變電站電力設備在線監測技術簡析

潘柏崇

（廣東電網發展研究院，廣東 廣州 510080）

0 前言

國內外對電力設備在線監測技術的探索和研究已有30 多年，這些技術應用于電網設備也有相當長的一段時間，現階段已有部分在線監測技術應用得比較普遍，某些在線監測設備已經成為常規配置。而其它技術由于還不夠成熟穩定，應用的經濟性不好，至今仍然處于發展和探索階段。本文主要對現階段應用得比較普遍的，以及已經發展得比較成熟，正在推廣使用的在線監測技術作介紹和分析。

1 在線監測技術介紹

變電站里的電力設備種類繁多，結構各異，各種設備的在線監測要求都不同，因此在線監測技術含有多種項目。針對變壓器的有油色譜在線監測、油中溶解氣體檢測、油中含水量檢測、局部放電檢測、套管電容量和介質損耗檢測、鐵芯接地電流檢測、中性點接地電流檢測等；針對GIS 的主要有局部放電檢測和氣體密度檢測等；針對斷路器的有動作特性在線監測等；針對開關柜的有局部放電檢測和在線測溫等；針對避雷器的有泄漏電流、動作次數、阻性電流檢測等。現階段在電力系統中使用較普遍的在線監測項目主要是針對變壓器和GIS 的在線監測。針對其它設備的在線監測項目相對較少。

2 變壓器在線監測

針對變壓器的在線監測項目主要有油色譜在線監測、局部放電檢測、油中含水量檢測、套管電容量和介質損耗檢測、鐵芯接地電流檢測、中性點接地電流檢測等，其中油色譜在線監測、局部放電檢測、油中含水量檢測等技術應用較多，其它項目由于設備和技術的發展還不是非常完善，還沒有得到普遍應用。

2.1 油色譜在線監測

變壓器油色譜在線監測既可以監測油中的溶解氣體，還可以監測油中微水含量。

油浸式變壓器局部發生潛伏性的微型故障時，由于電暈和火花放電或局部過熱的原因，導致變壓器內部的纖維和絕緣油過熱，釋放出各種氣體，這些氣體包括氫氣、一氧化碳、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等。這種潛伏性故障不影響其正常運行，但是隨著時間推移，可能發展成為嚴重故障。

在變壓器的運行維護過程中，變壓器油中的微水含量是一個非常重要的指標，油中微水含量對油的絕緣性能有很大的影響，水分不僅能降低絕緣系統的擊穿電壓和增加介質損耗，而且它還將直接參與油紙纖維等高分材料的化學降解反應，促使這些材料降解老化，從而加速絕緣系統各項性能的劣化；當油中微水含量超過一定閾值時，設備的絕緣性能將大大降低，嚴重時可導致絕緣擊穿、燒毀設備等重大事故。

變壓器油色譜在線監測的主要原理是在線及時監測絕緣油中溶解的各種故障特征氣體或水分的濃度及變化趨勢，分析判斷變壓器的運行狀況，給運維人員提供實時的狀態顯示或警報。采用定期檢測變壓器油色譜的方法雖然也可獲取變壓器油中故障氣體和水分的含量，判斷變壓器的運行狀況，但受到檢測周期的影響很難及時地發現變壓器的潛伏性故障，而且檢測過程復雜，要求相關人員的理論修養比較高，給監測工作的開展和普及帶來不小的難度。

現階段，變壓器油色譜在線監測技術已有多年的運行經驗，其技術和設備都已經比較成熟，已經普遍應用于各變電站中。

2.2 局部放電監測

變壓器局部放電監測有電測法和非電測法兩種，電測法的原理是通過測量局部放電產生的脈沖信號，即脈沖電流的大小來確定放電的位置；非電測法的原理是通過測量局部放電時發出的聲波信號來確定放電位置。電測法的靈敏度高，可以確定放電點的位置和放電量的大小，但是因為容易受到現場嚴重的電磁干擾而降低了監測的靈敏度和信噪比；非電測法基本不受現場電磁干擾的影響，信噪比較高，可以確定放電點的位置，但是其靈敏度較低，不能確定放電量大小。

