输变电设备在线监测及带电检测技术

学术论文 2017-01-04 10:42:33
  在全世界范围内对于输变电设备在线监测及带电检测技术的研究已经持续了近40年。因为当前电气设备的种类和结构作用不尽相同,相应的检测手段和检测重点也就有所差异。就当前我国的检测水平来说,比较成熟的技术包括变压器、GIS及罐式断路器等设备局部放电监测、变压器油色谱分析、电容性设备电容量及介损带电测试、氧化锌避雷器泄漏电流监测、红外测温、紫外检测等。 
  1 变压器在线监测 
  变压器是整个电力系统中的核心部分,所以变压器的稳定运行是对整个系统功能发挥、实现经济效益的重要前提。对于变压器在线监测主要是针对以下几个指标:变压油中气体的成分和含量、局部放电强度和位置的确定、绕组发生的形状改变、铁芯接地电流监测及振动频谱。 
  1.1 变压油中气体的成分和含量的检测 
  对于变压器当中变压油内溶解的气体成分和含量的检测,能够很好的反应出变压器的潜在隐患,尤其是对过热性、电弧性和绝缘破坏性的问题提供很好的依据。 
  当前对于变压油中气体的成分和含量的检测技术仪器中较为成熟的是美国Serveron公司研制的T8检测仪,该仪器既能够对溶解在变压油中的各类气体进行检测,同时对油中的水分和温度加以检测,获得到的数据经过分析便可以对系统的故障进行判断。在我国国内,由宁波制造出来的MGA2000变压器色谱在线监测系统也已经投入到了1 000 kV荆门变、750 kV输变电示范工程当中;由河南研制出来的3000型在线监测色谱仪,已经能够将变压油中所有的组成成分进行精确分析。 
  1.2 局部放电强度和位置监测 
  局部放电是一种常见的变压器故障。在我国高压变压器发生的故障当中,一半以上都是由于产生了绕线间的短路,这都是由局部放电引起的。由于变压器的内部构造和绝缘部件比较复杂,如果最初的设计方案存在纰漏,就会使变压器内部出现局域性的高场强,在硬件加工过程中也同样会带入气泡,变压油发生裂解、变压器内部的震动和趋于高温都会形成气泡,最终造成局部放电情况的出现,进而使绝缘部分受到损毁。 
  当前对于变压器局部放电的检测包括方法:脉冲电流法、射频检测法、放电能量检测法、声测法、超高频法。几种方法当中射频检测法和超高频法具有较好的检测稳定性和准确度,同时不受外界环境因素的干扰,同时随着对信号数据采集技术的发展,这两种检测手段也收受到了越来越广泛的应用。 
  1.3 对绕组形变的监测 
  在变压器当中由于绕组形变引起的故障也非常多,因此电力部门对于这一项目的检测也逐渐重视起来。我国对于绕组形变检测的最常用两种方法包括频率响应分析法和低压脉冲法。 
  将待测量范围频段区分开能够很大程度的提升FRA诊断准确率,特征参数选定为所有波段内的标准差。LVI要比FRA对非实验绕组形变带来的影响程度小,同时出现故障时也能较为容易的找到故障点所在位置,但相同情况下两次间隔较长的试验结果出入会较大,即LVI的重复性较差。 
  在变压器中绕组的体积和所处位置会直接影响到其内部阻抗及相应的电感分量,所以研究人员也越来越重视以在线监测电抗的手段来推断绕组的状态,这种方法相比于之前的方法有了更好的重复性和稳定性,但又因为只能通过一个参量来体现,绕组产生不明显形变时,从单一参量上不能显著的体现出来。 
  1.4 铁芯接地电流的监测 
  为了保证变压器稳定工作,为了避免铁芯上产生对地电压以及产生热量造成的故障,就必须使铁芯接地。而铁芯接地电流是用来体现变压器内铁芯发生故障的表征量,对于铁芯接地电流一般采用穿心电流传感器进行数据的测量 
  1.5 变压器振动频谱在线监测 
  变压器的振动变化能够间接体现出其内部一些部件的物理性故障。在上个世纪的八十年代,一些发达国家就开始通过对油箱振动的监测来确定未工作状态下变压器绕组以及铁芯的状态,通过试验可以得出,绕组和铁芯存在物理学故障的变压器发生的振动和不存在故障的振动有很大的区别。 
