高压电气设备绝缘状况的在线监测

摘要：随着我国各项事业的不断发展，电力在发挥着举足轻重的作用，高压电气设备绝缘状况的检测显得尤为重要。电网容量的快速发展对高压电气设备的绝缘监测提出了更高要求，本文介绍了高压电气设备绝缘在线监测系统的监测方法、主要绝缘信号采集处理以及监测系统功能，对变电站中主要设备，如避雷器、电容型设备、变压器、GIS等的监测要点进行了分析，这对电力企业提高设备的运行可靠性，减小设备的运行维护成本，延长设备绝缘寿命有其参照意义。

关键词：高压电气设备绝缘在线监测

中图分类号：F470.6 文献标识码：A

高压电气设备在电网中具有举足轻重的地位，其运行状况是否良好，直接关系到电力系统是否安全可靠，一旦其绝缘部分出现缺陷或劣化，就会导致影响设备和电网安全运行的绝缘故障或事故。且运行经验表明，绝缘故障在电力系统故障中所占的比例较大。因此，高压电气设备的绝缘状态水平决定了系统能否安全稳定运行，对其进行准确的监测也就成为防止事故发生的重点。对电气设备进行监测的传统做法是定期停电进行预防性试验和检修，以便及时获取设备的绝缘状态信息，防止绝缘事故发生。

但是，随着电网的快速发展，高压电气设备数量越来越多，这就对其绝缘监测提出了更高的要求。而且高压电气设备的绝缘劣化是一个累积和发展的过程，传统的监测方法难以发现其潜在的缺陷，故不能满足电网安全高可靠性的要求。因此，实现高压电气设备绝缘在线、动态、实时的监测，达到由现象判断本质、由局部推测整体以及由当前预测未来的目的，从本质上弥补仅靠定期停电预防性试验的不足，将成为现代电力系统设备绝缘监测的重要手段。

一、开展高压电气设备绝缘在线监测技术的意义

目前,我国的电力系统对高压电气设备的维护一直使用预防性试验检修维护体制,即周期预防性试验。这种周期的试验检修存在着以下的几个问题:

(1)设备必须周期计划的停电试验。一方面:在经济高速发展的今天,停电会降低供电企业的供电可靠性, 对社会会造成负面的影响,也对用电的企业造成一定的经济损失。另一方面:停电会降低设备的运行效率,造成对资源的浪费。

(2)性高压试验所需的一些设备、仪器较贵,专业技术人员的缺乏,而停电试验的手续繁琐,工作量大,工作时间长,这都会造成资源的浪费和不合理的分配。

(3)设备定期试验的盲目性。由于预防性试验周期的制定比较的保守,而如果定期的周期检修试验,这会出现过多的不必要的停电检修,而且有些设备会出现因拆卸、组装过多而出现损坏。

(4)预防性试验规程的非破坏性试验的项目中,一般的试验电压加的交流电压都不超过10KV,这比目前电网中35-75KV 的运行电压要低的多, 这种的试验性质难以全面的、真实的反映设备存在的潜伏性的故障,而这些潜伏性的故障在高电压的持续运行中会不短的发展下去,从而可能会在预防性的试验周期内出现重大的电力事故。

因此,这种的预防性试验体制在很大的程度上制约电力技术的发展,特别是电压等级越高的设备,预防性试验的实际意义已大大的减弱,甚至失去了预防的内涵。到了 19 世纪 60年代国外的专家已经对高压设备的维修体制进行了新的探讨与研究,并提出了状态检修的新理念。可惜我国解放后的电力发展的较慢,只是到了 80 年代才得到较快的发展。但状态检修的新理念还没有真正的运用到电力系统的生产实践中去,只是在近几年来这种新理念才在实际的工作中得到广泛的运用。而所谓的状态检修的技术支撑那就是在线监测。对于绝缘在线监测那就是在运行的状态下结合传感技术、计算机技术、电子技术、信号处理以及网络技术等对设备的绝缘状况进行在线化的实时监测,而且在监测的过程中不改变系统的运行方式, 能保证测量的准确性。因此,大力的开展绝缘在线监测技术具有特别重要的现实意义,是电力系统技术管理发展的必然趋势。

二、传统的预防性试验存在的缺点

（1） 试验时需要停电，造成少送电和少发电。特殊情况下，由于设备不能停电造成漏试而形成安全隐患。

（2） 测试程序复杂 、工作量大、时间集中。而且易受人为因素影响。

（3） 试验周期长，不能及时发现 、诊断出一些发展较快的缺陷。

（4） 试验电压低，可能远远低于设备实际的工作电压，而且由于试验期间断电，不能真实地反映设备在运行状态下的电场、磁场、温度和环境等影响，因而诊断的结果未必符合实际运行状态。

三、高压电气设备在线绝缘监测系统的应用

所谓电力设备在线监测就是利用传感器技术、计算机技术、电子技术、信号处理以及网络技术等，对正在运行的电气设备绝缘状况进行信号采集，并对其传输数据进行逻辑判断分析，实时地对电力设备运行状态进行监测和诊断。