局部放電監測技術和設備雖然已經投入使用多年，但是采用電測法的裝置受干擾嚴重和采用非電測法的裝置靈敏度不高的問題都仍然沒有得到有效解決，故障誤報和故障拒報的情況時有發生，給用戶帶來很大的困擾，很多監測裝置都被拆除，改為采用原來的離線檢測手段。基于上述原因，變壓器局部放電監測技術和設備沒有得到普遍應用，仍處于完善階段。

2.3 油中含水量在線監測

變壓器油中含水量在線監測還有另外一種方法，其原理是以相對飽和度和溫度為監測特征量，采用濕度傳感器和溫度傳感器實現對油中微水含量的在線監測，并利用計算機完成數據的采集與分析，達到在線監測的目的。濕度傳感器是油中含水量在線監測的一個關鍵部分，隨著此項監測技術十幾年的發展，濕度傳感器的技術和材料也在不斷的改進和變化?，F在的傳感器材料已經能比較好地適應變壓器內部嚴酷的環境，其測量準確度和使用壽命都能比較好地滿足實際應用的要求。隨著這種技術的進一步完善，其應用將會越來越普遍。

3 GIS 在線監測

針對GIS 的在線監測項目主要有局部放電和SF6 氣體密度監測兩種。

3.1 局部放電在線監測

GIS 局部放電在線監測方法采用電氣檢測方法居多，主要包括脈沖電流法和超高頻法等等，后者目前應用較為廣泛，具有實時性好和靈敏度高的特點，還具有比較強的抗干擾能力，在復雜環境中還能夠實現相關的故障定位。其原理是當GIS 發生絕緣故障時，常常伴隨著內部電場的畸變和局部放電現象的出現，并產生脈沖電流，該脈沖電流激發出高頻電磁波，該電磁波從GIS 的盤式絕緣子處泄露出來，采用高頻傳感器測量絕緣縫隙處的電磁波，然后根據接收到的信號強度來分析局部放電的嚴重程度。

早期，GIS 局部放電在線監測存在多種問題，如裝置的可靠性差，抗干擾差，常誤報；無法在現場進行靈敏度校驗，特別是針對結構比較復雜的GIS；缺乏有效的，適合工程應用的局部放電定為手段；高頻法無頒布的國家或行業標準，行業發展缺乏規范性，產品水平參差不齊；等等。近年來，隨著GIS 局部放電技術和設備的發展進步，相關的行業標準和規范的不斷補充和完善，電力公司也在推廣相關技術的應用，GIS 局部放電監測技術和產品已經開始慢慢普及。

3.2 SF6 氣體密度在線監測

在運行允許條件范圍內，GIS 內SF6 氣體的壓力會隨著氣體溫度的變化而變化，但是，SF6 氣體的密度值始終不變。因為GIS 的絕緣和滅弧性能在很大程度上取決于SF6 氣體的密度，所以，通過監測SF6氣體密度可以了解GIS 內部絕緣性能的情況。但是，由于GIS 內部空間比較緊張，SF6 氣體密度繼電器的安裝比較麻煩，在校驗密度繼電器的過程中從GIS 上拆裝密度繼電器可能存在的SF6 氣體漏氣的風險，而且在GIS 內部安裝其它部件時可能會影響內部電場的分布，影響絕緣效果。由于上述問題至今沒有得到很好的解決，GIS 氣體密度在線監測技術和設備還沒有實現廣泛應用。

4 其它在線監測項目

除了上述幾種應用得比較普遍的在線監測項目外，斷路器動作特性、開關柜局部放電和在線測溫、避雷器泄漏電流、動作次數、阻性電流等在線監測項目的應用相對沒那么普遍。

5 結語

經過數十年的研究和實踐，目前輸變電設備在線監測及帶電檢測技術已經呈現出快速發展的趨勢，部分成熟產品正被電網廣泛推廣和應用，并已逐漸涵蓋變電站主要的電氣設備。然而，在線監測及帶電檢測是一項復雜的系統工程，有些技術尚不十分成熟，即使已發展成熟或者推廣應用的技術也有需要完善的空間。因此，在輸變電設備在線監測及帶電檢測裝置的開發應用過程中，要根據設備的具體運行狀況，對設備監測數據進行綜合分析，提高監測數據及分析判斷的準確性。這對于提高電網運行水平，促進檢修模式的轉變，以及狀態檢修的完善都具有重要意義。

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