高压电气设备绝缘在线监测技术

【摘要】如何有效地保障电力系统的安全、可靠运行一直是电力部门的一个重要课题，而高压设备的安全运行是整个系统安全运行的基础。本文作者系统地介绍了高压电气设备绝缘在线监测技术。简要地分析了传统设备绝缘预测方法的缺点，阐述了对发电机、变压器、电容型设备、避雷器、GIS等高压电气设备的绝缘监测以及在线监测功能要点。

【关键词】高压电气设备；绝缘；电力系统；在线监测

中图分类号：F407.6文献标识码：A 文章编号：

0前言

随着国民经济的发展，社会对电力供应的可靠性要求越来越高，电力系统也逐渐发展壮大，传统的定期停电进行预防性试验的做法已不能满足电网高可靠性的要求。电力设备在线监测应运而生。实现高压电气设备绝缘在线、动态、实时的监测，达到由现象判断本质、由局部推测整体以及由当前预测未来的目的，从本质上弥补仅靠定期停电预防性试验的不足，将成为现代电力系统设备绝缘监测的重要手段。

1传统预测方法缺点

长期的运行经验表明，定期停电进行预防性试验具有一定的局限性，且这种局限性随着电力系统安全运行水平的提高越发显现，主要表现在以下几方面：

1）未能完全模拟实际运行条件。实际运行中，电网存在高次谐波，同时环境温度、湿度以及设备在运行状态下的电场、磁场，都对试验有一定影响，故而停电后进行的预防性试验所诊断的结果未必符合实际运行状态，且设备试验期间需要从电力系统中退出，影响了供电的连续性。

2）只能反映设备某时期的绝缘水平，未能准确预测设备绝缘性能的劣化速度和失效时间，难以全面、真实地反映设备存在的潜伏性故障。绝缘的劣化、缺陷发展速度各异，且其潜伏和发展时间不定，而传统的预防性试验是定期进行的，不能及时准确地发现故障，从而会导致发生漏报、误报或者早报的情况。

3）造成没必要的浪费甚至造成新的设备缺陷。规程规定，即使状况良好的电气设备仍需进行周期性的停电试验和检修，这就必然会造成不必要的电量损失，降低了供电可靠性，而且还需要配备大量的专业技术人员以及高性能的试验设备。有些实验项目（如绝缘耐压试验）试验后甚至会对绝缘造成一定的损伤，导致新的缺陷产生。

2在线监测技术及其应用

所谓电力设备在线监测就是利用传感器技术、计算机技术、电子技术、信号处理以及网络技术等，对正在运行的电气设备绝缘状况进行信号采集，并对其传输数据进行逻辑判断分析，实时地对电力设备运行状态进行监测和诊断。与传统的定期停电预防性试验相比，在线监测可大大提高电气设备测试的真实性和可操作性，在设备的运行状态下进行直接测试，不必安排停电预试，可提高设备运行效率，及时发现设备的绝缘缺陷，掌握设备绝缘变化趋势。同时，在线监测还可以根据设备绝缘在线监测结果选择不同的试验周期，提高试验的有效性。因此，开展在线监测技术应用，对提高设备绝缘参数采集的真实性与可靠性具有重要的现实意义。

例如：在2012年7月6日23时许，我公司110kV变电所一台110kV/6.3kV，5000kVA主变压器，在遭受雷电波侵袭时，由于内部绕组存在绝缘隐患，造成一相高压绕组绝缘击穿，引起该变压器重瓦斯、差动保护动作，该变压器被迫退出运行。并且使变电所运行方式发生了变化：由原来两台主变并列运行变为单台台主变供电，供电能力降低了50%，给生产带来了极大影响。虽然两台主变都按照《江苏省电力设备交接和预防性试验规程》要求定期做了预防性试验，却未能及时暴露出其绕组绝缘上存在的缺陷。如果采用在线监测，能对运行中电力设备的绝缘进行跟踪监测，就能及时发现这一台主变的安全隐患，从而可以避免这次故障停电。

