试述绝缘在线监测技术的发展应用

1.前言

对于所辖变电站较多的变电局来说，电压等级从10kV到500kV均覆盖，高压电气设备的数量很多，要按照常规的停电预防性试验来检查高压电气设备的绝缘情况基本上不能在规定的时间内将所有管辖设备的绝缘状况通过预防性试验方法来进行检查，而且有可能发生在两个试验周期间隔内发生电气设备绝缘老化而危及电网稳定运行的情况。所以在线监测技术的开展显得非常重要，现阶段我局针对部分断路器、电容型电力设备、避雷器等设备开展了在线监测的试运行。

2.高压电气设备绝缘在线监测技术发展的基本情况

从上个世纪70年代开始，国外许多电力公司就开始研究并推广应用变电设备在线监测技术，主要目的就是减少停电预防性试验的时间和次数，提前排除故障隐患，提高供电可靠性。随着计算机技术的飞速发展，并在电力系统的充分应用，在线监测设备产品得到不断更新、升级、完善，在线监测技术得到不断提高。到目前为止，许多国家已广泛使用微机多功能在线监测系统，实现了绝缘参数在线监测。据笔者了解，该技术的发展大体经历了三个历史阶段。

第一阶段是带电测试阶段。这一阶段起始于70年代左右，仅仅是为了不停电而对电气设备的某些绝缘参数(如泄露电流)进行直接测量。当时电力部门的监测设备简单，测试项目少，灵敏度较差。

第二阶段是从80年代开始，研制出各种专用的带电测试仪器，使在线监测技术从传统的模拟量测试走向数字化测量。这一阶段逐步摒弃了将仪器直接接入测试回路的传统测量模式，而是使用传感器将被测量的参数直接转换成电气信号。

第三阶段是计算机技术的出现和推广使用，本世纪初，开始了以计算机处理技术为核心的微机多功能绝缘在线监测系统。进入本世纪初，电力部门逐步利用计算机技术、传感技术和数字波形采集与处理技术，实现更多的绝缘参数在线监测。这阶段的在线监测信息量大、处理速度快，可以对监测参数实时显示、储存、打印、远传，实现了绝缘在线监测的自动化。截至目前，这种智能化的在线监测的技术已经在电力系统设备缺陷检测中得到广泛应用，并积累了许多有效的经验，这种智能化的在线监测的技术代表了未来绝缘在线监测的发展方向。比如，变压器油在线色谱分析、电气设备的红外测温技术等在线监测手段已经日臻成熟。一直以来，我国电力水平发展相对落后，在线监测技术的开发与应用受当时整体技术水平的限制，如电子元件的可靠性不高，计算机应用起步较晚等因素影响，在线监测技术水平一直比较低。

到2000年后，随着在线监测技术的不断成熟及客观的需要，在线监测技术又被大家所重视而得到迅猛发展。目前，在国内很多地区的供电企业都在使用以计算机处理技术为核心的微机多功能绝缘在线监测系统。

3.检测的基本原理

3.1检测对象及参数

高压电气设备绝缘在线监测技术是在被监测电气设备处于带电运行状态中，利用其工作电压来监测绝缘的各种特征参数。因此，能真实的反映出被监测电气设备绝缘的工作情况，从而对该被监测设备的绝缘状况做出准确的判断。该技术能根据不同的被监测电气设备进行监测——检测被监测设备的介质损耗值、电容量、泄漏电流、绝缘电阻、母线电压和三相不平衡信号等电气参数。近年来，在线监测技术得到进一步的发展，电力部门可以根据自身需要检测所需的电气量。

3.2在线监测技术的普通功用

近几年研制的高电压设备绝缘在线监测系统既能对被监测的带电设备的绝缘特性参数实时测量，同时还能对获取的参数数据进行分析处理。该技术具有以下作用：在测量避雷器在运行中的容性电流和阻性电流变化情况时，可以掌握该被测量对象的内部绝缘受潮以及阀片老化情况;在测量CVT、电流互感器、耦合电容器、套管等电气设备的泄漏电流和介质损耗时，可以掌握该被测量对象的内部受潮和绝缘老化及损坏缺陷;在测量充油设备绝缘油的内部可燃性气体变化情况时，可以掌握该电气设备内部有无过热、放电等病变情况。发展到目前的在线监测技术已经拥有以下优点：第一是检测阻抗稳定，不受变电站强电磁干扰的影响，并且在系统操作过电压、雷电过电压作用下具有自保护性，不发生性能变化和软件损坏现象;第二是对于检测到的信号传输过程中，不发生失真和对其附近的其他信号有影响，同时也不受其他信号的干扰;第三是由于现代计算机的应用，使其具有专业的分析功能，可以判断设备内部绝缘状态;第四是系统分析数据能够远程传输，实现各单位数据共享。

