高壓電氣設(shè)備絕緣監(jiān)測(cè)的研究

高壓電氣設(shè)備絕緣監(jiān)測(cè)的研究

1設(shè)備穩(wěn)定性試驗(yàn)電力設(shè)備在電網(wǎng)中起著重要作用。絕緣點(diǎn)的缺點(diǎn)是錯(cuò)誤的，并且會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤操作，從而影響設(shè)備和電網(wǎng)的安全運(yùn)行。因此,在設(shè)備投運(yùn)后,傳統(tǒng)的做法是定期停電進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)和檢修,以便及時(shí)檢測(cè)出設(shè)備內(nèi)部的絕緣缺陷,以防止發(fā)生絕緣事故。但是,隨著電網(wǎng)容量的增大,高壓電氣設(shè)備的急劇增加,傳統(tǒng)的預(yù)防性試驗(yàn)和事后維修已不能滿足電網(wǎng)高可靠性的要求。同時(shí),由于高壓電氣設(shè)備的絕緣劣化是一個(gè)累積和發(fā)展的過程,在很多情況下預(yù)防性試驗(yàn)已無法發(fā)現(xiàn)潛在的缺陷。因此,實(shí)現(xiàn)高壓電氣設(shè)備絕緣在線、實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè),則有可能實(shí)現(xiàn)由局部推測(cè)整體,由現(xiàn)象判斷本質(zhì),以及由當(dāng)前預(yù)測(cè)未來,不必將設(shè)備逐一拆開,分別檢驗(yàn),從而滿足現(xiàn)代化設(shè)備使用維修和生產(chǎn)的需要。2在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用和發(fā)展上世紀(jì)七十年代以來,隨著電子技術(shù)、傳感器技術(shù)以及計(jì)算機(jī)信息處理等技術(shù)的發(fā)展,絕緣在線監(jiān)測(cè)在國(guó)內(nèi)外得到了迅猛發(fā)展。它能對(duì)被監(jiān)測(cè)設(shè)備的絕緣參數(shù)隨時(shí)進(jìn)行測(cè)量,大大縮短了運(yùn)行設(shè)備的檢測(cè)時(shí)間及檢測(cè)周期,為電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行提供了可靠的保證。高壓電氣設(shè)備絕緣在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展大體經(jīng)歷了兩個(gè)階段。2.1模擬量和測(cè)量參數(shù)的數(shù)字化測(cè)量這一階段起始于上世紀(jì)七十年代。當(dāng)時(shí)僅僅是為了不停電而對(duì)電氣設(shè)備的某些絕緣參數(shù)(如泄露電流)進(jìn)行直接測(cè)量。各種專用的帶電測(cè)試儀器出現(xiàn),使監(jiān)測(cè)技術(shù)從傳統(tǒng)的模擬量測(cè)試走向數(shù)字化測(cè)量,擺脫將儀器直接接入測(cè)試回路的傳統(tǒng)測(cè)量模式,取而代之的是使用傳感器將被測(cè)量的參數(shù)直接轉(zhuǎn)換成電氣信號(hào)。但設(shè)備簡(jiǎn)單,測(cè)試項(xiàng)目少,靈敏度較差。2.2基于數(shù)字意識(shí)的邊緣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的現(xiàn)狀從90年代開始,隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的推廣使用,出現(xiàn)以計(jì)算機(jī)處理技術(shù)為核心的微機(jī)多功能絕緣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。所采用的主要技術(shù)有:油中溶解氣體分析、超聲波探測(cè)、局部放電監(jiān)測(cè)、紅外測(cè)溫、介質(zhì)損耗值和泄露電流等,實(shí)現(xiàn)了更多的絕緣參數(shù)在線監(jiān)測(cè)。近幾年來,隨著數(shù)字信息技術(shù)和智能技術(shù)的發(fā)展,模糊理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)和小波分析等方法應(yīng)用到監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的處理方面,通過分析判斷能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)設(shè)備絕緣缺陷的監(jiān)測(cè)診斷,并提出處理建議。