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1、变电站绝缘在线监测技术的讨论与应用2021-12-11 11:55:00网络转载供稿摘要： 介绍了 HVM2000变电站高压设备状态监测系统的结构、工作原理和主要特点，在对大量在线监测数据进行较深化讨论的基础上，分析了一些影响高 压设备在线监测的因素，最终指出依靠状态监测技术实现状态修理是可行的； 关键词： 绝缘；在线监测；介质损耗因数；阻性电流为确保电力设备安全、稳固地运行，追求更高的供电牢靠性和综合效益，电力企业已开头应用在线监 测技术，逐步推行以设备状态为基准的状态修理；对电力设备运行状态进行实时的在线监测，能准时发觉运行设备正在进展的 缺陷，防止突发性事故发生，提高设备运行水平和牢靠性
2、；为探究、积存状态 修理的体会，广东省广电集团有限公司佛山三水供电分公司在110kV芦苞变电站安装了 1 套由广州智光电气有限公司开发的 HVM2000 变电站高压设备状态监测系统，主要监测各种高压设备绝缘参数、断路器机械状态等； 1 变电站高压设备状态监测系统110kV芦苞变电站是半户内式变电站，除主变压器户外布置外，其它设备 均户内布置； 110kV配电装置采纳单母线分段的接线方式；平常运行方式为两段母线并列运行，两组电压互感器 TV ）均运行，一台主变压器运行，另一台主变压器备用； 1.1 监测对象及参数对于 HVM2000变电站高压设备状态监测系统的监测内容，在某些常规预防性试验工程在
3、线化的基础上仍引进了一些新的更能真实反映设备状态的特点量；对于变压器本体，监测油中溶解气体的体积分数、铁心和夹件的接地电 流；对于油纸电容型变压器套管和电流互感器，测量主绝缘介质损耗因数、电容和末屏泄漏电流；对于金属氧化物避雷器，测量泄漏电流及其容性和阻性重量；对于 SF6 断路器，监测开断电流、行程时间特性、分合闸电磁铁线圈电流、气体压力报警接点、电动机启动时间间隔和运转时间等；状态监测系统仍可对现场温度、湿度和瓷套表面污秽泄漏电流等环境参量进行监测和记录， 并作为设备运行工作状况的帮助评估；1.2 变电站高压设备状态监测系统简介如图 1 所示， HVM2000变电站高压设备状态监测系统由远
4、程诊断系统、 变电站通信治理系统 CMU ） 和就地智能化监测单元组成；各监测单元布置于现场设备处，就地完成设备状态数据的在线测量；站内通信治理机通过RS485 工业现场总线联系、掌握各监测单元，令各监测单元同步测量和上传实时数据，在通信治理机上仍可以多种形式显示实时、历史数据曲线，直观地对 比各参数曲线；通信治理机可依据变电站内网络及通信的详细情形挑选通过内 部局域网或调制解调器modem） 向远程诊断系统传送数据；诊断软件安装于供电部门高压专责工程师处，通过Web 远程下载各变电站实时、历史数据，并可接入供电部门MIS 系统，帮助高压专责工程师及有关领导对设备进行治理和健康水平的评估；远程
5、诊断系统使工程师无论何时何地都可通过网络实 时取得变电站运行中高压设备的绝缘参数；1 / 71.3 监测单元设计原理及特点监测单元就地采集所监测设备的电压、末屏电流等信号，并进行数据处理， 求得其振幅、相位等参数值，进而在上位机 即 CMU ）运算介质损耗角等电气参数；如图 2 所示，监测单元由高精度电流互感器、程控放大器、低通滤波器、A/D 转换器、数字信号处理器、通信接口等组成；监测单元的主要特点：a） 采纳数字信号处理技术作为硬件平台；b） 传感器采纳高磁导率铁心，可精确地测得小信号的振幅和相位，同时实行完备的屏蔽措施，使得干扰造成的影响大为降低； c）前向放大部分采纳零点漂移孝精度高的
6、运算放大器以及精密的电阻，保证模拟放大通道的稳固性好；d） RS-485接口为光隔离全浮空 485 接口，安全牢靠；e） A/D 转换器为 14 位，精度高，运算速度快，满意傅立叶运算的要求；1.4 监测系统的选型在挑选、实施状态监测系统时主要基于以下几点考虑：a ）监测设备的安装不能对变电站设备的运行方式 特殊是设备部件的接地方式）产生影响；b ）选用分层分布式系统，要求电气参数就地采集，防止因远距离传输微安、毫安级小电流模拟信号而引入大量电磁干扰，埋没原始信号；c ）施工安装简便，可保护性好；d ）对状态数据的就地测量要求精确、稳固；HVM2000变电站高压设备状态监测系统采纳一匝穿心式传
7、感器，与高压设备没有直接的电气连接，可确保对主设备的运行不产生任何影响；该系统仅需 敷设 1 根 RS-485通信总线和电源线，电缆敷设量小，各就地单元独立，牢靠6 / 7性高；2 在线监测的精确性、稳固性分析从 HVM2000变电站高压设备状态监测系统在芦苞变电站的长期运行情形看，在线监测的数据精确、稳固，能客观反映高压设备的健康水平；2.1 油纸电容绝缘型设备的电容监测图 3 为芦苞变电站 2 号主变压器套管三相电容在 5 天内的实时数据，以 U 相套管为例，此期间最大值为 296.0pF, 最小值为 294.9pF ，平均值为 295.1 pF ，电容波动范畴 0.2% ，与预防性试验值
