數傳感器、熱參數傳感器、化學量傳感器等；信號采集系統是將傳感器得到的模擬量轉換成數字量進行傳輸，應用數字濾波技術對采集到的信號進行濾波處理，抑制和消除外界干擾和背景噪聲，提取真實信號，并進行信號的還原；分析診斷系統對所采集的信號進行分析、處理和診斷，得到監測電力設備絕緣的當前狀況，并根據需要進行絕緣診斷和壽命評估。在線監測的基本流程如圖1所示。

1. 變壓器油中溶解氣體在線監測單元。目前運行中的大型電力變壓器，絕大多數是用變壓器油來浸漬的，浸漬后絕緣及散熱性能都有明顯提高。油與絕緣紙（紙板、紙筒等）一樣都是有機絕緣材料，在熱、電、氧、水等多種因素作用下，容易逐漸裂解變質。對變壓器油因熱、氧化和局部電弧等多種因素而裂解出來的低分子氣體進行分類定量監測是色譜分析的常用方法，它能在一定程度上反映出此油浸紙結構中的故障或老化過程。

用氣相色譜法監測變壓器絕緣油中的氣體現已比較成熟，雖在國內外存在多種技術和方法，但基本理論相似。由于傳感器技術和計算機應用技術、信息技術的發展，現在對油中氣體采用高靈敏度傳感器可以檢測出變壓器油裂解的H2、CO、CH4、C2H2、C2H4、C2H6和微水等物質的含量，通過分析油中氣體的含量可以有效地分析變壓器的運行狀況、運行壽命和絕緣老化程度，進行早期故障診斷。

整個監測裝置可分為油氣分離單元、氣體檢測單元和微機處理、控制及診斷單元，通過通信部分轉接到工業控制計算機，實現對多臺變壓器油中溶解氣體的在線監測。

2. 變電站電容型設備的在線監測。電容型設備主要包括耦合電容器，主變壓器的電容型套管及電容型互感器。正確選擇參數十分重要，通過監測電容器設備的三相不平衡電流、電容量、介質損耗因數tanδ（介質損耗角）、工作時的電容電流，可及時掌握這些設備的絕緣狀況，并根據歷史的、橫向的、相間的比較，以及絕緣特性的發展趨勢，及早發現潛伏故障，提出預警，避免嚴重事故的發生。

高壓電容型設備絕緣的介質損耗因數，是反映其絕緣性能的一項重要指標，運行中的 MOA 阻性泄漏電流能反映閥片的受潮、劣化程度，因此二者是以計算機為核心的在線監測的主要參量。變壓器在線監測診斷系統原理如圖2所示。

對電容型設備介質損耗因數的測量，被測的電壓和電流信號分別從電壓互感器（YH）副邊和容性設備末屏上獲取，MOA 阻性電流信號從MOA的接地引下線上獲取，采用高精度電壓、電流傳感器將YH和設備上的電壓、電流變換成低壓小電流信號，將數據聯系到工業控制計算機，實現對多個電容型設備和MOA阻性電流的監測。

二、絕緣維護技術探討

目前普遍認為，電氣設備應從定期的預防性檢修逐步過渡到狀態維修。在運行電壓下對電氣設備的工作狀態進行監測，不僅可以真實地反映設備絕緣的運行狀態，還可以及時進行設備絕緣診斷，減少停電所帶來的損失。

1.在線監測的特征量分析。在目前尚未制定出狀態檢修標準的條件下，在線監測所測得的特征量只能是以“縱比”（與同一設備連續監測的數據相比）為主，以“橫比”（與同類設備的在線監測值比較）為輔，預防性試驗中的檢測數據可供參考。如果縱比時，特征量發生了突變或持續增大，可以基本診斷為設備有某種潛伏性故障，再與同類設備曾發生過故障的特征量或三相中的另兩相的特征量變化規律相比，可進一步判斷屬于何種潛伏性故障。

2.在線監測的不足。在線監測將成為絕緣檢測中的一個重要組成部分，它將在很多方面彌補僅靠定期停電預防性試驗的不足，但目前還不能認為在線檢測將全面替代停電預防性試驗。一方面在線監測原理和技術尚不完善，在線監測的判定標準沒有得到徹底解決，必須開展進一步研究；另一方面，在線監測測量的是工頻電壓下的電力設備絕緣參數，電力系統內時常發生的過電壓情況下的絕緣品質無法進行測量。建議以在線監測為依據，適當延長預防性試驗周期，建立良好的在線監測數據管理機制，及時反映監測數據的變化，監督潛伏性故障的發展，防止事故的發生。

三、發展方向

變配電設備在線監測的發展方向主要有以下幾個方面。

1. 在硬件設備選擇上，主要選擇一些受外界干擾較小、對其他設備沒有影響的器件。

2. 軟件設計上，結合先進的專家選擇、智能理論等其他先進技術進行設計開發。

3. 在監測的范圍方面，從原來的監測單一設備，發展到對多臺設備甚至一個小系統的全面監測上來。

4. 利用先進的網絡技術，可以進行遠程的在線監測和控制，并且利用網絡的優勢進行跟蹤、控制。