W－PD2高壓套管在線監測系統的應用

徐艷聰

（山西陽泉煤業（集團）有限責任公司發供電分公司，山西 陽泉045000）

0 引言

隨著電力工業的發展，電力變壓器逐步向大容量、高電壓方向發展，而制造技術的提高，又使變壓器各部位絕緣距離逐漸減小。變壓器高壓套管作為變壓器的重要附件之一（圖1），其質量要求也越來越高。

圖1 大型油浸變壓器高壓套管

據統計，電力系統中60%以上的停電事故是由電氣設備的絕緣缺陷引起。從國內外變壓器故障統計數據看，35%～45%的變壓器電氣故障都與套管故障有關，尤其是與套管的絕緣故障有關。潮氣入侵、絕緣油變質、絕緣紙老化等，都會造成套管絕緣介損升高，隨之引起絕緣過熱及快速老化，以至最終導致絕緣崩潰。

1 傳統高壓套管維護手段的局限性

常規預防性試驗是電力部門發現電力設備潛在絕緣故障的主要手段，但據統計，53%的潛在問題不能在這種情況下被及時發現。特別是大容量超高壓設備，停電試驗問題更加嚴重，常有設備經過預防性試驗后在正常電壓運行中突發事故。

常規預防性試驗的局限性具體表現在：（1）常規預防性試驗為停電試驗，由于是停電測試，被測設備的溫度相應降低，試驗環境也與運行中有差異，套管絕緣介損參數會有變化，部分絕緣缺陷難以發現。（2）常規試驗時間集中，且工作量大。（3）常規試驗的試驗電壓（12 k V）低，試驗周期長，試驗靈敏性及試驗效果有待研究。（4）常規試驗針對性差，不能按照設備的個別癥狀來分析、判斷故障情況。

事實證明，即使按照國標規定完成了常規預防性試驗，但試驗對套管的檢測還是不全面的，在設備二次安裝及停電檢修和維護過程中，都有可能造成套管的二次損傷。

由于潮濕多雨、安裝工藝和設計裕度等因素的影響，廣東地區套管事故占全國事故的比例很大。1994年5月27日沙角A發電廠4＃主變、1998年9月29日廣州抽水蓄能電廠5＃主變、1995年5月16日廣東增城500 k V變電站1＃主變、2001年2月26日沙角C電廠2＃主變發生的重大變壓器事故均由套管絕緣問題引起，損失數以億計。

2 W－PD2高壓套管在線監測系統的應用

自20世紀80年代開始，國家電力部就明確提倡用在線監測手段提前發現潛在故障的規劃。研究表明，通過在線監測容性設備的介質損耗因數tanδ，能動態反映設備絕緣狀況的趨勢變化，它是一種有效而可行的監測手段。但由于國內研發制造的技術尚待完善，該手段應用情況不盡理想。W－PD2高壓套管在線監測系統除應用成熟的傳感器技術外，充分結合國內相關標準，開發行之有效的專家診斷軟件，并將在線監測功能集成到電能管理系統中，方便了用戶及時掌握關鍵設備的絕緣健康狀態，還能根據自動生成的專家診斷建議采取合適的反應措施或安排維護時間，真正實現按設備的狀態進行維修。

國內變壓器和高壓套管監測的經驗是有限的，部分研究所曾對此功能進行研究和開發，但最終效果還是不盡人意，原因是我國輸變電的電能質量比較低，常常因為電壓波動等原因導致誤報警。要實現穩定的監測需要借鑒國外成熟的經驗。烏克蘭的變壓器制造和高壓設備監測技術一直處于領先地位，其扎布羅熱變壓器是我國大容量超高壓變壓器設計和制造的鼻祖，W－PD2高壓套管在線監測系統正是借鑒其成熟的經驗進行開發的。

W－PD2率先引入頂層油溫作為高壓套管介損監測的參考量，以防止誤報警，避免系統電壓波動對套管電容電流的影響。除此之外，引進烏克蘭變壓器研究所末屏電流變化率的算法和數據庫作為分析軟件主要組成部分，其中，電流相對增加量用專用公式計算：

式中，I0為出現絕緣缺陷之前的電流；ΔI為絕緣中電流的變化；C0為套管的起始電容；ΔC為電容超過C0的變化值；Δtanδ為套管絕緣介損的變化量。

根據以往的經驗，當電流變化達到1%～2%時絕緣開始老化；電流變化達到3%～5%時絕緣老化嚴重；高至6%～8%將產生災難性的后果，甚至可能發生爆炸事故。實踐證明，此算法是有效的。某變電站變壓器安裝W－PD2套管在線監測裝置后，通過在線監測發現套管電容及介損值超標預警，于是連續跟蹤測得數據圖（圖2），待電流變化至6%時解體套管，隨即看到了套管上的樹狀爬電痕（圖3），說明曾因滲雨導致絕緣損壞。

圖2 某高壓套管在線監測數據圖

圖3 故障高壓套管解體后樹狀爬電痕

3 高壓套管在線監測系統存在的問題

高壓套管在線監測系統在電力系統中的應用，為高壓電氣設備的安全運行提供了強有力的安全技術保障，但從目前的運行情況看，其主要還存在以下問題：（1）設備標準不統一：由于目前高壓套管在線監測系統各生產廠商及監測信號不統一，造成監測標準不一，軟硬件存在不能互換、共享性差、產品升級換代受生產廠家限制等問題。（2）運行與維護脫節：新技術在現場的應用與后期維護存在差距，強電與弱電交織，新技術的普及與維護人員技術力量之間脫節，廠商負責維護也存在運行設備連續性和可停時間等限制。

4 結語

W－PD2高壓套管在線監測系統的應用，為電力高壓設備的安全運行提供了一種有力的監護方式，減少了過去由于電氣高壓設備連接套管隱蔽性故障不易被發現造成突發性故障的頻次，為高壓電氣設備的安全穩定運行提供了實時在線監測信息。由于系統大大彌補了預防性試驗的不足，為用戶提供了前所未有的絕緣歷史數據，維護工作變得更加有針對性。

隨著應用的深入，W－PD2高壓套管在線監測系統將擁有更加適應國情的歷史經驗數據，為其穩定運行和準確診斷提供強有力的數據基礎。

［1］楊恩星.一種新型局部放電在線監測裝置的研究［D］.沈陽：沈陽工業大學，2003.

［2］張建文.電氣設備故障診斷技術［M］.北京：中國水利水電出版社，2006.

［3］李國慶，莊重，王振浩.電容型電氣設備介質損耗角的在線監測［J］.電網技術，2007（7）.

［4］劉曉亮，文維娟，任捷，等.高壓直流套管電壓監測器的研究［J］.電瓷避雷器，2013（1）.