高压电气设备绝缘在线监测的探讨

高压电气设备绝缘在线监测的探讨案例前言•高压电气设备在电网中运行时，如果其内部存在因制造不良、老化以及外力破坏造成的绝缘缺陷，会发生影响设备和电网安全运行的绝缘事故。二、高压电气设备绝缘在线监测技术研究的发展概况•绝缘在线监测技术的发展大体经历了3个阶段：–1、带电测试阶段。•这一阶段起始于70年代左右。当时人们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。设备简单，测试项目少，灵敏度较差。–2、从80年代开始，出现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，摆脱将仪器直接接入测试回路的传统测量模式，取而代之的是使用传感器将被测量的参数直接转换成电器信号。–3、从90年代开始，随着计算机技术的推广使用，出现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。三、基本原理•㈠基本原理：–1、高压电气设备绝缘在线监测技术是在电气设备处于运行状态中，利用其工作电压来监测绝缘的各种特征参数。–2、高压电气设备绝缘在线监测主要检测参数是电气设备的介损值。–3、目前的绝缘在线监测产品基本都是用快速傅立叶变换（FFT）的方法来求介损。•㈡系统的一般功能：–1、测量避雷器在运行中的容性电流和阻性电流变化情况，掌握其内部绝缘受潮以及阀片老化情况。–2、测量CVT、耦合电容器、电流互感器、套管等容性设备的泄漏电流和介质损耗，掌握其内部受潮和绝缘老化及损坏缺陷。–3、测量充油设备绝缘油的内部可燃性气体变化情况，掌握设备内部有无过热、放电等缺陷情况。但对整套在线测量系统来说，要保证其测量准确、性能稳定，其必须达到以下性能：•a.检测阻抗稳定，不受变电站强电磁干扰的影响，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。•b.检测信号传输好，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。•c.具有专家分析功能，智能化判断设备内部绝缘状态。•d.系统分析数据能够远程传输，实现数据共享。四、监测设备要点分析•㈠避雷器：–1、检测MOA泄漏全电流和阻性电流能有效地反应MOA的绝缘状况，在电流测量反映整体严重受潮现象，早期老化时阻性电流增加较多，全电流变化则不明显。–2、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，约为10%-20%左右。•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。•3、当阀片老化、避雷器受潮、内部绝缘部件受损以及表面严重污秽时，容性电流变化不多，而阻性电流却大大增加。•4、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。•测量交流泄漏电流及其有功分量是现场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。•㈡CVT、耦合电容器、电流互感器、套管等容性设备–测量CVT、耦合电容器、电流互感器、套管等容性设备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。•绝缘劣化一般具有以下一些基本特征：–1、绝缘介质损耗值会增加，由此以及其他原因产生的热量最终可能导致绝缘的热击穿。测量绝缘损失角正切值（tanδ）可以检测介质损耗的变化。–2、绝缘中可能伴随有局部放电和树枝状电的发生。–放电量很大的局放通常只是在有雷电或者操作过电压存在以及绝缘损坏的过程中才出现，通过tanδ测量可以反映由此产生的介质损耗。–3、绝缘特性受温度变化的影响增大。–绝缘温度系数决定于绝缘本身的型式，大小和绝缘状况，对于特定的电压等级和绝缘设计，由于绝缘劣化导致温度系数的增加，tanδ值的温度非线性和灵敏度都会增加。五、案例介绍•目前，某公司管辖9座500kV变电站和13条线路。某公司管辖的500kV变电站于上世纪90年代后期开始对部分变电站安装高电压设备绝缘在线监测装置。以500kVｘｘ变电站高压设备状态监测系统为例，介绍其安装及运行情况。•500kVｘｘ变电站高压设备状态监测系统自1988年投运，投运之初系统不完善，且部分高压设备实际并未接入运行，造成运行不可靠，没有发挥应有的作用。2001年该公司投资对系统进行改造，安装了一套CIE—2000型绝缘在线监测系统。㈠系统介绍•1、CIE—2000型绝缘在线监测系统分三大部分：–第一部分是就地信号采集单元–第二部分是前台处理系统–第三部分为远程数据分析和传输系统•2、根据终端板放置在不同的位置可分为总线式和分线式。–总线式是指终端板放置于终端箱内，并安装在现场，信号箱输出电缆都接于终端板内，只须n根总线引到主控室，使主控室中机屏更整齐，节省了电缆。–分线式是指终端板装于主控室中的机屏里，电缆都要从现场引入主控室的机屏断子排，再引入终端板。•3、CIE—2000型绝缘在线监测系统的测试精度–一次泄露电流：1%设备等值电容：1.5%–系统电压：1%频率：0.05HZ–介损测试精度：0.1%避雷器有功电流：10%–避雷器全电流：5%㈡全面升级改造主机柜•1、2001年初，500kVｘｘ变电站高压设备状态监测系统升级改造开始施工，安装了CIE—2000型绝缘在线监测系统。