試述絕緣在線監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用

1.前言

對于所轄變電站較多的變電局來說，電壓等級從10kV到500kV均覆蓋，高壓電氣設(shè)備的數(shù)量很多，要按照常規(guī)的停電預(yù)防性試驗來檢查高壓電氣設(shè)備的絕緣情況基本上不能在規(guī)定的時間內(nèi)將所有管轄設(shè)備的絕緣狀況通過預(yù)防性試驗方法來進(jìn)行檢查，而且有可能發(fā)生在兩個試驗周期間隔內(nèi)發(fā)生電氣設(shè)備絕緣老化而危及電網(wǎng)穩(wěn)定運行的情況。所以在線監(jiān)測技術(shù)的開展顯得非常重要，現(xiàn)階段我局針對部分?jǐn)嗦菲?、電容型電力設(shè)備、避雷器等設(shè)備開展了在線監(jiān)測的試運行。

2.高壓電氣設(shè)備絕緣在線監(jiān)測技術(shù)發(fā)展的基本情況

從上個世紀(jì)70年代開始，國外許多電力公司就開始研究并推廣應(yīng)用變電設(shè)備在線監(jiān)測技術(shù)，主要目的就是減少停電預(yù)防性試驗的時間和次數(shù)，提前排除故障隱患，提高供電可靠性。隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，并在電力系統(tǒng)的充分應(yīng)用，在線監(jiān)測設(shè)備產(chǎn)品得到不斷更新、升級、完善，在線監(jiān)測技術(shù)得到不斷提高。到目前為止，許多國家已廣泛使用微機多功能在線監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了絕緣參數(shù)在線監(jiān)測。據(jù)筆者了解，該技術(shù)的發(fā)展大體經(jīng)歷了三個歷史階段。

第一階段是帶電測試階段。這一階段起始于70年代左右，僅僅是為了不停電而對電氣設(shè)備的某些絕緣參數(shù)(如泄露電流)進(jìn)行直接測量。當(dāng)時電力部門的監(jiān)測設(shè)備簡單，測試項目少，靈敏度較差。

第二階段是從80年代開始，研制出各種專用的帶電測試儀器，使在線監(jiān)測技術(shù)從傳統(tǒng)的模擬量測試走向數(shù)字化測量。這一階段逐步摒棄了將儀器直接接入測試回路的傳統(tǒng)測量模式，而是使用傳感器將被測量的參數(shù)直接轉(zhuǎn)換成電氣信號。

第三階段是計算機技術(shù)的出現(xiàn)和推廣使用，本世紀(jì)初，開始了以計算機處理技術(shù)為核心的微機多功能絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)。進(jìn)入本世紀(jì)初，電力部門逐步利用計算機技術(shù)、傳感技術(shù)和數(shù)字波形采集與處理技術(shù)，實現(xiàn)更多的絕緣參數(shù)在線監(jiān)測。這階段的在線監(jiān)測信息量大、處理速度快，可以對監(jiān)測參數(shù)實時顯示、儲存、打印、遠(yuǎn)傳，實現(xiàn)了絕緣在線監(jiān)測的自動化。截至目前，這種智能化的在線監(jiān)測的技術(shù)已經(jīng)在電力系統(tǒng)設(shè)備缺陷檢測中得到廣泛應(yīng)用，并積累了許多有效的經(jīng)驗，這種智能化的在線監(jiān)測的技術(shù)代表了未來絕緣在線監(jiān)測的發(fā)展方向。比如，變壓器油在線色譜分析、電氣設(shè)備的紅外測溫技術(shù)等在線監(jiān)測手段已經(jīng)日臻成熟。一直以來，我國電力水平發(fā)展相對落后，在線監(jiān)測技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用受當(dāng)時整體技術(shù)水平的限制，如電子元件的可靠性不高，計算機應(yīng)用起步較晚等因素影響，在線監(jiān)測技術(shù)水平一直比較低。