8、 293.9pF 相差 0.4% ；在线数据说明油纸电容绝缘型设备的电容测量数据精确、稳固；2.2 介质损耗因数的监测如图 4 所示，以芦苞变电站 1 号主变压器套管的介质损耗因数为例， U 相最大值为 0.658%，最小值为 0.597%，平均值为 0.633%； V 相最大值为 0.354% ，最小值为 0.253%，平均值为 0.282%； W 相最大值为 0.154%，最小值为 0.100%，平均值为 0.121%；数据说明在线测量介质损耗因数数据稳固；2.3 避雷器泄漏电流的监测避雷器的泄漏电流及其阻性和容性重量均应随电压波动，从图5 可见， HV M2000变电站高压设备状态监测系
9、统实际所测波形符合这一规律；在线数据仍说明各相避雷器阻性电流和容性电流之比特别稳固，对于该比值，相对湿度 为 65% 72% 时， 1 号避雷器 U 相为 11.2%， V 相为 9.4% ， W 相为 8. 7% ；2 号避雷器 U 相为 11.6%， V 相为 9.8% ， W 相为 10.2%；2.4 断路器行程时间特性的监测断路器合闸线圈电流波形蕴涵着多种时间信息，而行程传感器的数据就可直接反映断路器行程时间特性，进而可运算得到刚分、刚合速度等机械行程参数；如图 6 所示，从各开关多次分、合操作数据来看，各时间量比较稳固；2.5 瓷套表面污秽泄漏电流的监测现场监测瓷套表面污秽泄漏电流为
10、22.00 30.60 A，图 7 清晰地反映了湿度对瓷套表面污秽泄漏电流的影响；另外，用 HVM2000变电站高压设备状态监测系统现场监测变压器铁心和 夹件的接地电流，均稳固在毫安级，没有多点接地现象；用该系统监测变压器 油中溶解的氢气、一氧化碳、乙炔和乙烯4 种气体的综合数值，监测结果说明其体积分数始终较稳固，其中 1 号变压器为 7.0 10-5 8.2 10-5 ，2 号变压器为 5.6 10-5 6.0 10-5 ，说明芦苞变电站的变压器绝缘水平较好；从 HVM2000变电站高压设备状态监测系统长期的监测数据情形看，芦苞变电站被监测设备绝缘水平良好，状态稳固，与预防性试验和带电测试所
11、得数据、结论一样3 在线监测的影响因素3 1TV 角差对介质损耗因数在线监测值的影响因芦苞变电站两段 110kV母线并列运行，两组TV 均挂网运行，故测量 TV 的一次电压都是同一电压；变电站高压设备状态监测系统正常工作时，以1 号主变压器套管末屏泄漏电流与 1 号 TV 二次电压的相位差来运算 1 号主变压器套管介质损耗因数，以2 号主变压器套管末屏泄漏电流与2 号 TV 二次电压的相位差来运算 2 号主变压器套管介质损耗因数；如改为以1 号主变压器套管末屏泄漏电流与 2 号 TV 二次电压的相位差来运算 1 号主变压器套管介质损耗因数，就如图 8 所示， 1 号主变压器套管的三相介质损耗因
12、数均有不同程度的下降；如改为以 2 号主变压器套管末屏泄漏电流与1 号 TV 二次电压的相位差来运算 2 号主变压器套管介质损耗因数，就2 号主变压器套管的三相介质损耗因数均有不同程度的上升 数据见表 1 ）；对此现象的分析如图 9 所示，得 1= + TV，1 2= + TV2.试验说明 1 号 TV 二次电压同 2 号 TV 二次电压之间存在着不同的角差， 1 号 TV 的肯定角差与 2 号 TV 的肯定角差相比， U 相大 3，V 相大 2 4，W相大 4；可见 TV 肯定角差对介质损耗因数的肯定值会产生较大影响；HVM2000变电站高压设备状态监测系统是以相对分析法 接于同一 TV 的
13、同相设备间介质损耗因数的相对量的变化分析）和趋势分析法 一段时间内监测数据在整体上出现出的连续的趋势分析）来进行绝缘诊断的，这样可以排除TV 角差对绝缘状态分析的影响；从 HVM2000变电站高压设备状态监测系统长期监测芦苞变电站介质损耗 因数的数据来看，介质损耗因数始终很稳固，TV 的角差变化不大，对绝缘诊断不会造成影响；3.2 环境湿度对阻性电流监测结果的影响虽然金属氧化物避雷器阻性电流会随系统电压变化，但从测量结果可明显看出环境湿度变化对阻性电流有较大影响；环境湿度对监测数据的影响，主要是通过瓷套表面的泄漏电流产生的；由于避雷器的泄漏电流包含了瓷套外表面的泄漏电流，当瓷套表面污秽且环境潮
14、湿时，瓷套表面流过的阻性电流增加，导致阻性电流监测结果明显偏大；芦苞变电站瓷套表面较清洁，在湿度由53% 变为 80% 时，瓷套泄漏电流由 22.00 A 增加到 30.60 A，此电流变化反映到避雷器阻性和容性电流之比变化为2% 左右，与现场实测数据所运算出的结果相符；4 结论从长期运行积存的数据来看， HVM2000变电站高压设备状态监测系统在线测量的数据精确、稳固、牢靠，系统抗干扰性才能也通过了现场的考查；应用 这套系统可以实时把握变电站高压设备的绝缘状态和健康水平，分析设备状态进展趋势，这对提高设备的运行保护水平，准时发觉事故隐患，削减停电事故有着积极的意义；随着在线监测技术的大量应用和状态检修体会的不断积存， 以在线监测为依据的状态修理将逐步取代以预防性试验为依据的定期修理；参考文献1 DL/T5961996 ，电力设备预防性试验规程 S.2 史保壮，杨莉，冯德开，等 . 智能技术在绝缘在线诊断系统中的应用 J .高压电器， 2001 ，371 ）： 32 34.3 严璋. 电气绝缘在线检测技术 M. 北京：水利电力出版社， 19957 / 7