2.1发电机的绝缘在线监测

绝缘是发电机发生事故概率最高的部分。其中电气方面占主要因素，国内外均把绝缘作为发电机在线监测的主要项目。现在广泛采用局部放电来监测发电机绝缘状况。

2.2变压器的绝缘在线监测

变压器的绝缘在线监测主要以绝缘油中分解气体含量和以及局部放电量来评估其绝缘状态。需要检测的气体包括H2、C2H2、CO、CH4、C2H6等，通过这些气体的含量能够判断变压器的内部故障。变压器有机绝缘逐渐老化并最终击穿的主要原因是局部放电，所以局部放电量的监测也是变压器绝缘监测的重点，目前，可以通过脉冲电流法和超声波探测法来监测局部放电情况。

2.3电容型高压电气设备的绝缘在线监测

研究和大量试验证明，监测交流泄漏电流对容性设备的整体受潮程度反映灵敏，而介质损耗角正切值（tgδ）值对检测局部劣化以及局部缺陷反映灵敏。所以电容型高压电气设备（电流互感器、电容式电压互感器、耦合电容器、变压器套管）主要监测其交流泄漏电流、等值电容、介质损耗角正切值等。

2.4氧化锌避雷器的绝缘在线监测

受潮和老化是氧化锌避雷器阀片劣化的主要起因，而避雷器运行期间通过阀片的泄露电流是加速阀片老化的主要因素，所以对避雷器泄露电流进行监测并与历史数据进行比照分析，即能发现其绝缘缺陷。

2.5 GIS的绝缘在线监测

GIS的绝缘在线监测包括化学、电和机械等方法。化学方法采用SF6分解产物的气体分析来检测局部放电和局部过热；电的方法采用外电极、内电极和磁耦合方法测量GIS护套电势来检测局部放电；机械方法采用一个高灵敏性的压电加速传感器和超声波传感器来检测在局部放电或绝缘故障时产生的机械振动和弹性波。

3在线监测功能要点分析

高压电气设备绝缘在线监测系统主要选择了铁芯、变压器、套管、电容式电压互感器、电流互感器、氧化锌避雷器、高压开关柜和GIS等主要被测设备。其既能对带电设备的绝缘特性参数实时测量，又能对获取数据进行分析处理，一般具有以下功能：

1）铁芯监测其泄漏电流，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，掌握影响其缺陷的内外部因素；

2）变压器类充油设备测量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；

3）电流互感器、变压器套管、电容式电压互感器等容性设备测量其泄漏电流和介质损耗角正切值，掌握其内部的受潮和绝缘老化及损坏缺陷；

4）避雷器主要测量在运行中的泄漏全电流、容性电流及阻性电流变化情况，掌握其内部的绝缘受潮以及阀片的老化情况；

5）高压开关柜监测泄漏电流、介质损耗角正切值等，从而获取有关绝缘信号的波形，掌握其内部绝缘部分的缺陷或劣化、导电连接部分的接触不良等相关绝缘状况。但由于绝缘在线监测系统工作的实时性，被监测电气设备通常均带有高压，或者被监测电气设备和取样装置、传输系统等都处于较强的电磁干扰中，而被测信号相对较弱，因此，测量容易受周围其他带电设备或接地体的影响。所以，对整套在线监测系统来说，要保证其测量准确、性能稳定，就必须达到以下性能：

1）监测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；

2）检测信号传输好，不发生失真且对其附近其他信号无影响，

同时也不受其他信号的干扰；

3）具有专家分析功能，能够智能化判断设备内部的绝缘状态；

4）系统分析数据能够远程传输，实现数据共享。

4结束语

综上所述，高压电气设备绝缘在线监测是一门综合性的科学技术，它集高电压技术、计算机技术、通讯技术、测试技术为一体。在电网中具有举足轻重的地位，其运行状况是否良好，直接关系到电力系统是否安全可靠，一旦其绝缘部分出现缺陷或劣化，就会导致影响设备和电网安全运行的绝缘故障或事故。因此，高压电气设备绝缘在线监测可以实时掌握变电站内高压电气设备的绝缘状况，对提高设备运行维护水平，及时发现事故隐患，合理分配人力物力资源，减少停电事故有着积极的意义。

本文作者刘海英，1994年毕业于东南大学电气工程系，同年进入南京汽轮电机（集团）有限责任公司，从事高压输变电技术与管理工作至今。2002年取得工程师资格。

［参考文献］

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［2］成永红，陈玉，孟永鹏，等.变电站电力设备绝缘综合在线监测系统的开发［J］.高电压技术，2007，33（8）：61～65

［3］罗光伟，向守兵，陈晓东.高压电气设备绝缘在线监测系统的研究