高壓電氣設備絕緣在線監測系統在南匯電網中的應用

李華偉

摘要：本文主要介紹了變電站絕緣在線監測系統的基本原理以及主要的監測設備和參數。最后介紹了這一系統在南匯電網中的實際應用和運行數據分析以及故障診斷策略。

關鍵詞：在線系統，絕緣監測，變電站，故障診斷

中圖分類號：TM854文獻標識碼： A 文章編號：

1 問題的提出：

我國從20世紀50年代開始，主要是根據《電氣設備預防性試驗規程》的規定對電氣設備進行定期的停電試驗、檢修和維護。常規預防性試驗存在著試驗時需要停電、試驗時間集中、工作量大、試驗是否有效的問題，甚至試驗本身也是對設備的破壞，特別在電力設備運行過程中，人們關心的是絕緣結構的剩余電氣強度，但至今還未找到它與絕緣電阻、泄漏電流及介質損耗角正切等非破壞性試驗參數之間的直接函數關系，所以僅憑這些試驗項目難以準確、有效地判斷電力設備絕緣的好壞，也不能確保下一運行周期安全運行。因此，根據需要對電氣設備運行狀態進行在線監測十分必要，它可作為彌補定期預防性試驗不足的有效手段。

通過對電氣設備絕緣在線監測系統的應用，對設備的檢修可以逐步從定期檢修向狀態檢修過渡。在線監測系統可實時反映設備絕緣狀態，及時發現缺陷，預防設備事故的發生，提高電網運行的安全性、可靠性；狀態檢修可以提高檢修的質量和效率，增強針對性，節省大量的人力、物力和財力；應用在線監測技術可以延長檢修周期，提高設備可用系數，減少設備停役時間和次數，延長設備的使用壽命。

2 在線絕緣監測系統的主要監測設備和項目

由于電氣設備種類繁多，結構各異，其絕緣在線監測的項目各有不同。根據

不同設備的特點，下面通過表1對主要電氣設備絕緣在線監測的項目進行介紹。

表1 電氣主設備的監測

3 在線絕緣監測系統在南匯電網中的應用

南匯電網在220千伏南匯變電站，安裝了一套在線絕緣監測系統，主要針對110千伏及以上設備，主要包括變壓器，母線避雷器，電容式壓變等設備進行絕緣狀況的監測。

3．1 系統構架

220千伏南匯變電站應用的絕緣在線監測系統為數字式分層分布式在線監測系統，該系統為站內變壓器、電壓互感器、避雷器、電容型套管等高壓設備提供狀態在線監測及診斷，在不改變變電站高壓設備原有接地方式的情況下，連續監測、記錄高壓設備絕緣參數及其它數據：對于電容絕緣型設備（變壓器套管、電容式電壓互感器、電容型穿墻套管等）準確地測量介損、電容量以及泄漏電流；對于避雷器測量全電流和阻性電流；對于變壓器本體，可有效監測鐵芯、夾件接地電流；另外，通過監測、記錄系統電壓、頻率及各次諧波、變電站現場溫度濕度及瓷裙表面污穢電流等，實時給出明確的狀態信息。

220千伏南匯變電站絕緣在線監測系統在測量方式、測量原理和系統結構上，相對于傳統的監測技術作了根本性的變革。采用了先進的分層分布式系統結構，利用DSP技術實現絕緣參數在現場每組設備處就地進行數字化，引入參考相，絕緣參數測量原理更科學。系統的抗干擾性能、測量的準確性和穩定性取得了突破性進展，滿足了工業現場實用要求，為電力設備狀態檢修提供了有力的技術支持。

220千伏南匯變電站絕緣在線監測系統結構與解決方案如圖3-1、圖3-2所示。

圖3-1絕緣在線監測系統分層分布式結構示意圖

圖3-2絕緣在線監測系統解決方案

3.2 系統的運行數據分析

安裝在南匯站的絕緣在線監測系統已經運行有幾年了，積累的數據也比較多，作為運行單位，對其數據進行了分析，比較。以下是各設備的數據分析及其變化趨勢。限于篇幅，只列出部分數據（2012年1月10日）