与传统的定期停电预防性试验相比，在线监测可大大提高电气设备测试的真实性和灵敏度，在设备的运行状态下进行直接测试，不必安排停电预试，可及时发现设备的绝缘缺陷，连续掌握设备绝缘变化趋势等。同时，在线监测还可以根据设备绝缘在线监测结果选择不同的试验周期，提高试验的有效性。因此，开展在线监测技术应用，对提高设备绝缘参数采集的真实性与可靠性具有重要的现实意义。

1、发电机的绝缘在线监测

绝缘是发电机发生事故概率最高的部分。其中电气方面占主要因素，国内外均把绝缘作为发电机在线监测的主要项目。现在广泛采用局部放电来监测发电机绝缘状况。

2、 变压器的绝缘在线监测

变压器的绝缘在线监测主要以绝缘油中分解气体含量和以及局部放电量来评估其绝缘状态。需要检测的气体包括 H2、C2H2、CO、CH4、C2H6等，通过这些气体的含量能够判断变压器的内部故障。变压器有机绝缘逐渐老化并最终击穿的主要原因是局部放电，所以局部放电量的监测也是变压器绝缘监测的重点，目前，可以通过脉冲电流法和超声波探测法来监测局部放电情况。

3、 电容型高压电气设备的绝缘在线监测研究和大量试验证明，监测交流泄漏电流对容性设备的整体受潮程度反映灵敏，而介质损耗角正切值（tgδ）值对检测局部劣化以及局部缺陷反映灵敏。所以电容型高压电气设备（电流互感器、电容式电压互感器、耦合电容器、变压器套管）主要监测其交流泄漏电流、等值电容、介质损耗角正切值等。

4、 氧化锌避雷器的绝缘在线监测

受潮和老化是氧化锌避雷器阀片劣化的主要起因，而避雷器运行期间通过阀片的泄露电流是加速阀片老化的主要因素，所以对避雷器泄露电流进行监测并与历史数据进行比照分析，即能发现其绝缘缺陷。

5、 GIS 的绝缘在线监测

GIS 的绝缘在线监测包括化学、电和机械等方法。化学方法采用SF6分解产物的气体分析来检测局部放电和局部过热；电的方法采用外电极、内电极和磁耦合方法测量 GIS 护套电势来检测局部放电；机械方法采用一个高灵敏性的压电加速传感器和超声波传感器来检测在局部放电或绝缘故障时产生的机械振动和弹性波。

四、在线监测功能要点分析

高压电气设备绝缘在线监测系统主要选择了铁芯、变压器、套管、电容式电压互感器、电流互感器、氧化锌避雷器、高压开关柜和GIS 等主要被测设备。其既能对带电设备的绝缘特性参数实时测量，又能对获取数据进行分析处理，一般具有以下功能：

（1）铁芯监测其泄漏电流，同时监测和记录现场温度、湿度及瓷裙表面污秽电流等环境参数，掌握影响其缺陷的内外部因素；

（2）变压器类充油设备测量绝缘油的内部可燃性气体变化情况，掌握设备内部有无过热放电等缺陷情况；

（3）电流互感器、变压器套管、电容式电压互感器等容性设备测量其泄漏电流和介质损耗角正切值，掌握其内部的受潮和绝缘老化及损坏缺陷；

（4）避雷器主要测量在运行中的泄漏全电流、容性电流及阻性电流变化情况，掌握其内部的绝缘受潮以及阀片的老化情况；

（5）高压开关柜监测泄漏电流、介质损耗角正切值等，从而获取有关绝缘信号的波形，掌握其内部绝缘部分的缺陷或劣化、导电连接部分的接触不良等相关绝缘状况。

但由于绝缘在线监测系统工作的实时性，被监测电气设备通常均带有高压，或者被监测电气设备和取样装置、传输系统等都处于较强的电磁干扰中，而被测信号相对较弱，因此，测量容易受周围其他带电设备或接地体的影响。所以，对整套在线监测系统来说，要保证其测量准确、性能稳定，就必须达到以下性能：

（1）监测不受变电站强电磁干扰的影响，在系统操作过电压、雷电过电压作用下具有自保护性，不发生性能变化和软件损坏现象；

（2）检测信号传输好，不发生失真且对其附近其他信号无影响，同时也不受其他信号的干扰；

（3）具有专家分析功能，能够智能化判断设备内部的绝缘状态；

（4）系统分析数据能够远程传输，实现数据共享。

结语

高压电气设备绝缘在线检测技术能够及时发现和检测出设备内部绝缘状态的变化，对设备绝缘故障及时处理，保证电网的安全运行。他是一门综合性的科学技术，它集高电压技术、计算机技术、通讯技术、测试技术为一体。传感器技术、数字信号传输技术、状态诊断方法是它的关键。相信在不久的将来，会出现性能优良的在线监测系统，从而为电力系统的安全运行发挥重要作用。

【参考文献】

[1] 赵智大.高电压技术（第二版）[M].中国电力出版社，2006.08.

[2] 严璋.电气绝缘在线技术[M].北京；中国电力出版社，2002.