浅析变电站电气设备绝缘在线监测技术

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　　摘要：本文对变电站电气设备绝缘在线监测技术及绝缘维护技术展开了探讨分析，并对在线监测技术的发展方向进行了展望。
　　关键词：变电站；在线监测；电气设备；绝缘；发展方向
　　1 前 言
　　变电站是输配电系统中的重要环节，对变电站中各类电气设备实现状态监测，学习利用国内外的各种先进监测方法和装置，对提高变电站中各主电气设备的运行可靠性，减小设备的运行维护成本，延长设备的使用寿命，减小事故发生率，有着重要意义。
　　随着国内外一些尖端技术如传感技术的发展、红外线技术和计算机信息技术的日益成熟，在智能化理论如神经网络和专家系统的基础上，组成了更高层次的电气设备在线监测系统，使系统向着智能化的方向发展，使设备的故障率进一步降低。
　　从技术上看，一般的预防性试验电压远远低于运行电压，预防性试验所测结果不如在运行电压下在线监测的结果符合实际，往往不能发现绝缘缺陷；绝缘故障总是有一定的潜伏和发展时间，而预防性试验是定期进行的，不能及时准确地发现故障，造成漏报或误报。从经济角度看，定期的电网停电试验会对国民经济造成一定损失，定期大修和更换部件也需投资，所以预防性试验不是最经济的方式。
　　为降低停电和维修费用，人们开始关注在带电测量技术的基础上发展起来的新的监测技术――在线监测，并探索以在线监测为基础的状态维修。状态维修的基础是在线监测技术。在线监测的重要特征是监测系统采用高灵敏度的传感器对反映电气设备绝缘在运行中劣化的信息（特征量）进行采集，信息的处理和诊断依赖于具有丰富软件支持的计算机网络。由于它能够准确地监测运行中设备的绝缘状态，为电力系统的安全运行提供了可靠的保证。
　　2 绝缘在线监测技术的原理
　　电力设备在线监测技术是一种利用运行状态来对高压设备绝缘状况进行试验的方法，通常一种电力设备的在线监测仪器或系统，由传感器系统、信号采集系统、分析诊断系统组成。目前常用的传感器有电磁传感器、力学量传感器、声参数传感器、热参数传感器、化学量传感器等；信号采集系统是将传感器得到的模拟量转换成数字量进行传输，应用数字滤波技术对采集到的信号进行滤波处理，抑制和消除外界干扰和背景噪声，提取真实信号，并进行信号的还原，光电传输和光纤传输的引入有效地解决了高压隔离的问题；分析诊断系统对所采集的信号进行分析、处理和诊断，得到监测电力设备绝缘的当前状况，并根据需要进行绝缘诊断和寿命评估。图1为在线监测的基本流程框图。
　　
　　图1在线监测流程图
　　
　　油中溶解气体监测部分通过控制处理部分可以独立构成单元，实现油中溶解气体的监测，并且通过通讯部分转接到工业控制计算机，实现了对多台变压器油中溶解气体的在线监测。变压器套管绝缘、电容性设备介损、 MOA 阻性电流的监测，通过各自相应的电流传感器获取信号，经信号控制处理部分，再将数据联系到工业控制计算机，这样也方便实现了对多个电容性设备和 MOA 阻性电流的监测。最后监测数据经远程通讯，传送到供电局内 MIS 系统上，实施对设备绝缘的及时监督。
　　2.1 变压器油中溶解气体在线监测单元
　　目前运行中的大型电力变压器，绝大多数是用变压器油来浸渍的，浸渍后绝缘及散热性能都有明显提高。油与绝缘纸（纸板、纸筒等）一样都是有机绝缘材料，在热、电、氧、水等多种因素作用下，容易逐渐裂解变质。色谱分析方法可用来对这些裂解出来的低分子气体进行分类定量监测，可在一定程度上反映出此油浸纸结构中的故障或老化过程。
　　用气相色谱法监测变压器绝缘油中的气体，这种技术现已比较成熟，在国内外存在多种技术和方法，但基本理论相似。变压器油中固有的有机绝缘材料，在运行电压的作用下，因热，氧化和局部电弧等多种因素的作用，裂解出包含 H2、CO、CH4、C2H2、C2H4、C2H6在内的多种气体。通过分析油中气体的含量可以有效的分析变压器的运行状况、运行寿命和绝缘老化进行分析，进行早期故障诊断。由于传感器技术和计算机应用技术、信息技术的发展，现在对油中气体采用高灵敏度传感器可以检测出H2、CO、CH4、C2H2、C2H4、C2H6、微水、油温等相关量的含量。
　　在现场，从油中脱出气体的方法应用较多的是利用某些合成材料薄膜的透气性，让油中所溶解的气体经此膜而透析到气室里。整个监测装置可分为油气分离单元、气体检测单元和微机处理、控制及诊断单元。
　　2.2 变电站电容型设备的在线监测