這種在線監(jiān)測(cè)信息量大、處理速度快,可以對(duì)監(jiān)測(cè)參數(shù)實(shí)時(shí)顯示、儲(chǔ)存、打印、遠(yuǎn)傳和越線報(bào)警,實(shí)現(xiàn)了絕緣在線監(jiān)測(cè)的自動(dòng)化。3高壓設(shè)備在線過載監(jiān)控系統(tǒng)3.1高壓設(shè)備內(nèi)緣在線監(jiān)測(cè)基于高壓電氣設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)智能診斷的信息需要,高壓電氣設(shè)備絕緣需進(jìn)行綜合監(jiān)測(cè)。綜合監(jiān)測(cè)方法通常有離線的絕緣參數(shù)測(cè)量與試驗(yàn)和在線監(jiān)測(cè)。離線試驗(yàn)及檢測(cè)項(xiàng)目在檢修規(guī)程中已有詳細(xì)的規(guī)定,廣泛應(yīng)用的檢測(cè)方法有直觀檢查法、測(cè)量絕緣電阻法、測(cè)量泄露電流法、高壓試驗(yàn)法、測(cè)量損失角法和局部放電法等。高壓電氣設(shè)備絕緣在線監(jiān)測(cè)是指在電氣設(shè)備處于運(yùn)行狀態(tài)中,利用其正常信號(hào)和異常信號(hào),包括電壓、電流、局部放電量、介質(zhì)損耗值、泄露電流以及設(shè)備電容值等多種信號(hào)來監(jiān)測(cè)設(shè)備絕緣狀況?；诂F(xiàn)代智能技術(shù)的處理,監(jiān)測(cè)信號(hào)的特征參數(shù)能夠真實(shí)的反映電氣設(shè)備絕緣的運(yùn)行工況,從而對(duì)絕緣狀況作出及時(shí)準(zhǔn)確的判斷。目前,高壓電氣設(shè)備絕緣在線監(jiān)測(cè)通常采用的有:絕緣油在線色譜分析、交流泄露電流、介質(zhì)損耗角正切、局部放電量及放電位置、設(shè)備電容值和絕緣子動(dòng)態(tài)污穢等在線監(jiān)測(cè)。3.2數(shù)字a/d測(cè)量系統(tǒng)的在線綜合監(jiān)測(cè)目前,局部放電量是反映絕緣狀態(tài)最靈敏的特征量,可以在故障早期發(fā)現(xiàn)潛伏性故障,為設(shè)備的維護(hù)提供最有力的依據(jù)。局部放電信號(hào)是非常微弱的脈沖信號(hào),目前主要采用超寬頻電流傳感器進(jìn)行采集,但信號(hào)中含有大量的噪聲干擾,普通濾波器難以消除。文利用局部放電信號(hào)中的白噪聲和周期性窄帶干擾在小波變換后的不同特性,以及局放信號(hào)與周期脈沖具有不同的相關(guān)性,提出局放信號(hào)的分層式綜合處理模型。該模型達(dá)到了提高抗干擾能力和準(zhǔn)確提取局部放電信號(hào)的目的,有效提取絕緣特征參數(shù),能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)絕緣老化和進(jìn)行故障識(shí)別。介質(zhì)損耗的測(cè)量是一項(xiàng)靈敏度很高的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。其測(cè)量原理大都使用硬件鑒相既過零比較的方法進(jìn)行在線測(cè)量。目前的絕緣在線監(jiān)測(cè)基本都是用快速傅立葉變換(FFT)的方法來求介損。它是取運(yùn)行設(shè)備PT的標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)與設(shè)備泄露電流信號(hào)直接經(jīng)高速A/D采樣轉(zhuǎn)換后送入計(jì)算機(jī),通過軟件的方法對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻普分析,僅抽取50HZ的基本信號(hào)進(jìn)行計(jì)算求出介損。這種方法能很好地消除各種高次諧波的干擾,測(cè)試數(shù)據(jù)穩(wěn)定,能很好地反映出設(shè)備的絕緣變化。電容性設(shè)備泄漏電流的測(cè)量信號(hào)是從末屏采集的,一般為毫安級(jí)。由于在現(xiàn)場(chǎng)易受強(qiáng)電場(chǎng)的干擾,因此要求傳感器具有較高的穩(wěn)定性和抗干擾性,材料一般使用線性度和穩(wěn)定性高的披莫合金,結(jié)構(gòu)采用零磁通傳感器,并用鋼質(zhì)外殼屏蔽。現(xiàn)在在線監(jiān)測(cè)將采集信號(hào)就地進(jìn)行數(shù)字化處理以消除干擾。電容量的測(cè)量是根據(jù)泄漏電流和采集的母線電壓換算得到的。國(guó)內(nèi)泄漏電流和電容量在線監(jiān)測(cè)裝置數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、穩(wěn)定,可以滿足現(xiàn)場(chǎng)需要。