3.2.1 氧化鋅避雷器泄露電流以及tgδ數據分析

母線避雷器的數據，

表3-1220千伏母線避雷器監測數據

從這些運行數據中可以發現：

1：泄漏電流的波動范圍在614至833之間，三相的峰谷值變化率，三相分別為24.4%，24.9%，19.7%，波動率基本穩定在20%左右

2：阻性電流的波動范圍在91至551，三相的峰谷值比值分別5.4倍，3.96倍，5.15倍，可以說波動范圍比較大

3：阻容比的范圍在14.9至91，三相的峰谷比值分別為5.26倍，3.90倍，5.2倍，可以說波動范圍也比較大

3.2.2 主變壓器絕緣套管的監測數據分析

1：220千伏絕緣套管監測數據

表3-2主變220千伏套管峰谷值數據

數據表明

1：三相的末屏電流范圍在17.95至19.05之間，變化率為5.6%,監測數據基本穩定

2：等效電容范圍433.50至451.80之間，變化率為4.1%，監測數據基本穩定

3：介質損耗值范圍在0.34至0.86之間，峰谷差比值三相分別為2.2倍，2.1倍，1，7倍，雖然絕對值的波動范圍較大，但是三相之間的相對值波動范圍較小

數據表明

3．3 絕緣診斷策略分析

絕緣在線監測數據的分析與離線情況有顯著的不同。離線數據以測量參數的單次絕對值或者幾次平均值為準，而在線數據是在運行電壓下得到的動態數據。由于設備的現場運行情況異常復雜，在線監測數據受各種因素影響很大，雖然在預處理階段已剔除了部分干擾的影響，但是僅以單次數據的靜態絕對值來判斷電力設備的絕緣狀態顯然是不合適的。通過，前面的數據分析，也發現有些數據的絕對值變化較大，單純比較絕對數值比較，無法正確判斷設備的絕緣狀態，因此本文引入了相對比較法、趨勢分析法來對絕緣在線監測數據進行綜合分析。

3.3.1相對比較法

在線監測數據經預處理后，雖消除了隨機因素的影響，但并未消除運行電壓、PT電壓基準、相間耦合及環境溫、濕度等因素對測量結果的影響。如直接對預處理后的數據進行絕緣診斷，難以得到正確的結論。相對值比較法就是將同一母線下、同相、同類型設備的在線監測數據進行比較，或比較同組中不同相設備的數據。對同一類型高壓設備，其絕緣結構相似，在相同的運行負荷和環境條件下，如果設備的絕緣狀況良好，則測試結果基本相同，若測試數據間有明顯差異，則其中某臺設備絕緣狀況可能異常。

例如，對于主變220千伏套管的介質損耗值，雖然三相的絕對值變化較大，峰谷比值有2倍多，但是每相的峰值差距和谷值變化率19%和26%，都相對較小，可以作為設備絕緣狀態的診斷依據。

3.3.2趨勢分析法

對于高壓電力設備，可將其絕緣故障分為：

1） 突發性的放電或擊穿，表現為絕緣參數的階躍變化；

2） 緩慢發展的絕緣故障，如常見的受潮、老化故障等，其測量結果表現出緩慢而持續的增長變化模式，這種變化單向不可逆轉。

由于在線監測數據的分散性較大，僅從單個數據難以判斷設備狀態，但某段時間內的測量數據從整體上可在一定程度上反映設備絕緣狀態。如在某段時間內監測數據在整體上呈現出緩慢而持續增長的趨勢，則設備可能存在潛伏性故障；如在某段時間內數據的波動呈一定的隨機性，說明測量結果的變化是由外界因素引起。

應用相對比較法已顯著減小了現場干擾的影響，提高了數據的穩定性，假定設備1的絕緣狀況良好，設備2、3對1的相對值保持不變，說明2、3的絕緣良好；如果相對值有增長的趨勢，則判斷有潛伏性故障，應進行跟蹤；如果相對值增長趨勢加劇，則故障的可能性增加。當相對值增長到一定限值或其變化率增加到一定程度應及時采取處理措施。另一種可能性是基準設備發生絕緣故障，而其它設備狀態良好，會造成所有的相對比較值呈下降的趨勢。如基準設備和被比較設備同時發生故障，且故障程度相近，則相對比較值保持不變；如被比較設備的故障程度比基準設備嚴重，則相對比較值變大。

必須指出，雖然本文提出相對和趨勢分析法作為在線絕緣診斷的主要判據，但測量參數的絕對值也應予以考慮。經過虛假點處理后，測量數據雖有一定的分散性，但外界因素影響是有一定范圍的，可將測量參數的絕對值作為絕緣診斷的參考判據。此外也應考慮氣候的季節性、相關設備的絕對值變化等，對設備的絕緣狀況做出全面合理的判斷。

4 本文小結

本文研究的分布式數字化絕緣在線監測系統，在220千伏南匯變電站實現了電氣設備絕緣狀況的實時監測，為該站主變壓器、電容式電壓互感器、穿墻套管、避雷器等設備的狀態檢修提供了技術支持，并引入了適合在線絕緣監測系統的故障診斷策略，確保了電網和設備的安全運行。

參考文獻

陳化鋼.電力設備預防性試驗方法及診斷技術[M].北京:科學技術出版社，2001.

變電設備在線監測系統技術導則. 國家電網公司. 2006.

嚴璋. 電氣絕緣在線檢測技術. 北京:北京電力出版社. 1995.

藍之達. 電氣絕緣試驗. 廣東:高等教育出版社. 2002.

P.Guuinic. On-line monitoring and diagnosis. EDF practices and orientations. CIGRE Symposium on Diagnostic and Maintenance Techniques. Berlin Germany .2001.

K.Feder. On-line diagnostic system for monitoring the thermal behaviors of transformers. CIGRE Symposium ‘Diagnostic and maintenance Techniques Berlin Germany April 1993(110-08).

注：文章內所有公式及圖表請以PDF形式查看。