到2000年后，隨著在線監(jiān)測技術(shù)的不斷成熟及客觀的需要，在線監(jiān)測技術(shù)又被大家所重視而得到迅猛發(fā)展。目前，在國內(nèi)很多地區(qū)的供電企業(yè)都在使用以計算機處理技術(shù)為核心的微機多功能絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)。

3.檢測的基本原理

3.1檢測對象及參數(shù)

高壓電氣設(shè)備絕緣在線監(jiān)測技術(shù)是在被監(jiān)測電氣設(shè)備處于帶電運行狀態(tài)中，利用其工作電壓來監(jiān)測絕緣的各種特征參數(shù)。因此，能真實的反映出被監(jiān)測電氣設(shè)備絕緣的工作情況，從而對該被監(jiān)測設(shè)備的絕緣狀況做出準(zhǔn)確的判斷。該技術(shù)能根據(jù)不同的被監(jiān)測電氣設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測——檢測被監(jiān)測設(shè)備的介質(zhì)損耗值、電容量、泄漏電流、絕緣電阻、母線電壓和三相不平衡信號等電氣參數(shù)。近年來，在線監(jiān)測技術(shù)得到進(jìn)一步的發(fā)展，電力部門可以根據(jù)自身需要檢測所需的電氣量。

3.2在線監(jiān)測技術(shù)的普通功用

近幾年研制的高電壓設(shè)備絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)既能對被監(jiān)測的帶電設(shè)備的絕緣特性參數(shù)實時測量，同時還能對獲取的參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。該技術(shù)具有以下作用：在測量避雷器在運行中的容性電流和阻性電流變化情況時，可以掌握該被測量對象的內(nèi)部絕緣受潮以及閥片老化情況;在測量CVT、電流互感器、耦合電容器、套管等電氣設(shè)備的泄漏電流和介質(zhì)損耗時，可以掌握該被測量對象的內(nèi)部受潮和絕緣老化及損壞缺陷;在測量充油設(shè)備絕緣油的內(nèi)部可燃性氣體變化情況時，可以掌握該電氣設(shè)備內(nèi)部有無過熱、放電等病變情況。發(fā)展到目前的在線監(jiān)測技術(shù)已經(jīng)擁有以下優(yōu)點：第一是檢測阻抗穩(wěn)定，不受變電站強電磁干擾的影響，并且在系統(tǒng)操作過電壓、雷電過電壓作用下具有自保護(hù)性，不發(fā)生性能變化和軟件損壞現(xiàn)象;第二是對于檢測到的信號傳輸過程中，不發(fā)生失真和對其附近的其他信號有影響，同時也不受其他信號的干擾;第三是由于現(xiàn)代計算機的應(yīng)用，使其具有專業(yè)的分析功能，可以判斷設(shè)備內(nèi)部絕緣狀態(tài);第四是系統(tǒng)分析數(shù)據(jù)能夠遠(yuǎn)程傳輸，實現(xiàn)各單位數(shù)據(jù)共享。

4.監(jiān)測設(shè)備要點分析

4.1監(jiān)測避雷器

各地變電站使用的氧化鋅避雷器絕大部分不再有串聯(lián)間隙，MOA運行期間總有一定的泄漏電流通過閥片，這樣就會加速閥片老化——受潮和老化是MOA閥片劣質(zhì)退化的根本原因。一般在正常運行情況下，流過避雷器的主要電流為容性電流，阻性電流只占有很小的一部分，大約10%-20%左右。被檢測避雷器的阻性分量主要包括：瓷套內(nèi)、外表面的沿面泄漏，閥片沿面泄漏及其本身的非線性電阻分量，絕緣支撐件的泄漏等。當(dāng)避雷器的閥片老化、避雷器受潮、避雷器內(nèi)部絕緣部件受損時，容性電流變化不多，而阻性電流卻大大增加。造成避雷器事故主要原因是阻性電流增大后，損耗增加，引起熱擊穿。因此測量交流泄漏電流及其有功分量是檢測避雷器的主要方法。預(yù)防性試驗規(guī)程也將氧化鋅避雷器(MOA)“運行中泄漏電流”的測量列入預(yù)試項目。