對(duì)于設(shè)備物理量(如變壓器油溫、氣體含量等)的在線監(jiān)測(cè)則是通過置放傳感器探頭的方法采集信號(hào),并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析處理。3.3網(wǎng)絡(luò)絕緣質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)的功能高電壓設(shè)備絕緣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)既能對(duì)帶電設(shè)備的絕緣特性參數(shù)實(shí)時(shí)測(cè)量,又能對(duì)獲取數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。一般具有以下功能(1)查詢?cè)O(shè)備高壓電氣設(shè)備絕緣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用瀏覽器方式實(shí)現(xiàn)。用戶可在任何一臺(tái)聯(lián)網(wǎng)機(jī)上查詢?cè)O(shè)備相關(guān)數(shù)據(jù)和設(shè)備工作狀態(tài),可要求主機(jī)對(duì)設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、計(jì)算和判斷,并將結(jié)論返回給用戶。在基于信息融合及嵌入intenet技術(shù),在線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)過程如下。(2)提供在線和在線檢測(cè)參數(shù)信息的設(shè)備和線程信息它包括變壓器、互感器、絕緣子、高壓開關(guān)柜和避雷器等設(shè)備的狀態(tài)信息。(3)智能診斷將專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等人工智能理論應(yīng)用于設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、故障的判斷、診斷及狀態(tài)檢修建議的提出。(4)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)可以根據(jù)設(shè)備的歷史數(shù)據(jù)及工作狀況,預(yù)測(cè)設(shè)備未來的運(yùn)行狀態(tài)。并由此調(diào)整設(shè)備的工作條件,保證其正常運(yùn)行。當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障或?yàn)?zāi)害時(shí),能幫助其分析發(fā)生的原因等。4主要被測(cè)設(shè)備高壓電氣絕緣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要選擇了氧化鋅避雷器、套管、鐵芯、電容式電壓互感器、電流互感器、變壓器、高壓開關(guān)和GIS等主要被測(cè)設(shè)備,其中避雷器主要測(cè)量泄漏全電流及其容性和阻性分量;變壓器套管、電容式電壓互感器、電流互感器測(cè)量其泄漏電流和介質(zhì)損耗相對(duì)變化量,鐵心檢測(cè)泄漏電流,同時(shí)監(jiān)測(cè)和記錄現(xiàn)場(chǎng)溫度、濕度及瓷裙表面污穢電流等環(huán)境參數(shù)。4.1泄漏電流moa測(cè)量目前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(yùn)行期間總有一定的泄漏電流通過閥片,加速閥片老化;而受潮和老化是MOA閥片劣化的主要原因。正常情況下泄露電流中容性電流占主要成分,阻性電流約為10%-20%左右。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和絕緣支撐件的泄漏等。當(dāng)避雷器出現(xiàn)故障時(shí),阻性電流逐步增大,而成為全電流中的主要成分,全電流也會(huì)增大。避雷器絕緣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,只要對(duì)運(yùn)行中避雷器的全電流或阻性電流進(jìn)行監(jiān)測(cè),并將所得數(shù)據(jù)與出廠及歷史數(shù)據(jù)相比較,即可發(fā)現(xiàn)避雷器的絕緣缺陷。檢測(cè)MOA泄漏全電流和阻性電流能有效地反應(yīng)MOA的絕緣狀況。