高压电气设备绝缘在线监测技术综述

摘要：本文阐述了高压电气设备绝缘在线监测技术的重要性和发展现状，介绍了在线监测系统的组成，主要监测对象和参数以及监测系统的一般功能，并对在线监测设备要点进行了分析，最后对在线监测技术的发展方向进行了展望。

关键词：高压电气设备 绝缘 在线监测

0 引言

在电网中，高压电气设备具有不可替代的作用，若其绝缘部分劣化或存在缺陷，就可能对电网设备的正常运行造成影响，进而引发安全事故。而以往的设备检修和测试工作都是在电网设备运营过程中，通过定期停电的方式来完成的。但这种检修方式也存在很多问题：①检修时必须停电，影响电网正常运营。一旦碰到突发状况，设备不能停电而造成漏试，可能埋下安全隐患。②由于测试程序繁琐、时间集中，且任务紧迫，工人的工作量较大，极易受人为因素影响。③检修周期长，某些故障就极易在这个周期内快速发展，酿成大事故。④测试电压达不到10KV，设备实际运营时的电压要比这个数值要大，同时因为测试期间停电，设备运营过程中关于磁场、温度、电场以及周围环境等情况无法真实的反映出来，因而测试结果不一定与实际运营情况相符。

高压电气设备随着电网容量的持续增大而急剧增加，以往的预防性测试及事故维修已无法保证电网的安全运营。而且，因为高压电气设备的绝缘劣化是经过长时间累积的，在某些条件下，预防性测试已失去其应有的作用。所以，实现高压电气设备绝缘实时、在线的动态监测，可通过局部推测整体，通过现象预测本质，由当前情况预测未来发展，无需卸设备逐一测试，符合现代化设备的生产、使用及维修的要求。

1 在线监测技术的发展现状

在线监测技术的发展方面，高压电气设备的绝缘大致经过了两个阶段。

1.1 带电测试阶段

自十九世纪七十年代开始进入带电测试阶段。当时只是本着确保正常通电的的条件下直接测量电网设备中的部分绝缘参数。这一阶段研发了很多专用的带电测试仪器，监测技术实现了由以往的模拟测试向数字化测试模式转变。但设备构造简单，缺乏灵敏度，仍有部分参数无法测试。到了八十年代，随着计算机信息处理、光纤、传感等新技术的研发，才真正实现了在线监测及诊断。

1.2 在线监测及智能诊断

自九十年代以来，计算机技术不断普及和广泛应用，以计算机处理技术为主的微机多功能绝缘在线监测系统应运而生。其有效整合了局部放电监测、泄露电流及介质损耗值监测、红外测温、超声波探测、油中溶解气体分析等多项监测技术，可对更多的绝缘参数进行在线监测。近些年来，智能技术、数字信息技术快速发展，电网系统监测方面开始逐步运用小波分析、专家系统、神经网络和模糊理论等数据处理方式，经过全方位的分析和判断，可对设备绝缘缺陷进行准确定位，同时实现对电网系统的在线监测及诊断，并提出解决措施。这种在线监测信息较大、处理速度快，能对系统参数进行实时的在线监测、打印、远传、存储、越线报警，监测过程逐步自动化。

目前，我国的电网容量持续增加，电压等级也随之大幅度提升，这对电网的安全运营提出了更高的要求，已显得尤其是必须加强对老旧设备绝缘作用的监测。所以，该技术具有广阔的市场市场前景，还为状态维修工作的开展提供了可靠的数据源。

2 在线监测技术的基本原理

2.1 在线监测系统的组成

目前的在线监测设备通常分为硬件和软件两大块。硬件部分完成数据信号的采集、程控放大、滤波等功能。软件部分根据所建立的数学模型，应用FFT等分析方法，计算介损、局放、频率、电容、各次泄漏电流等物理量，存入数据库，作为分析故障可能性的判据。在线监测系统一般由传感器系统、信号采集系统、分析诊断系统组成。

①传感器系统：主要用于信号采样及传输，由各种传感器和信号传输电缆组成。传感器主要用于实现与一次运行设备的隔离，采集需要的传输信号传输给信号处理部分。

②信号采集系统：主要对采样信号进行处理并输入计算机，将传感器得到的模拟量转换为数字量进行传输，利用低通滤波、过零整形等数字滤波技术对采集到的信号进行滤波处理，消除输入信号中的直流成分和高频信号，抑制干扰，提取真实信号，并进行信号的还原。

③分析诊断系统：主要对采集到的信号进行分析、处理、诊断，得到所测电力设备绝缘的当前状况，根据电力设备绝缘监测的要求显示、储存所测量的各种数据、结果，必要时可打印出来，对超标准的设备提示报警，向上一级控制中心传输信息或接受命令(图1为在线监测的基本流程框图)。

