電氣設備在線監測技術的研究與發展

馮志偉

（河北 唐山 063500）

一、預防性試驗與在線監測

現行的定期維修制度并不適用于所有設備。對于有些初始運行狀態很好的設備，經過帶有一定盲目性的檢修后，反而破壞了原有的良好狀態，造成大量人力、物力的浪費。傳統預防性試驗由于試驗電壓低，而且是在離線停電狀態下進行的，無法真實反映運行電壓下的絕緣性能和整個設備工況，所以最終檢測結果的可信度大大降低，這就是雖然整體預防性試驗合格，但仍時有故障發生的原因。

二、供電設備在線監測

電力系統中的供電設備種類繁多，數量龐大，目前實施在線監測的主要有變壓器、斷路器、避雷器和互感器等。所有這些在線監測裝置，都是為了能更好地幫助我們分析和判斷設備的運行狀態，減少工作中的盲目性和隨意性。

（一）變壓器在線監測

變壓器在長期運行中，由于絕緣的劣化及潛伏性故障，使其在運行電壓下產生光、電、聲、熱等一系列的化學反應。變壓器在線監測主要包括油中氣體在線監測、局部放電在線監測和絕緣在線監測等。

1.油中氣體在線監測

自從1952年Martin等人提出氣相色譜法以來，很快被廣泛應用于石油、化工研究和生產部門。1961年Pugh和Wagner等人首先提出用氣相色譜法檢測變壓器絕緣油中的氣體，為以后應用氣相色譜法檢測變壓器早期故障奠定了基礎。變壓器油氣色譜在線監測是監測分析變壓器油中溶解氣體的組分及濃度，物理過程是油中的固體有機絕緣材料(紙和紙板等)在運行電壓作用下，因電、熱、氧化和局部電弧等多種因素作用會逐漸變質，裂解出包括H2、CO、CH4、C2H2、C2H4、C2H6在內的多種氣體。

2.局部放電在線監測

局部放電(PartialDischarge，PD)既是設備絕緣老化的先兆，也是造成絕緣老化的一個重要原因。大量統計資料表明，影響變壓器可靠性的關鍵因素是絕緣性能的劣化，其中一個重要特征是局部放電信號的變化，油中氣體分析法可以從一個方面反映局部放電，而專門對部放電進行測量也是設備狀態監測的一個重要內容，很多故障都可以從放電量和放電模式的變化中反映出來。

3.絕緣在線監測

變壓器絕緣在線監測是保證變壓器可靠運行的手段之一，變壓器絕緣的老化、失效是一個緩慢發展的潛伏性故障。絕緣在線監測系統能夠不間斷地對變壓器的泄漏電流、介質損耗、等值電容、運行電壓、環境溫度和濕度進行在線監測，最終對絕緣性能是否正常做出評價。變壓器絕緣在線監測主要有外殼接地線電流，高、低壓套管接地引下線電流和鐵心接地線電流等的監測。電容套管監測是為了檢測套管的正常運行電容電流、電容量的變化和介損的變化；外絕緣泄漏電流監測是為了監測變壓器套管外絕緣的積污程度，并通過縱向、橫向的比較進行判斷；鐵心接地在線監測裝置能及時監視主變壓器鐵心接地的情況。介紹了大型變壓器絕緣在線監測報警裝置，能監測5000pC以上的故障放電及鐵心多點接地故障，自動顯示、記錄局部放電幅值及工頻電流參量、報警次數。闡述了變壓器壽命管理的重要性，指出變壓器壽命終結的根源是絕緣的老化，并對老化的原因進行了分析。

（二）其他設備的狀態監測

電容型設備絕緣在線監測是對電容器的電容電流、介質損耗、泄漏電流進行監測。利用現場帶電檢測儀定期對運行設備的泄漏電流Ig、介質損耗tgW等絕緣參數進行檢測可以達到及時發現絕緣缺陷的目的。高壓電纜大多以交聯聚乙烯作為絕緣材料，優點是電氣性能好，高溫下熱變形小；缺點是劣化后形成水樹，極易擊穿和破壞絕緣。電纜的帶電測試主要是帶電劣化診斷，有直流成分法、直流重疊法、帶電tgW法和復合判斷法等多種方法。絕緣子在運行過程中因長期經受機電負荷、日曬雨淋、冷熱變化等作用，可能出現絕緣電阻降低、開裂甚至擊穿，對供電可靠性帶來潛在威脅，線路絕緣子在線監測因其安裝位置的特殊及分布區域的廣泛性一直是絕緣在線監測的一個難點。至今，以超聲波檢測法、激光多普勒振動法及紅外熱像法為代表的非電量測量法和以電壓分布檢測法、絕緣電阻法及脈沖電流法為代表的電量測量法已被嘗試用于解決絕緣子在線監測問

三、在線監測發展前景

信號處理技術、人工智能和專家系統的應用依然是研究的熱點，今后在線監測發展的方向主要在以下幾個方面：

（一）電力系統監測與前沿性技術成果的緊密結合。隨著計算機技術、人工智能和電力電子技術的發展，為在線監測提供了巨大的技術支持，今后高速度的運算處理器結合人工智能技術如神經網絡、模糊邏輯和專家系統將應用于狀態監測和故障診斷。這就需要研究人員在開發過程中，聯系供電企業的實際情況，追求經濟效益的同時，使用先進技術來促進供電技術的不斷提高。

（二）由以單臺設備為目標的在線監測向整體監測延伸。電網是一個由眾多設備組成的有機整體，設備通常具有一定獨立性，但電網的發展趨向于很強的相互依賴性。維修管理將不再局限于某一設備個體，因為一臺設備的停運檢修影響到整個輸電和變電系統的運行，特別是大電網的停運檢修還影響到整個區域的運行方式和電力供求關系的調整。

（三）設備狀態的遠程監測和網絡化跟蹤。隨著分布式計算技術、大型數據庫技術、面向對象的軟件技術和寬帶數字通信技術的長足發展，基于因特網的設備故障監測將成為現實，將設備診斷技術與計算機網絡技術相結合，采集設備狀態數據，實現對設備故障的早期診斷和及時維修。