所以測(cè)量交流泄漏電流及其有功分量是現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)避雷器的主要方法,預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程也將氧化鋅避雷器(MOA)“運(yùn)行中泄漏電流”的測(cè)量列入預(yù)試項(xiàng)目。定期對(duì)MOA的阻性電流進(jìn)行測(cè)試或監(jiān)測(cè),那么會(huì)更靈敏地發(fā)現(xiàn)MOA的早期故障隱患,更能提前防范,確保氧化鋅避雷器的安全可靠運(yùn)行。4.2誤差測(cè)量方法的確定現(xiàn)在,測(cè)量CVT、耦合電容器、電流互感器、套管等容性設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)已日漸成熟,也取得了很多的應(yīng)用效果。主要測(cè)試項(xiàng)目有:介質(zhì)損耗、泄露電流、電容量、三相不平衡電流等。對(duì)于高壓容性設(shè)備來說,介質(zhì)損失角正切值是一項(xiàng)靈敏度很高的試驗(yàn)項(xiàng)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(qiáng)制均壓的,其絕緣利用系數(shù)較高,一旦絕緣受潮往往會(huì)引起絕緣介質(zhì)損耗增加,導(dǎo)致?lián)舸?。?duì)于具有電容式絕緣的設(shè)備,通過其介電特性的檢測(cè)可以發(fā)現(xiàn)尚處于比較早期發(fā)展階段的缺陷。研究表明,在缺陷發(fā)展的起始階段,測(cè)量電流增加率和測(cè)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;在缺陷發(fā)展的后期階段,測(cè)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放電定位信息變壓器的絕緣狀態(tài)通常用以下幾個(gè)電氣特征量來表示:油中溶解氣體、局部放電量及放電位置、介質(zhì)損耗值、泄露電流和設(shè)備電容值等。在線氫氣濃度和在線局部放電量可分別用來評(píng)估變壓器的即時(shí)絕緣狀態(tài),在線局部放電定位信息為放電點(diǎn)的三維坐標(biāo),對(duì)故障元件的確定起著十分重要的作用。變壓器油中氣體濃度需要檢測(cè)濃度的氣體包括H2、CH4、C2H4、C2H2、C2H6、CO、CO2等七種氣體。根據(jù)這些氣體濃度,可評(píng)估變壓器的絕緣狀態(tài)。當(dāng)狀態(tài)處于“有問題”階段,就應(yīng)跟蹤氣體的產(chǎn)氣率,以此確定變壓器內(nèi)部出現(xiàn)故障。若變壓器出現(xiàn)故障,還可用這些氣體濃度來判斷故障性質(zhì)。為了更準(zhǔn)確地判斷故障類型及故障元件,應(yīng)將氣相色譜法與電氣試驗(yàn)結(jié)合起來,共同診斷所產(chǎn)生的故障。4.4開關(guān)柜內(nèi)并發(fā)癥的在線監(jiān)測(cè)高壓開關(guān)設(shè)備內(nèi)部絕緣部分的缺陷或劣化、導(dǎo)電連接部分的接觸不良等,使得其在事故潛伏期絕緣都可能產(chǎn)生放電現(xiàn)象,故可以通過對(duì)放電的監(jiān)測(cè)得到相關(guān)絕緣狀況。通常采用的絕緣監(jiān)測(cè)方法有交流泄露電流在線監(jiān)測(cè)和介質(zhì)損耗角正切在線監(jiān)測(cè)方法,文獻(xiàn)使用射頻法對(duì)開關(guān)柜內(nèi)的絕緣和接觸不良的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行了探索。利用上述監(jiān)測(cè)方法可以較方便地獲取高壓開關(guān)柜的有關(guān)絕緣信號(hào)的波形。由于高壓開關(guān)柜內(nèi)電磁環(huán)境較為惡劣,某些信號(hào)的波形往往含有很多因干擾而產(chǎn)生的“毛刺”,這對(duì)從波形中提取有用信息十分不利。由于“毛刺”主要由高頻成分組成,故信號(hào)經(jīng)過低通濾波后“毛刺”便被大大削弱了。但由于波形中可能存在有用的高頻成分,低通濾波會(huì)將這部分高頻成分也不加區(qū)別地除去,使波形發(fā)生失真?；谛〔ㄗ儞Q的高壓開關(guān)柜監(jiān)測(cè)信號(hào)消噪方法可以用于選擇性地去除信號(hào)中的“毛刺”。5設(shè)備在線監(jiān)測(cè)的意義和方法高壓電氣設(shè)備絕緣狀況直接影響電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行。基于信息融合技術(shù)和嵌入internet技術(shù)組成的在線監(jiān)測(cè),可以進(jìn)行數(shù)據(jù)和圖文傳輸及遠(yuǎn)