2.2 在线监测系统的主要监测对象和参数

变电站高压电气设备绝缘在线监测系统主要监测对象有PT、CT、MOA、OY、CVT、TYD、变压器、电抗器等设备。其监测参数见表如下：

2.3 在线监测的一般功能

2.3.1 设备运营时，对避雷器的容性电流、阻性电流的变化情况进行监测，以全面了解系统内部受潮、绝缘老化状况。

2.3.2 测量CVT、套管、电流互感器、耦合电容器等容性设备的介质损耗值、泄漏电流，对其内部受潮、绝缘老化等状况有大致的了解。

2.3.3 对充油设备绝缘油内部可燃性气体变的变化趋势进行监测，目的是了解设备内部是否存在放电、过热等问题。

2.3.4 检测阻抗的稳定性能，避免强电磁场对其产生的干扰。

2.3.5 通过专家分析系统，针对设备的绝缘性能进行智能判断。

2.3.6 远程传输经过系统处理后的数据，达到资源共享的目的。

3 在线绝缘监测设备要点分析

3.1 避雷器

变电站近期采用的大部分氧化锌避雷器不再预留串联间隙。MOA运营过程中，阀片处常有部分泄漏电流经过，导致其快速老化。MOA阀片的劣化现象主要是老化及受潮。泄露电流中容性电流往往是主要成分，阻性电流大致在10％-20％之间。而阻性分量主要包括：瓷套内表面和外表面的沿面泄漏，阀片自身产生的非线性电阻分量、阀片沿面泄漏以及绝缘支撑件的泄漏等。避雷器一旦发生故障，会增加阻性电流，使其成为全电流中的主要成分，也会导致全电流增大。事故原因分析：当阻性电流变大时，损耗也会随之加大，从而导致热击穿。所以，在设备运行时，必须实时监测避雷器的阻性电流和全电流，同时将监测数据与出厂数据和历史数据做对比，就能准确定位避雷器绝缘缺陷部位。对MOA泄漏全电流、阻性电流实施监测，可准确掌握MOA的绝缘情况。坚持对MOA的阻性电流定期监测，发现MOA的早期故障隐患，强化防范意识，有利于氧化锌避雷器的安全运行。

3.2 CVT、耦合电容器、电流互感器、套管等容性设备

我国目前在线监测套管、电流互感器、耦合电容器和CVT等容性设备的技术已日渐成熟，对电网故障也起到了一定的防范作用。监测项目包括：三相不平衡电流、电容量、泄露电流、介质损耗值等。对于高压容性设备而言，介质损耗角正切值的测量要求有较高的灵敏度，通过该项测试，能够发现电气设备绝缘的劣化、存在的局部缺陷、整体受潮等情况。在电容型设备缺陷中，绝缘受潮缺陷所占比例高达85．4％，这是因为电容型结构主要利用电容分布强制均压，充分运用了绝缘装置，当绝缘受潮时，一般会加大绝缘介质损耗，造成击穿。有的绝缘设备是电容式的，利用其自身的介电作用进行检测，能够准确定位那些处于发展的起始阶段、尚不具备破坏作用的缺陷。经研究发现，在缺陷的早期发展阶段，介质损耗正切值变化以及电流增加率的检测结果基本形同，两者的灵敏度都比较高；当缺陷发展到后期阶段，电容变化与电流增加现象的检测结果相同，更容易掌握缺陷的发展趋势。

3.3 变压器

一般情况下，通过下列几个电气特征量反映变压器的绝缘情况：设备电容值、介质损耗值、泄露电流、局部放电量及其放电定位、油中溶解气体等。变压器的即时绝缘情况可利用在线局部放电量、在线氢气浓度来评定，在线局部放电定位信息为放电点的三维坐标，可准确定位发生故障的元件。变压器油中气体浓度的检测，主要是对H2、CH4、C2H6、CO、CO2浓度气体的检测。可通过气体浓度的测试数据来了解变压器的绝缘情况。若变压器绝缘情况异常，则要对气体的产气率进行跟踪监测，以准确定位变压器内部故障元件。如果变压器发生故障，我们还能通过气体浓度来了解故障性质。为了准确掌握故障元件及故障性质，可综合运用电气试验和气相色谱法来判断所发生的故障。

4 结语

绝缘在线监测与诊断技术近年来受到电力行业运营、科技部门的高度重视，应对其进行深入研究并开发应用。随着传感器技术、信号采集技术、数字分析技术与计算机技术的发展和应用，使在线监测技术将向着更加准确、及时、全面的方向发展，使电气设备的工作更加安全可靠。在线监测系统将成为电力系统最具潜力的技术之一，将以集中、高智能化、高精度为发展方向，实现电力系统管理的综合自动化。

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