4.2監(jiān)測CVT、耦合電容器、電流互感器、套管等容性設(shè)備時，其介質(zhì)損失角正切值是一項靈敏度很高的試驗項目，它可以發(fā)現(xiàn)電氣設(shè)備絕緣整體受潮、絕緣劣化以及局部缺陷。

絕緣受潮缺陷占用電容型設(shè)備缺陷的85.4%，這是由于電容型結(jié)構(gòu)是通過電容分布強制均壓的，其絕緣利用系數(shù)較高，一旦絕緣受潮往往會引起絕緣介質(zhì)損耗增加，導(dǎo)致?lián)舸?。研究表明，CVT、耦合電容器、電流互感器、套管等容性設(shè)備的缺陷發(fā)展的起始階段，測量電流增加率和測量介質(zhì)損耗正切值變化所得的結(jié)果一致，都具有很高的靈敏度;而在缺陷發(fā)展的后期階段，測量電流增加現(xiàn)象和電容變化的情況一致，更容易發(fā)現(xiàn)缺陷的發(fā)展情況。

4.3監(jiān)測斷路器設(shè)備

針對兩種參數(shù)一般采用監(jiān)測開斷次數(shù)配合計算公式推倒出其優(yōu)良情況。電壽命監(jiān)測——對電壽命監(jiān)測是建立雜觸頭累計磨損量模型基礎(chǔ)上的。根據(jù)I—N曲線擬和的計算公式，按單次開斷電流累計觸頭磨損量。機械狀態(tài)的監(jiān)測——主要監(jiān)測其傳動機構(gòu)和儲能機構(gòu)。儲能機構(gòu)監(jiān)測的是儲能電機的日儲能次數(shù)，單次儲能時間的長短，通過對這兩個數(shù)據(jù)的采集和分析，可以說明儲能系統(tǒng)是否出現(xiàn)泄漏或儲能不夠等。傳動機構(gòu)則是采用對合、分閘線圈電流波形，機械振動波形以及開關(guān)輔助接點波形的綜合判斷方法，具體如下：首先錄下斷路器正常狀態(tài)下的機械振動“指波紋”，如果傳動機構(gòu)出現(xiàn)裂紋、卡澀等問題，其震動頻率會發(fā)生改變。由于正常情況下分、合閘線圈電流波形與異常時有很大的差別，如波形畸變，待電持續(xù)時間長等，因此通過對以上波形綜合分析，就可以判斷開關(guān)是否有機械隱患。對于斷路器設(shè)備監(jiān)測其電壽命和機械狀態(tài)可以及早發(fā)現(xiàn)平時通過預(yù)防性試驗所不能發(fā)現(xiàn)的缺陷，對斷路器的安全穩(wěn)定運行起到了相應(yīng)的補充作用。

5.在線監(jiān)測與狀態(tài)檢修

電力系統(tǒng)傳統(tǒng)的運行維護(hù)工作，傳統(tǒng)的做法是實行“計劃檢修”。“計劃檢修”就是按照高壓電氣設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程所規(guī)定的試驗周期，到期必對電氣設(shè)備進(jìn)行停電檢修。而狀態(tài)檢修則是基于設(shè)備的實際工況，根據(jù)其在運行電壓下的絕緣特性參數(shù)的變化，通過分析比較來確定電氣設(shè)備是否需要檢修，以及需要檢修的項目和內(nèi)容，具有及強的針對性和實時性。因此，可以說“狀態(tài)檢修”就是“應(yīng)修既修，修必修好”。

5.1計劃檢修的特點

5.1.1周期性

計劃檢修是按照預(yù)防性試驗規(guī)程所規(guī)定的試驗周期，到期必修，具有很強的周期性。優(yōu)點是便于工作計劃的安排。缺點是它不管設(shè)備的實際狀況，具有很大的盲目性和強制性，易造成設(shè)備的“過度檢修”，浪費了大量的人力物力，同時各種耐壓試驗又有可能對設(shè)備絕緣造成新的損傷等。

