電力設備狀態監測裝置檢測試驗技術

栗 薇

（天津電力技術中心，天津 300384）

隨著電力設備狀態檢修工作的深入開展，越來越多的狀態監測技術應用到輸變電設備的日常狀態分析檢測中來。電力設備狀態監測的目的是采用有效的檢測手段和分析診斷技術，及時、準確地掌握設備運行狀態，保證設備的安全、可靠和經濟運行。其中依靠狀態監測裝置對運行設備開展監測已經逐步成為電力系統常態化的監測技術手段之一。因此狀態監測裝置的檢測精度和可靠性直接影響著對電力設備狀態監測的效果。保障掛網運行的電力設備狀態監測裝置功能完好，可以滿足生產要求成為選擇狀態監測裝置和監督其質量的條件之一，這就需要相應的檢測試驗針對狀態監測裝置本身性能質量把關。

1 電力設備狀態監測裝置

按照被監測對象的不同，電力設備的狀態監測裝置分為變電設備狀態監測裝置、輸電線路狀態監測裝置及電力電纜狀態監測裝置。

1.1 變電設備狀態監測裝置

目前常見的變電設備狀態監測裝置主要有變壓器油中溶解氣體在線監測裝置、變壓器局部放電檢測裝置、鐵心接地電流檢測裝置、電容型設備及金屬氧化物避雷器絕緣在線監測裝置、GIS及 SF6斷路器氣體壓力和濕度在線監測裝置、GIS局部放電在線監測裝置、GIS及 SF6斷路器分合閘線圈電流在線監測裝置等。

1.2 輸電線路狀態監測裝置

較為成熟和廣泛應用的輸電線狀態檢測裝置主要有輸電線路氣象監測裝置、導線溫度監測裝置、微風振動監測裝置、等值覆冰厚度監測裝置、導線舞動監測裝置、導線弧垂監測裝置、風偏監測裝置、現場污穢度監測裝置、桿塔傾斜監測裝置、圖像視頻監控裝置等。

1.3 電力電纜狀態監測裝置

電力電纜狀態監測裝置主要為光纖測溫在線監測裝置。

2 狀態監測裝置檢測試驗

2.1 通用檢測試驗

電力設備狀態監測裝置性能檢測試驗是為對監測裝置滿足的功能情況進行檢測試驗。監測裝置檢測試驗一般需要滿足以下幾方面需求。

1）裝置基本功能檢驗

對裝置基本功能的檢驗試驗通常按照現場配置方案組成在線監測系統，給監測裝置通電，施加相應信號，分項檢驗在線監測裝置是否具有監測、數據記錄、報警、自診斷等功能。

2）裝置電氣性能檢驗

對裝置電氣性能檢驗試驗主要是對裝置絕緣性特性、耐沖擊特性進行檢驗。變電設備狀態監測裝置的電氣性能試驗主要按“GB/T7261繼電保護和安全自動裝置基本試驗方法”第19章的規定和方法進行絕緣電阻、介質強度、沖擊電壓等試驗。輸電線路狀態監測裝置根據檢測對象種類不同，一般進行可見電暈和無線電干擾試驗、短路電流沖擊試驗或雷電沖擊試驗。

3）裝置電磁兼容性檢驗

對裝置電磁兼容性檢驗主要按照“GB/T 17626電磁兼容 試驗和測量技術”中的規定和方法進行靜電放電抗擾度、射頻電磁場輻射抗擾度、脈沖磁場抗擾度、工頻磁場抗擾度等抗擾度試驗。

4）裝置環境適應性檢驗

裝置環境適應性檢驗主要按照“GB/T 2423 電工電子產品環境試驗” 的規定和方法進行高溫、低溫、恒定濕熱、溫度變化、交變濕熱等試驗。

5）裝置外殼及機械性能檢驗

裝置外殼及機械性能檢驗主要對裝置外觀、防護等級、振動、沖擊、碰撞、運輸等進行檢查或試驗。

6）裝置通信功能檢驗

裝置通信功能檢驗主要按照現場配置方案組成在線監測系統，給監測裝置通電，利用在線監測裝置上位機通信軟件對監測裝置進行通信檢測，運行上位機通信軟件的計算機與監測裝置通過通信網絡連接。通常檢測數據傳輸速率整定情況、數據傳送功能等。

