谈电气设备在线监测技术研究与发展

谈电气设备在线监测技术研究与发展

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1北京英格格林科技有限公司北京102600；2山东国信环境系统股份有限公司山东德州253000

摘要：在供电部门生产管理体系中，电气设备在线监测与状态检修技术相当重要，它们共同提升了电力设备的健康运行水平，也确保了电网整体安全稳定运行，具有极为关键的现实意义。本文对电气设备在线监测技术进行了探讨。

关键词：供电设备；在线监测；变压器；断路器；避雷器

为了保证系统供电的可靠性，电机、变压器、输电线路、电力电容器、避雷针、绝缘子构成电力系统的主要电气设备。电气设备一旦发生故障，将会出现大面积停电停产、造成巨大的经济损失。为了保证电力设备质量，在设备投入运行前都要进行严格的质量检查，基本消除了由于质量而引发的事故。而为了发挥电气设备的最大生产能力，常常需要进行日常的科学管理和维护。

1在线监测系统的技术要求

（1）系统的投入和使用不应改变和影响一次设备的正常运行；（2）能自动地连续进行监测、数据处理和存储；（3）具有自检和报警功能；（4）具有在线标定其监测灵敏度的功能；（5）具有对电气设备故障诊断功能包括故障定位、故障性质、故障程度的判断和绝缘寿命的预测等。

2供电设备在线监测

电力系统中的供电设备种类繁多，数量庞大，目前实施在线监测的主要有变压器、断路器、避雷器和互感器等。所有这些在线监测装置，都是为了能更好地帮助我们分析和判断设备的运行状态，减少工作中的盲目性和随意性。

2.1变压器在线监测

变压器在长期运行中，由于绝缘的劣化及潜伏性故障，使其在运行电压下产生光、电、声、热等一系列的化学反应。变压器在线监测主要包括油中气体在线监测、局部放电在线监测和绝缘在线监测等。变压器由于设计原因其出口短路位置容易受到运输冲击，使电路绕组发生一定程度位移，这种形状变化是不可逆转的。所以当绕组发生变形就很容易导致变压器绝缘故障。利用在线监测技术来分析变压器的绕组变形问题是很有必要的。目前比较普遍被应用的是短路阻抗在线测量法，该方法利用单相双绕组变压器进行短路阻抗在线测量。如果设置TV1、TV2作为变压器一、二次侧连接电压互感器，设置TA1、TA2为电流互感器，当短路电抗为：

Xsh=X1+X12

则应该给出基于短路电抗法的两种假定：第一，假定变压器在运行过程中励磁电流不变；第二，假定电流互感器与电压互感器在运行时误差不变。如果两项假定条件都满足，变压器的短路电抗就应该为：

对于变电站的110kV变压器而言，它的短路电抗在线测量主要针对绕组短路电抗展开，属于高精度测量类型。这种测量能够判断电抗变化量，从而明确绕组变形程度，其中SCI法也可以判断短路电抗变化量与绕组变形之间的关系，为在线监测技术给出必要依据。

2.1.1油中气体在线监测

由于变压器油中气体的在线监测具有实时性和连续性特点，对监测的设备能及时发现存在的故障，所以一直受到人们的重视。近年来国内外还研制出用色谱柱分离气体，通过半导体传感器检测6种气体组分含量的色谱在线监测装置，使色谱在线监测技术有了新的进展。变压器油中溶解气体色谱在线分析，该装置可以随时监视变压器的运行，由变电站值班人员操作，交接班时可查看浓度曲线趋势图，根据产气速率随时修改投入时间和周期。

2.1.2局部放电在线监测

局部放电（PartialDischarge，PD）既是设备绝缘老化的先兆，也是造成绝缘老化的一个重要原因。随着电网电压等级的提高，变压器内部绝缘薄弱位置引发局部放电的概率也随之增加。局部放电的冲击会直接引起局部绝缘的破坏，同时放电过程中产生的NO等活性气体在电、热的环境下会导致绝缘层的破坏和老化，甚至会引起绝缘介质的击穿等事故。因此需要对变压器的局部放电情况进行在线监测。变压器发生局部放电的同时伴随着光、声、电和振动等物理现象Ｗ及一些化学变化，具体有脉冲电流、超声波、电磁波、发光和气体产生等。依据这些不同特征量的性质，局部放电在线监测的方式有脉冲电流法、气相色谱检测法、光检测法、超声波检测法和超高频检测法等。

2.1.3绝缘在线监测

变压器绝缘在线监测是保证变压器可靠运行的手段之一，变压器绝缘的老化、失效是一个缓慢发展的潜伏性故障。绝缘在线监测系统能够不间断地对变压器的泄漏电流、介质损耗、等值电容、运行电压、环境温度和湿度进行在线监测，最终对绝缘性能是否正常做出评价。

2.2高压断路器在线监测

（1）断路器机械性能监测：对高压断路器的可靠性，世界范围内的调查以及我国对高压开关事故的统计分析均表明，80%的高压断路器故障是由于机械特性不良造成的，所以对机械特性的监测显得尤为重要。断路器机械状态监测主要有行程和速度的监测，操作过程中振动信号的监测等。（2）断路器触头电寿命监测：利用不同开断电流下的等效磨损曲线，累计每次电流开断所对应的相对电磨损，每台断路器的允许电磨损总量由其额定短路开断电流及允许开断满容量次数来标定，采用触头累积磨损量作为判断其电寿命的依据。阐述了影响真空断路器和某些SF6断路器触头寿命的因素，包括灭弧室、灭弧介质和触头三个方面，其中起决定作用的是触头的电磨损。

3在线监测发展前景

目前，状态监测对于运行设备，特别是输变电主设备，尚未达到完善可靠，仍受传感器可靠性和现场电磁干扰的影响。信号处理技术、人工智能和专家系统的应用依然是研究的热点，今后在线监测发展的方向主要在以下几个方面：

（1）电力系统监测与前沿性技术成果的紧密结合。随着计算机技术、人工智能和电力电子技术的发展，为在线监测提供了巨大的技术支持，今后高速度的运算处理器结合人工智能技术如神经网络、模糊逻辑和专家系统将应用于状态监测和故障诊断。这就需要研究人员在开发过程中，联系供电企业的实际情况，追求经济效益的同时，使用先进技术来促进供电技术的不断提高。

（2）由以单台设备为目标的在线监测向整体监测延伸。电网是一个由众多设备组成的有机整体，设备通常具有一定独立性，但电网的发展趋向于很强的相互依赖性。维修管理将不再局限于某一设备个体，因为一台设备的停运检修影响到整个输电和变电系统的运行，特别是大电网的停运检修还影响到整个区域的运行方式和电力供求关系的调整。

参考文献

[1]高全.电气设备在线监测与状态检修技术研究[D].华北电力大学（北京），2013.46-50.

[2]刘振化全球能源互联网［Ｍ］，中国电力出版化2015

[3]清华大学成立能源互联网创新研究院．推动我国能源互联网科技与产业发展；[EB/OL]2015.4.24