4.监测设备要点分析

4.1监测避雷器

各地变电站使用的氧化锌避雷器绝大部分不再有串联间隙，MOA运行期间总有一定的泄漏电流通过阀片，这样就会加速阀片老化——受潮和老化是MOA阀片劣质退化的根本原因。一般在正常运行情况下，流过避雷器的主要电流为容性电流，阻性电流只占有很小的一部分，大约10%-20%左右。被检测避雷器的阻性分量主要包括：瓷套内、外表面的沿面泄漏，阀片沿面泄漏及其本身的非线性电阻分量，绝缘支撑件的泄漏等。当避雷器的阀片老化、避雷器受潮、避雷器内部绝缘部件受损时，容性电流变化不多，而阻性电流却大大增加。造成避雷器事故主要原因是阻性电流增大后，损耗增加，引起热击穿。因此测量交流泄漏电流及其有功分量是检测避雷器的主要方法。预防性试验规程也将氧化锌避雷器(MOA)“运行中泄漏电流”的测量列入预试项目。

4.2监测CVT、耦合电容器、电流互感器、套管等容性设备时，其介质损失角正切值是一项灵敏度很高的试验项目，它可以发现电气设备绝缘整体受潮、绝缘劣化以及局部缺陷。

绝缘受潮缺陷占用电容型设备缺陷的85.4%，这是由于电容型结构是通过电容分布强制均压的，其绝缘利用系数较高，一旦绝缘受潮往往会引起绝缘介质损耗增加，导致击穿。研究表明，CVT、耦合电容器、电流互感器、套管等容性设备的缺陷发展的起始阶段，测量电流增加率和测量介质损耗正切值变化所得的结果一致，都具有很高的灵敏度;而在缺陷发展的后期阶段，测量电流增加现象和电容变化的情况一致，更容易发现缺陷的发展情况。

4.3监测断路器设备

针对两种参数一般采用监测开断次数配合计算公式推倒出其优良情况。电寿命监测——对电寿命监测是建立杂触头累计磨损量模型基础上的。根据I—N曲线拟和的计算公式，按单次开断电流累计触头磨损量。机械状态的监测——主要监测其传动机构和储能机构。储能机构监测的是储能电机的日储能次数，单次储能时间的长短，通过对这两个数据的采集和分析，可以说明储能系统是否出现泄漏或储能不够等。传动机构则是采用对合、分闸线圈电流波形，机械振动波形以及开关辅助接点波形的综合判断方法，具体如下：首先录下断路器正常状态下的机械振动“指波纹”，如果传动机构出现裂纹、卡涩等问题，其震动频率会发生改变。由于正常情况下分、合闸线圈电流波形与异常时有很大的差别，如波形畸变，待电持续时间长等，因此通过对以上波形综合分析，就可以判断开关是否有机械隐患。对于断路器设备监测其电寿命和机械状态可以及早发现平时通过预防性试验所不能发现的缺陷，对断路器的安全稳定运行起到了相应的补充作用。

5.在线监测与状态检修

电力系统传统的运行维护工作，传统的做法是实行“计划检修”。“计划检修”就是按照高压电气设备预防性试验规程所规定的试验周期，到期必对电气设备进行停电检修。而状态检修则是基于设备的实际工况，根据其在运行电压下的绝缘特性参数的变化，通过分析比较来确定电气设备是否需要检修，以及需要检修的项目和内容，具有及强的针对性和实时性。因此，可以说“状态检修”就是“应修既修，修必修好”。

5.1计划检修的特点

5.1.1周期性

计划检修是按照预防性试验规程所规定的试验周期，到期必修，具有很强的周期性。优点是便于工作计划的安排。缺点是它不管设备的实际状况，具有很大的盲目性和强制性，易造成设备的“过度检修”，浪费了大量的人力物力，同时各种耐压试验又有可能对设备绝缘造成新的损伤等。

5.1.2短暂性

定期预防性试验只能检测某一时间设备的绝缘状态，不能适时检测设备的绝缘状态，无法确定设备何时出现绝缘缺陷，无法检测缺陷的发展状况，特别是设备内部发展速度快、易造成重大绝缘事故的缺陷，更是无法检测到。