除了以上通用的檢測試驗外，不同狀態監測裝置由于監測對象不同，其結構和工作原理有很大區別，在對其某些性能進行檢測時常常需要采用差異化的試驗方法進行試驗。下面簡要介紹幾種典型監測裝置的檢測試驗方法。

2.2 變電設備狀態監測裝置

1）變壓器油中溶解氣體在線監測裝置

變壓器油中溶解氣體在線監測裝置是安裝在變電站油浸式高壓設備（如油浸式電力變壓油浸式電抗器等）本體上或附近，可對油中溶解氣體信息進行連續或周期性自動監視檢測的裝置。一般由油樣采集、油氣分離、氣體檢測、數據采集與控制、通信與輔助等部分組成。按照監測氣體成分的多寡分為多組分監測裝置（即監測變壓器油中溶解氣體成分6種及以上的監測裝置）和少組分檢測裝置（監測變壓器油中溶解氣體成分少于6種的監測裝置）。

（1）測量誤差試驗

受試狀態監測裝置處于正常工作狀態，將標油接入受試裝置進行分析測試，試驗期間不允許進行任何設置。同時取相同油樣用實驗室氣象色譜儀進行分析測試。以實驗室氣象色譜儀測量結果為基準。試驗均通過標油進行，標油中所含氣體成分濃度應該包含最低檢測限值、最高檢測限值以及介于兩者之間、氣體含量大致成等差關系的4個其他濃度。部分油樣可以包括多氣體成分，也可以是單氣體成分。各油樣中氣體成分的測量誤差按以下公式計算，監測裝置的測量誤差需符合表1、表2中要求。

表1 多組分在線監測裝置技術指標

表2 少組分在線監測裝置技術指標

（2）交叉敏感性試驗

交叉敏感性即某一氣體含量的測量不應受到其它氣體成分的大小的影響。

①配制一油樣，其中一氧化碳CO含量＞1000μL/L、二氧化碳 CO2含量＞10000μL/L，氫氣 H2含量＜50μL/L，進行在線監測裝置油中氣體成分分析。氫氣H2測量結果應仍能滿足表1、表2誤差限制要求。

②配制一油樣，其中一氧化碳CO含量＞1000μL/L、二氧化碳CO2含量＞10000μL/L，氫氣H2含量＞500μL/L，烴類氣體含量＜10μL/L，進行在線監測裝置油中氣體成分分析。烴類氣體的測量結果應仍能滿足表 1、誤差限制要求。

（2）利用固化泥漿制備的路基路面材料符合國家對路基路面材料的有關標準和要求，并且生產工藝簡單，設備、土建投資低，具有較好的經濟與社會效益。

2）電容型設備及金屬氧化物避雷器絕緣在線監測裝置

電容型設備/金屬氧化物避雷器絕緣在線監測裝置是用于對電容型設備/金屬氧化物避雷器的絕緣狀態參量進行連續實時或周期性自動監視監測的裝置。

（1）測量誤差試驗

如圖1所示，將待測的電容型設備/金屬氧化物避雷器絕緣在線監測裝置接于狀態參量模擬裝置（由若干電容、電阻及功率源等組成），將標準測試儀（高精度介損電容量/泄漏電流測試裝置）接于同一個狀態參量模擬裝置，調整狀態參量模擬裝置的工作狀態，同時測得在多個測量點的介質損耗因數、電容量以及全電流及阻性電流值。將兩者在各測量點的測量值一一比較，以標準測試儀檢測數據為基準，計算測量誤差，電容型設備絕緣在線監測裝置的測量誤差需符合表3中測量誤差要求，避雷器絕緣在線監測裝置的測量誤差需符合表4中測量誤差要求。測量誤差計算公式如下：