5.1.2短暫性

定期預(yù)防性試驗只能檢測某一時間設(shè)備的絕緣狀態(tài)，不能適時檢測設(shè)備的絕緣狀態(tài)，無法確定設(shè)備何時出現(xiàn)絕緣缺陷，無法檢測缺陷的發(fā)展?fàn)顩r，特別是設(shè)備內(nèi)部發(fā)展速度快、易造成重大絕緣事故的缺陷，更是無法檢測到。

5.1.3試驗電壓低

定期預(yù)防性試驗的試驗電壓一般低于設(shè)備運行電壓，所以定期預(yù)防性試驗無法準(zhǔn)確地檢測出設(shè)備運行電壓下的缺陷。

5.1.4降低了電網(wǎng)的供電可靠性

由于計劃檢修的定期預(yù)防性試驗需要在設(shè)備停電下進(jìn)行試驗檢測，增加了設(shè)備停電時間，必然影響電網(wǎng)的供電可靠性，同時供電部門也造成少供電量的損失。

5.2在線監(jiān)測指導(dǎo)下狀態(tài)檢修的特點

5.2.1在線監(jiān)測實時性

在線實時監(jiān)測，不受被檢測設(shè)備運行情況和時間的限制，可以隨時檢測設(shè)備的絕緣狀態(tài)，假如被檢測設(shè)備出現(xiàn)缺陷，電工能及時發(fā)現(xiàn)并跟蹤檢測、處理，這一措施對保證電網(wǎng)安全很有意義。

5.2.2在線監(jiān)測真實性

在線監(jiān)測技術(shù)由于是在設(shè)備運行電壓和狀態(tài)下進(jìn)行檢測，檢測出的絕緣參數(shù)更符合實際情況，更加全面和真實。

5.2.3在線監(jiān)測針對性更強

可根據(jù)絕緣缺陷的發(fā)展和變化來確定檢修項目、內(nèi)容和時間，檢修目的明確，針對性更強。

5.2.4在線監(jiān)測提高了被檢測設(shè)備供電可靠性

由于實行狀態(tài)檢修，減少了被檢測設(shè)備停電次數(shù)和時間，提高了被檢測設(shè)備供電可靠性，同時也提高了電力部門全員勞動生產(chǎn)率。