　　容性设备主要包括藕合电容器，主变压器的电容型套管及电容型互感器。通过监测电容器设备的三相不平衡电流、电容量、介质损耗因数 tgδ、工作时的电容电流可及时掌握这些设备的绝缘状况，并根据历史的、横向的、相间的比较，以及绝缘特性的发展趋势，及早发现潜伏故障，提出预警，避免严重事故的发生。在运行电压下对设备的绝缘状态进行检测，可以真实反映设备绝缘水平。电容型设备绝缘监测技术发展可分为两个阶段：带电测试阶段和以计算机为核心的在线监测。无论是带电测试还是以计算机为核心的在线监测，正确选择参数十分重要。
　　高压电容型设备绝缘的介质损耗角正切值 tg 是反映其绝缘性能的一项重要指标，运行中的 MOA 阻性泄漏电流能反映阀片的受潮、劣化程度，因此二者是绝缘在线监测的主要参量。图2为电容型设备介质损耗和 MOA 阻性电流在线监测单元原理图。
　　
　　1-电力变压器 2-电流传感器
　　3-数据采集单元与控制单元4-光纤 5-计算机
　　图2变压器在线监测诊断系统原理图
　　对电容型设备 tg 的测量，被测的电压和电流信号分别从电压互感器（ YH ）副边和容性设备末屏上获取， MOA 阻性电流信号从 MOA 的接地引下线上获取，采用高精度电压、电流传感器将 YH 和设备上的电压、电流变换成低压小电流信号，经电缆将信号送往前置处理板。
　　3 绝缘维护技术探讨
　　众所周知，在预防性维修的非破坏性试验中，一般所加的交流试验电压不超过 10 kV ，这比目前的 35～330 kV 电网的运行电压低得多。在运行电压下设备的局部缺陷已发生了局部击穿现象，而在预防性试验中仍可顺利过关，但这种局部缺陷在运行电压下却在不断发展，以致在预防性试验周期内可能导致重大事故。显然，电压等级高的设备，预防性试验的作用已经大大减弱。
　　目前普遍认为电气设备应从定期的预防性维修逐步过渡到根据其状态进行状态维修。在运行电压下对电气设备的工作状态进行监测，不仅可以真实地反映设备绝缘的运行状态，而且可以及时进行诊断，确定是否需要停电维修（即状态维修） , 同时减少停电所带来的损失。
　　在目前尚未制定出状态维修制标准的条件下，在线监测所测得的特征量只能是以“纵比”（与同一设备连续监测的数据相比）为主，以“横比”（与同类设备的在线监测值比较）为辅，预防性试验中的检测数据可供参考。如果“纵比”时特征量发生了突变或持续增大，可以基本诊断为设备有某种潜伏性故障，再与同类设备曾发生过故障的特征量或三相中的另两相的特征量变化规律（要注意三相间电磁干扰导致三相监测数据的客观差异）相比，可进一步判断属于何种潜伏性故障。
　　目前，主要依据“纵比”并结合“横比”的方式判定设备的绝缘状态。在尚未有国家标准可参照情况下，建议以在线监测为依据，适当延长预防性试验周期，建立良好的在线监测数据管理机制，及时反映监测数据的变化，监督潜伏性故障的发展，防止事故的发生。
　　近年来，随着传感器技术、信号采集技术、数字分析技术与计算机技术的发展和应用，在线监测技术得到了飞速发展。在线监测将成为绝缘检测中的一个重要组成部分，它将在很多方面弥补仅靠定期停电预防性试验的不足，但目前还不能认为在线检测将全面替代停电预防性试验。一方面在线监测原理和技术尚不完善，绝缘劣化的特征量是什么、如何在现场条件下准确检测、判定标准是什么等问题均没有很好解决，必须开展进一步的研究；另一方面，在线监测测量的是工频电压下的电力设备绝缘参数，电力系统内时常发生的过电压情况下的绝缘品质无法进行测量。
　　4 发展方向
　　变电站在线监测的发展方向主要有以下几个方面：
　　（1）在硬件上设备选择上，主要选择一些受外界干扰较小，对其他设备没有影响的器件。
　　（2）软件设计上，结合先进的专家选择、智能理论、等其它先进技术进行设计开发。
　　（3）在监测的范围方面，从原来的监测单一设备，发展到对多台设备，甚至一个小系统的全面监测上来。
　　（4）利用先进的网络技术，可以进行远程的在线监测和控制，并且利用网络的优势进行跟踪、控制。
　　5 结束语
　　变电站作为电力系统中电力输送的一个重要环节，对于其电气设备的在线监测也显得优为重要。目前虽说在线监测技术已经比较成熟，但是尚未达到完善，有些地方仍然会受到现场环境（如电磁干扰等）的影响。虽说大量的先进计算机技术、信息处理技术、智能控制技术、探测技术已经运用到在线监测中来，但有些前沿技术只是刚刚踏入在线监测领域，还需要我们进一步的了解和研究。变电站在线监测技术将向着更加准确、及时、全面的方向发展，使变电站主电气设备工作更加安全可靠．而且随着科技的发展，大量的前沿技术将使用到变电站在线监测的各个方面。

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