5.1.3试验电压低

定期预防性试验的试验电压一般低于设备运行电压，所以定期预防性试验无法准确地检测出设备运行电压下的缺陷。

5.1.4降低了电网的供电可靠性

由于计划检修的定期预防性试验需要在设备停电下进行试验检测，增加了设备停电时间，必然影响电网的供电可靠性，同时供电部门也造成少供电量的损失。

5.2在线监测指导下状态检修的特点

5.2.1在线监测实时性

在线实时监测，不受被检测设备运行情况和时间的限制，可以随时检测设备的绝缘状态，假如被检测设备出现缺陷，电工能及时发现并跟踪检测、处理，这一措施对保证电网安全很有意义。

5.2.2在线监测真实性

在线监测技术由于是在设备运行电压和状态下进行检测，检测出的绝缘参数更符合实际情况，更加全面和真实。

5.2.3在线监测针对性更强

可根据绝缘缺陷的发展和变化来确定检修项目、内容和时间，检修目的明确，针对性更强。

5.2.4在线监测提高了被检测设备供电可靠性

由于实行状态检修，减少了被检测设备停电次数和时间，提高了被检测设备供电可靠性，同时也提高了电力部门全员劳动生产率。

5.3在线监测技术指导下的状态检修与定期预防性试验技术指导下计划检修的比较与发展

随着电力设备的大容量化、高电压化、结构多样化及密封化，对常规停电预防性试验而言，传统的简易诊断方法已显得不太适应，主要表现在：随着供电可靠需求不断提高，定期将电气设备停电进行预防性试验变得越来越困难，特别是重要的变电站常常出现超期试验的情况，这对保证电气设备安全稳定的运行留下了一定的隐患;南方电网下发的新规程和标准的实施将预防性试验的周期做了很大的调整，延长了试验周期，这对我们高压预防性试验提出了一个新的要求，是不是采用现有的试验项目和方法可以保证在只一个周期内不发生故障;现阶段高电压等级的电气设备和新型的电气设备在不断的投入运行，然而我们所采用的预防性试验方法是采用一个较低的电压模拟高电压下电气设备的各种运行情况，达不到一个真实性，不能正确反映出电气设备的优良情况;针对近年来投入广泛应用的干式穿墙套管在试验中所采集的数据基本上完全不能正确的反映其优良情况;另外由于近期对主变的试验中将主变套管的油化验试验取消了，然而高压试验又只能在一个较长的试验周期中对其进行试验，对主变套管这种设备的有效检测达不到一个必要的要求。高电压设备绝缘在线监测技术的应用，是实现状态检修的有效手段之一。在线检测是在运行电压下对设备的绝缘状态进行检测，真实反应设备绝缘水平。现阶段部分供电系统均采用在线监测技术来作为常规停电预防性试验的补充，取得了很好的成效，有效的将常规停电预防性试验的周期进行了延长。在线监测技术通过自动连续检测状态下，依据大量的数据和曲线分析设备绝缘状态的变化趋势，从变化趋势中寻找危险征兆，从多项检测结果来综合判断运行设备状况，其分析结果和数据可直接传输至上级主管部门，真正做到设备“该修则修，修必修好”，避免不必要的人力，物力浪费。在线监测技术的应用有利于从“定期维修”制(计划维修)过渡到“状态维修”制(预知维修)。将在线监测和预试结合起来，根据在线监测的结果合理安排预试，延长预试大修周期，是逐渐推行状态维修的有效途径。现阶段特别是针对电容型设备的在线监测技术得到了广泛的应用，从技术手段上来说已经完全可以取代常规停电预防性试验。状态检修的基础是要实时掌握和了解被检测设备在带电工作时的绝缘参数。而在线监测技术，则是获取被检测设备的绝缘参数的最佳途径。通过对被检测对象带电工作的实时监测，测出被检测对象绝缘的各种状态参量，并对这些量的变化量进行分析比较，来确定是否对设备进行检修。特别是最近几年，高电压设备的质量和制造水平有了很大提高，因此，状态检修的优势也更加凸显出来。

6.结论

高压电气设备绝缘在线监测技术的充分运用，能够及时发现和检测出电力设备内部绝缘状态的变化，对被检测电力设备绝缘故障及时处理，保证了供电网络的安全运行。在线监测技术是供电单位实行状态检修的基础，也是最佳的技术手段，应当进一步推广使用。现阶段无线通讯技术、计算机技术、传感器技术的发展为高压电气设备绝缘在线监测技术的发展提供了有力的保证，为实施超高压电力线路绝缘子等以前没有研究与开展的在线监测技术提供了条件。我局也在此良机下大力开展在线监测技术，通过逐步试点到最后的推广，最终达到全局变电站都能采用在线监测技术，解决定期停电预防性试验的种种缺点，保证电网能在最好的状态下安全、稳定的运行。

参考文献

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