高压电气设备在线监测技术的探讨

高压电气设备在线监测技术的探讨

摘要:可靠而有效的在线监测对于电气设备状态维修是有益的，特别是在高压套管、电流互感器等的介损和电容量等在线监测技术趋于成熟，且确实能够起到事故预知的作用，适当应用是有益的。本文介绍了在线监测的基本原理和优点，探讨了高压电气设备在线监测的实际测量技术以及今后的发展方向。

关键词:高压；电气；监测；技术 前言：

所谓电力设备在线监测就是利用传感、电子、计算机等技术，通过对运行中高压设备实施连续监测的方法。一般包括信号采集和传输、数据处理、逻辑判断等，来实现对电力设备运行状态的带电测试或不间断的实时监测和诊断。

一、基本原理

现有的预防性监测系统实际上只是技术诊断系统，用以确证由一系列被测参数作为表征的试品绝缘状态保持未变，这时假定绝缘状态劣化程度如果在允许范围内就可保证试品可靠性下降不多。实际上这样的绝缘监测系统不够有效。这是由于被测参数所具有的信息不足，以及试验过程中不能保证测量准确。预防性监测的一些首要问题的综合性解决途径之一，是推行设备的不停电监测，即采用试品带有工作电压的测量方法，带电监测方法除了提高预防性试验的有效性之外，还能积累评定设备可靠性所必需的大量数据。在其它条件相同下缩短监测的周期可以提高及时发现缺陷的概率，从而降低设备发生事故的概率。在试运行其间经常进行监测特别重要，因为这时发生事故的概率较大。在工作状态下进行绝缘带电试验时，即使试验周期较长，所花工作量也可能比采用一般的监测方法为少，这是由于测量绝缘参数的电路经常接好不改变，并且设备进行试验时无需做准备工作。测量和分析实现自动化不仅能减少试验人员的工作量而且数据量周期可以任意选定，包括可以连续测量。这样的监测系统主要优点是可以让信息一测量装置完成监测本身的部分功能。在各种运行因素长期作用下，高压设备绝缘中会产生弱点——缺陷。局部放电是由于绝缘结构具有缺陷引起的，同时又是引起绝缘介质进一步损坏的一个因素。局部放电的外部表现有电气现象和声学现象，产生气体、发光介质发热等。对于运行条件下的监测，电学及声学的测量方法还有绝缘释放出气体的分析检查最有发展前景。一般情况下当绝缘介质属完好状态时，其放电量相对于额定工作电压则保持一定水平，其放电讯号频率偏高带宽约在兆赫级范围内。当绝缘介质受上述某种因素影响导致损伤，而形成局部缺陷或故障时，其放电量将急剧增长，放电讯号频率也将发生变化。这些变化，亦成为局部缺陷放电的典型反映。

二、在线监测的优点

与传统的预防性试验比较，在线监测主要优点有：在运行电压下监测，克服了预防性试验电压低，不容易携出设备缺陷的不足之处。同时，运行和监测的综

合工况等效性强，使测量值较真实地表征设备的绝缘状况，提高了绝缘诊断的准确性；在线监测的周期可任意选定，因此，可以在试验结线不变、环境条件基本相同、设置较健全的抗干扰措施下进行监测，使测量参数前后一致性较好，可对比性较高，提高了检出设备缺陷的概率；电气设备不必停电测试，可随时进行巡迥监测和连续监测，可以积累足够多的测量参数进行综合分析，对有故障的设备便于跟踪监测，及时掌握设备故障的发展情况，防止事故的发生，具有显著的经济、社会效益；测试方法简便、安全，只要在被试设备的接口上插入仪器结线，或按动按钮、或是不接触的扫描显示，即可读取测试数据，甚至实现测量自动化，以消除数据处理的系统误差、偶然误差和工作人员的主观误差，提高了测量的准确性；大量节省劳动力和减轻劳动强度。在线监测不要进行大量停电操作、设备拆装线，也避免了由此而带来的不安全因素，同时也不必搬动笨重的试验设备和进行各种试验结线，大大减轻了劳动强度和工作量。

三、高压电气设备在线监测的实际测量技术

1、变压器的在线监测

变压器常见的问题有局部过热、局部放电、绝缘老化和铁心多点接地等，也有绕组变形、有载调压开关失灵等机械方面产生的问题。此外介质损耗和油流带电等诸多问题也影响变压器的安全运行。针对以上诸多问题，国内外的专家、学者利用各种各样的在线监测技术，对变压器局部放电、油中气体含量、油温变化等方面进行了深入的研究。电力变压器局部放电量是反映其绝缘状况的重要指标。很多故障都可从放电量和放电模式的变化中反映出来。现已投运的一些局放监测系统是采用窄带或宽带测量。利用电流传感器从高压套管及末屏接地线、中性点接地线、铁心接地线等耦合放电信号”借助超声波时延等判断放电的有无，通过差分、数字滤波等措施抑制干扰”靠采集电路，最终给出放电量、放电谱图等分析结果。还有些系统则是利用高速采样、虚拟仪器、数据库等数字信号处理方法。另外，变压器的铁心多点接地、套管的介质损耗和油流带电等也可以在线监测。温度测量则可采取红外图像监测为了温度分布，用光纤测量法测量变压器热点温度等。