  国际上对于变压器振动频的监测方面的研究已经进行了20多年,目前我国国内也只有为数不多的几家高校和科研机构从事该项技术的研究 
  2 电容型设备在线监测技术 
  电容型设备主要包括电力电容器、电容式套管、高压电流互感器、高压电压互感器及电容式电压互感器等。一所变电站里的设备有近一半都属于电容性,这些设备的绝缘工作也直接影响全站工作的稳定运行。对于电容性设备的监测也在全部监测设备工作当中占有很大比重,当前对于电容设备监测主要从泄漏电流、电容量和介质损耗三个方面。 
  2.1 泄漏电流和电容量的测量 
  对于泄漏电流通常是在末屏上获得,因为会受到较强电场的影响,所以对于传感器的抗干扰性和工作的稳定性都有很高的要求,通常选用性质较为稳定的坡莫合金,利用金属外壳和多路线缆来屏蔽掉环境中的磁场干扰。如今更多的时候是直接将采集到的信号加以处理,泄漏电流和采集的母线电压换算而得最终的电容量。 
  2.2 介质损耗的测量 
  设备当中的绝缘部分因潮湿产生的变质,能够利用介质损耗的测量体现出来。对于这方面的研究已经进行了较长的时间,最早的监测方式是利用介损电桥原理,利用高压标准电容C和R3等实地测试,这种方式比较容易因电场的干扰而产生较大的误差;后来又利用到单片机进行测量,但又被证明该方法也会因网谐波和元件零漂影响造成测量的不稳定性。目前对介质损耗测量较为常用的方法是谐波分析法,是利用比较电压和电流的基波相位变化来得到介质损耗的量。
  3 金属氧化物避雷器在线监测技术 
  金属氧化物避雷器电阻片会因为所处环境的影响发生老化和失效,因为存在着导致变电站母线短路的潜在隐患,所以这一部分的监测工作也十分重要,通常我们有如下的几种方法:总泄漏电流法、阻性电流三次谐波法、基波法和常规补偿法等。其中补偿法测量阻性泄漏电流是目前较为常用的方法。   4 断路器和GIS设备在线监测技术 
  断路器和GIS设备是系统的闸门,其性能的优劣会直接关系到整个系统的运行安全。这部分监测工作的内容要根据断路器的种类而确定,其中相对主要的几项测量项目为:机械动作特性、灭弧室电寿命和SF气体监测等。 
  4.1 机械动作特性监测 
  对于机械动作特性的监测要利用到不同种类的传感器,对于连杆和触头部分振动的监测要利用到加速度传感器;对于电流波形的监测要利用到电流传感器;对于断路器工作中的行程监测要利用到位移传感器。 
  4.2 灭弧室电寿命监测 
  灭弧室电寿命的监测通过电流接通和断开的积累,来推测灭弧室烧蚀程度。 
  4.3 SF6断路器和GIS设备SF6气体监测 
  对于SF6气体的监测是利用压力和湿度传感器来对泄露气体的数量和湿度进行监测。 
  4.4 GIS设备振动及局部放电监测 
  对于GIS设备振动监测要利用到超声波传感器,对局部放电监测利用到电磁传感器,能够很及时的发现其中产生的局部放电。 
  5 交联聚乙烯电缆在线监测技术 
  对于交联聚乙烯电缆在线监测技术国际上比较先进的日本,我国在这方面还处在一个以日本技术为核心的参照进行阶段,国内多数的监测还是直接利用日本的技术和设备才能实现,几种主要方法包括直流法、局部放电法、介损法、低频成份法等。 
  6 输电线路在线监测技术 
  对书店线路的监测主要在于线路和所处的工作环境相适应的能力上,主要的监测项目包括雷电定位系统、微气象监测系统、输电线路覆冰在线监测、微风振动监测、导线舞动监测、风偏在线监测、导线温度监测、绝缘子污秽度监测及杆塔倾斜监测等。 
  7 总结 
  结合目前输变电设备在线监测及带电检测技术现有状态和未来趋势,总结起来说,就是监测工作以绝缘状态量为作为重点和出发点,向机械量和化学量的监测上转变和发展。除此之外,在线监测技术的发展还有另外一个趋向,就是以网络作为媒介,将不同种类的动态监测量和非动态检测量结合起来,进而更加全面和准确的分析设备的运行状态,并为之提供可靠的评价依据。 
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