圖1 電容型設備/金屬氧化物避雷器絕緣在線監測裝置測量誤差試驗連接圖

表3 電容型設備絕緣在線監測裝置技術指標

表4 金屬氧化物避雷器在線監測裝置技術指標

電容型設備在線監測裝置測量點的選取，應在全電流和介損的測量范圍內選取包括最低監測限值、最高檢測限值以及其他 4個測量點在內的共 6個測量點，電容量應選取至少 4個典型值，包括100pF、800～1300pF 范圍內選 1點、5000pF、10000pF及以上選1點。

金屬氧化物避雷器絕緣在線監測裝置測量點的選取，應選取包括在線監測裝置最小可測量全電流值、最大可測量全電流值以及其他4個電流值在內的共6個不同的電流值。

（2）接入安全性試驗

電容型設備在線監測裝置若采用穿心電流互感器取樣方式，要求設備末屏接地引線各處連接牢固，符合通流能力要求；回路導線最小截面積≥4mm2，需要時進行通流能力校驗。要求對電流信號輸入端（包括串聯元件方式串入的元件）進行 0.1s/1000A交流電流通流能力試驗及2ms/400A方波電流沖擊試驗。試驗之后，要求接地線連接正常，受試裝置工作正常，試驗后測量值不超過表3所示的誤差限值。

金屬氧化物避雷器絕緣在線監測裝置要求金屬氧化物避雷器接地線各處連接牢固，符合通流能力要求。對于與計數器并聯接入的在線監測裝置，不應影響計數器計數功能。與計數器串聯接入的在線監測裝置，應滿足避雷器通流容量，材質宜采用多股銅導線。受試裝置還應在正常工作狀態，對電流信號接入端進行 10μs/20kA 沖擊電流和 2ms/400A方波電流試驗，要求受試裝置工作正常，試驗后測量值不超過表4所示的誤差限值。

2.3 輸電線路狀態監測裝置

輸電線路狀態監測裝置種類較多，這里介紹兩種常見的裝置的試驗。

1）導線溫度監測裝置

（1）導線電流耐受試驗

將接觸類導線溫度采集單元安裝在導線上，處于工作狀態，進行如下導線通流試驗：

①將導線電流從零升流至導線允許電流，然后降流至零，重復3次。

②對導線通以允許電流值的電流，連續運行48h。

試驗期間及試驗結束后，導線溫度采集單元應能正常工作，電氣系統無損壞。

（2）溫升試驗

在環境溫度為20±5℃的條件下，將接觸類導線溫度采集單元安裝在 400mm2的導線上，對導線通以 800A電流，測量導線表面溫度、導線溫度采集單元夾具及表面的溫度。導線溫度采集單元夾具及表面的溫度應不超過導線表面溫度。

2）等值覆冰厚度監測裝置的覆冰試驗

在受試裝置運行狀態下，工作溫度在-5℃～0℃之間，濕度 90%以上，使裝置結冰；工作溫度保持0℃30min后，降至-5℃，再保持30min后逐漸升至 0℃，重復 3次。整套受試裝置應運行正常，數據穩定。

3 檢測試驗中需解決的問題

狀態監測裝置的檢測試驗是否準確、有效，與試驗模擬現場條件相近度有很大關系。在很多情況下，實驗室不具備模擬輸變電設備正常運行條件下電源容量、環境特性等，如對GIS設備局部放電信號的監測、對高壓電纜光纖測溫的監測以及部分輸電線路運行環境的模擬等。這就給這些狀態監測裝置檢測試驗的實現提出了挑戰。要找到解決此類試驗困難的途徑，還需不斷豐富實驗室技術手段，搭建更完備的試驗平臺，同時考慮利用現場設備運行提供的系統資源，在保證電網安全的前提下，對狀態檢測設備開展性能測試試驗。

4 結論

隨著輸變電設備狀態監測技術的不斷發展提高，還會有越來越多的新型監測裝置涌現并投入到電網系統中實際應用。對狀態監測裝置性能質量的檢驗把關不僅是對此類產品發展的規范促進，更是保證電網設備狀態實時可控的需要。因此研究和完善狀態監測裝置性能試驗方法也將是持續性工作，也將成為電力系統不可或缺的常態化工作之一。

[1]Q/GDW 540-2010,變電設備在線監測裝置檢驗規范[S].

[2]Q/GDW 242-2010,輸電線路狀態監測裝置通用技術規范[S].