2、断路器的在线监测

高压断路器的故障分为绝缘性故障、灭弧室故障及机械故障。高压断路器的许多故障发生在它的机械部分。为了判断开关是否存在机械故障，常采用的方法是监测开关的分合闸时间、分合闸线圈电流以及行程和速度的变化。

3、避雷器的在线监测

对于电力系统中广泛使用的氧化锌避雷器的在线监测，需进行全电流测量，还要对其动作电流和动作次数进行记录。在线监测中还用阻性电流分量的变化判断的状态，常用的方法有抵消法、三次谐波法和相位差法。避雷器现有的主要诊断方法：参考电压的变化、U-I特性的判别、功耗测量、三次谐波分析法和金属氧化物（MOV）温度检测，并对它们的优、缺点进行了详细分析。指出了MOV

温度能反映避雷器的运行状态，所以检测MOV阀片温度将是一种得到广泛应用的MOV避雷器监测和诊断方法。

4、局部放电在线监测技术

ICMmonitor产品是局部放电在线监测产品中的典型代表，是进行高压电气设备局部放电在线监测的专业成熟系统，主要应用于旋转电机(包括发电机和大型电动机)、电力变压器、GIS和电缆等设备的局部放电在线监测。在实际应用中，发电机的局部放电一般采用耦合电容由发电机定子出口母线处进行高频脉冲信号耦合，每相采用一个耦合电容进行信号采集。耦合电容安装在尽量靠近绕组的母线上。对于电力变压器，则由套管末屏处直接进行信号耦合，不同型式的耦合器适用于不同型号的套管末屏。而对于GIS则通过环形传感器紧密环绕气室间隔法兰，采集GIS的特征频率UHF局部放电信号。虽然气室间隔的法兰在工频下由螺栓紧密连接，但是UHF辐射信号还是可从螺栓间辐射出来，由带屏蔽的外部环形传感器进行接收。局部放电信号经过耦合处理后进入主频为40～800 kHz的ICMmonitor监测主机，主机进行信号的模数转换、信号采集、图谱分析，储存、显示及远传。同时局部放电监测需要配置分析软件，用来进行数据的远方采集、存储、分析以及更高层次的设备集成。

四、对在线监测技术发展的建议

1、加强对在线监测工作的协调、管理

目前，在线监测工作发展很快，应用面很宽，如何加强产品质量的监督，加强功能和性能的检验、现场安装、设计的规范化以及制定相应的验收规程、运行管理规程等都是急需解决的问题。建议有关管理部门进行该项工作的协调，提供一个综合评估监测系统质量的机会，包括装置的技术性、可靠性、先进性以及各单位的技术力量、技术水平、售后服务等方面的智能综合评价。

2、进一步提高和完善已开发的监测技术的性能

从所暴露的问题看，属于监测系统本身的质量问题主要是测量结果不稳定，系统抗干扰能力差等一些技术难点尚待解决。应该说，经过多年的攻关介损测量和阻性电流测量技术是比较成熟的，与国外的研究水平相接轨。当前应集中解决传感元件自身的性能包括线性问题和提高信号采集和传递过程中的抗干扰性能，提高测量稳定性和可靠性。另一方面，还要进一步提高工艺水平，提高产品各部件的可靠性。

3、在线监测技术的开发应有科研作基础

应充分发挥科研单位、大专院校的科技力量，集中攻关一些技术难题，拓宽监测系统功能，国家电力公司应鼓励和扶持科研创新，新技术的开发和研究工作。应对关键设备如电力变压器和气体绝缘组合电器的在线监测技术重点攻关。开发电力变压器综合型监测系统，该系统应包含各种能反映故障性质的主要特征参数

如局部放电、色谱、温升等，提高综合分析判断能力。重点加强局部放电监测方法中的抗干扰问题的研究。吸收或引进先进国家的科研成果如对数据的处理技术等可以加快我们的步伐，达到减少变压器的停电事故，减少维护检修工作量，实现状态检测的目的。气体绝缘组合电器的在线监测技术是当前世界各国研究的主要目标，焦点是监测各种有害的放电。应投入科技力量攻关。还可以采用引进消化先进技术的方法，加快实用化进程。

4、增强在线监测系统的智能化水平

在线监测技术三要素：信息采集，数据处理与分析，处理意见与决策。后两个要素目前还很薄弱，需要加强开发各种可供分析判断的软件。如专家诊断系统的建立，通过调查、归纳、综合、分析工作，提炼出精华，形成专家系统，作为分析判断被测设备故障的依据。另一方面，提高信息传输的准确性，提高监测的智能化水平，实现与电力系统的智能化监控系统联网，实现电力系统管理的综合自动化。

五、结束语

高压电气设备的在线监测是一项复杂的系统工程，目前在线监测技术还不十分成熟，因此，高压设备在监测过程中，要根据设备的具体运行情况，对设备的具体数据进行综合分析。这样才能提高监测系统数据分析的准确性，使状态检修更趋完善。

参考文献：

[1] 陈维荣，宋永华，孙锦鑫,电力系统设备状态监测的概念及现状[J]电网技术，2011.24

[2] 郭碧红，杨晓洪,我国电力设备在线监测技术的开发应用状况分析[J]电网技术，2012.11