5.3在線監(jiān)測技術(shù)指導(dǎo)下的狀態(tài)檢修與定期預(yù)防性試驗技術(shù)指導(dǎo)下計劃檢修的比較與發(fā)展

隨著電力設(shè)備的大容量化、高電壓化、結(jié)構(gòu)多樣化及密封化，對常規(guī)停電預(yù)防性試驗而言，傳統(tǒng)的簡易診斷方法已顯得不太適應(yīng)，主要表現(xiàn)在：隨著供電可靠需求不斷提高，定期將電氣設(shè)備停電進(jìn)行預(yù)防性試驗變得越來越困難，特別是重要的變電站常常出現(xiàn)超期試驗的情況，這對保證電氣設(shè)備安全穩(wěn)定的運行留下了一定的隱患;南方電網(wǎng)下發(fā)的新規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)的實施將預(yù)防性試驗的周期做了很大的調(diào)整，延長了試驗周期，這對我們高壓預(yù)防性試驗提出了一個新的要求，是不是采用現(xiàn)有的試驗項目和方法可以保證在只一個周期內(nèi)不發(fā)生故障;現(xiàn)階段高電壓等級的電氣設(shè)備和新型的電氣設(shè)備在不斷的投入運行，然而我們所采用的預(yù)防性試驗方法是采用一個較低的電壓模擬高電壓下電氣設(shè)備的各種運行情況，達(dá)不到一個真實性，不能正確反映出電氣設(shè)備的優(yōu)良情況;針對近年來投入廣泛應(yīng)用的干式穿墻套管在試驗中所采集的數(shù)據(jù)基本上完全不能正確的反映其優(yōu)良情況;另外由于近期對主變的試驗中將主變套管的油化驗試驗取消了，然而高壓試驗又只能在一個較長的試驗周期中對其進(jìn)行試驗，對主變套管這種設(shè)備的有效檢測達(dá)不到一個必要的要求。高電壓設(shè)備絕緣在線監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用，是實現(xiàn)狀態(tài)檢修的有效手段之一。在線檢測是在運行電壓下對設(shè)備的絕緣狀態(tài)進(jìn)行檢測，真實反應(yīng)設(shè)備絕緣水平?，F(xiàn)階段部分供電系統(tǒng)均采用在線監(jiān)測技術(shù)來作為常規(guī)停電預(yù)防性試驗的補充，取得了很好的成效，有效的將常規(guī)停電預(yù)防性試驗的周期進(jìn)行了延長。在線監(jiān)測技術(shù)通過自動連續(xù)檢測狀態(tài)下，依據(jù)大量的數(shù)據(jù)和曲線分析設(shè)備絕緣狀態(tài)的變化趨勢，從變化趨勢中尋找危險征兆，從多項檢測結(jié)果來綜合判斷運行設(shè)備狀況，其分析結(jié)果和數(shù)據(jù)可直接傳輸至上級主管部門，真正做到設(shè)備“該修則修，修必修好”，避免不必要的人力，物力浪費。在線監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用有利于從“定期維修”制(計劃維修)過渡到“狀態(tài)維修”制(預(yù)知維修)。將在線監(jiān)測和預(yù)試結(jié)合起來，根據(jù)在線監(jiān)測的結(jié)果合理安排預(yù)試，延長預(yù)試大修周期，是逐漸推行狀態(tài)維修的有效途徑。現(xiàn)階段特別是針對電容型設(shè)備的在線監(jiān)測技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，從技術(shù)手段上來說已經(jīng)完全可以取代常規(guī)停電預(yù)防性試驗。狀態(tài)檢修的基礎(chǔ)是要實時掌握和了解被檢測設(shè)備在帶電工作時的絕緣參數(shù)。而在線監(jiān)測技術(shù)，則是獲取被檢測設(shè)備的絕緣參數(shù)的最佳途徑。通過對被檢測對象帶電工作的實時監(jiān)測，測出被檢測對象絕緣的各種狀態(tài)參量，并對這些量的變化量進(jìn)行分析比較，來確定是否對設(shè)備進(jìn)行檢修。特別是最近幾年，高電壓設(shè)備的質(zhì)量和制造水平有了很大提高，因此，狀態(tài)檢修的優(yōu)勢也更加凸顯出來。

6.結(jié)論

高壓電氣設(shè)備絕緣在線監(jiān)測技術(shù)的充分運用，能夠及時發(fā)現(xiàn)和檢測出電力設(shè)備內(nèi)部絕緣狀態(tài)的變化，對被檢測電力設(shè)備絕緣故障及時處理，保證了供電網(wǎng)絡(luò)的安全運行。在線監(jiān)測技術(shù)是供電單位實行狀態(tài)檢修的基礎(chǔ)，也是最佳的技術(shù)手段，應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步推廣使用?，F(xiàn)階段無線通訊技術(shù)、計算機技術(shù)、傳感器技術(shù)的發(fā)展為高壓電氣設(shè)備絕緣在線監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展提供了有力的保證，為實施超高壓電力線路絕緣子等以前沒有研究與開展的在線監(jiān)測技術(shù)提供了條件。我局也在此良機下大力開展在線監(jiān)測技術(shù)，通過逐步試點到最后的推廣，最終達(dá)到全局變電站都能采用在線監(jiān)測技術(shù)，解決定期停電預(yù)防性試驗的種種缺點，保證電網(wǎng)能在最好的狀態(tài)下安全、穩(wěn)定的運行。

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