•2、主机柜内含计算机（工控机）系统、信号输入/处理、电源等部件，工控机是控制测量核心部件。•3、将主机柜设备全部更新换代，更换工控机为PENTIUMIII800SIC级，基本满足全站数据检测、处理和存储要求；更换前台主机为CPU586，内存16M，显示内存1M，硬盘容量1G；工作软件使用新开发CIE2000系统。㈢更换所有探头传感器•1、传感器分为绝缘信号传感器和电压信号传感器，它在系统中起着获取、变换信号的关键作用，因为它的性能优良好坏直接决定检测系统品质。•2、将其全部更换为全环氧浇注且带铁壳屏蔽的ISS-80型，末屏接地线一并更换大截面多股线。•3、注意在安装信号抽取箱时，使信号抽取箱安装后前部比后部略高，以防积水进入；信号抽取箱接地要用10号钢筋焊接接地，保证其接地可靠。㈣敷设铠装屏蔽电缆•将原有电缆更换，重新敷设六芯铠装屏蔽电缆，电缆头加装高强度绝缘护套，既防鼠、防机械损伤，又抗干扰、整齐美观。㈤连接调试•整个系统设备安装完毕，进入联机调试试运行阶段。•对即时出现不正常状态及时进行调机处理，如发现1#主变B相接地电流超标报警，用钳形表实际测量设备正常，后发现是一相探头出问题，马上进行改正。•经过反复调试比较，经过一周时间的试运行后，装置趋于稳定。㈥系统特点•1、信号采集单元设计原理采集单元就地采集所监测设备的电压、末屏电流等信号并进行数据处理，求得其幅度、相位等参数，进而在上微机可计算介质损耗角等电气参数。•2、采集单元设计特点：–⑴采用DSP技术作为硬件平台；–⑵传感器采用高导磁率铁心，可准确测量小信号的幅度及角度，屏蔽措施完备，干扰影响减少；–⑶前向放大部分采用低温漂、高精度型运算放大器以及高精度电阻使模拟放大通道稳定。•3、监测系统的选型要求–选择运行高电压设备绝缘在线监测系统，按照检测设备的安装不影响变电站设备的运行方式（特别是设备部件的接地）的要求，系统采用与高压设备没有直接电气连接的一匝穿芯式传感器；–选用分层分布式系统，就地采集电气参数，应避免微安、毫安级小电流模拟信号的远距离传输；–施工安装简便，可维护性好；状态数据就地测量要求准确、稳定。㈦系统运行情况•该站高压设备状态监测系统选择了变压器套管、铁芯、电容式电压互感器、电流互感器、氧化锌避雷器为主要被测设备，其中避雷器测量泄漏全电流及其容性和阻性分量；•变压器套管、电容式电压互感器、电流互感器测量其泄漏电流和介质损耗相对变化量，铁心检测泄漏电流，同时监测和记录现场温度、湿度及瓷裙表面污秽电流等环境参数。•整套系统进行后台调试后投入运行至今，系统运行正常，测量数据准确，对比实际带电和停电测量数据，基本相吻合。•经过一年运行实际运行，数据分析系统软件功能比较完善，整个系统运行可靠。•运行实践表明，利用绝缘在线监测系统可以有效地发现某些早期绝缘故障。六、在线监测与状态检修•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。•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。•㈠计划检修的特点：–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，等等。•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。•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。•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。•㈡在线监测指导下的状态检修•1、实时性。•高压设备在线监测技术对设备绝缘状态实时监测，不受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，一旦设备出现缺陷，能及时发现并跟踪检测、处理，对保证电网安全更具意义。•2、真实性。•由于在线监测技术在设备运行电压和状态下的绝缘参数进行检测，检测结果符合实际情况，更加真实和全面。•3、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。•4、提高了设备供电可靠性。•由于实行状态检修，减少了设备停电次数和时间，提高了设备供电可靠性，避免少供电损失，同时也提高了电力部门全员劳动生产率。•㈢状态检修的基础是要实时掌握和了解设备在带电工况下的绝缘参数，在线监测技术则是获得设备在带电工况下的绝缘参数的唯一途径。七、问题讨论•1、传感器的特性和质量是在线监测的关键。•2、干扰问题•3、对设备制造厂家提出在线监测技术要求•4、积累运行经验，完善专家系统，制定监测标准•5、积极推行状态检修•6、超高压电力线路绝缘子在线检测设备尚处于起步开发阶段八、结论•1、高压电气设备绝缘在线检测技术能够及时发现和检测出设备内部绝缘状态的变化，对设备绝缘故障及时处理，保证电网的安全运行。•2、高压电气设备绝缘在线监测技术是供电单位实行状态检修的基础和唯一技术手段。应当进一步推广使用绝缘在线监测技术，积累运行经验，积极推行电气设备状态检修。谢谢大家！