论变电设备在线监测技术及故障

【摘要】1.2变压器在线监测 （1）局部放电监测与定位。由于变压器油、纸绝缘中含有气隙或内部场强不均匀及导体中含有尖角、毛刺等，使局部电场过于集中，造成介质击穿，出现局部放电（PD）...

【摘要】变电设备的正常运行关系着电力系统供电的持续和稳定。提高变电设备状态检修技术水平，提高变电设备的安全可靠性，是供电企业工作的重要组成部分。文章从当前电力系统状态检修的发展现状对变压器、断路器、避雷器等变电设备的监测技术和故障检修进行简要的分析。

【关键词】变电；故障诊断；监测

1电气设备的在线监测

1.1冷却器运行监测

冷却系统最频繁的故障模式就是泵和风扇的故障。连续在线分析泵和风扇的状况，以决定它们是否在设定的状态或关闭状态。这可以通过测量流过泵和风扇的电流及测量与其相关的控制冷却系统的温度来实现；也可以通过测量泵和风扇的电流和上层油温来实现。受当前客观条件局限只能采取离线测量。

1.2变压器在线监测

（1）局部放电监测与定位。由于变压器油、纸绝缘中含有气隙或内部场强不均匀及导体中含有尖角、毛刺等，使局部电场过于集中，造成介质击穿，出现局部放电（PD）。PD水平及其增长速率的明显增加，能够指示变压器内部正在发生的变化。由于局部放电能够导致绝缘恶化乃至击穿，故值得进行PD参数的在线监测。

采用数字信号处理技术，用软件的方法消除干扰。

由于超声波在油及箱壁中传播的速度分别为140m/s及5500m/s，远低于电信号的传播速度，因此利用变压器套管末屏和铁心接地端的传感器TA采集信号，经滤波、放大、处理和A/D模数转换送至计算机，同时触发示波器或记录仪，记录超声传感器CS所接收的超声波信号，然后根据记录经超声传感器所接收的超声信号与电信号的时差大小，推算变压器局部放电的位置。

进行变压器内部局放的在线监测，对于反映其潜伏性缺陷比较灵敏，并可对故障进行定位，如果能进一步提高检测灵敏度和准确度将有广阔的应用前景。

（2）油中溶解气体在线色谱分析。其在线监测过程是将变压器本体油经循环管路循环并进入脱气装置，再由脱气装置进入分析仪，经数据处理打印出可燃气体等的谱图及含量值。根据分析得出其内部的故障类型。通过监测确定特征气体，油中溶解气体分析已被证明是比较有效的监测方法。安装油征气体传感器连续监测，可检测到早期的潜伏性故障征兆，有利于采取正确的检修措施。

已有的DGOA技术能够确定气体的类型、浓度、趋势及气体的产生速率。油中溶解气体的变化速率在决定故障发展严重性方面很有价值。但由于其透气膜的抗老化性、气敏传感器的稳定性、单一性和色谱柱的性能还不够强，检测灵敏度有待提高。

（3）铁芯多点接地监测。监测铁芯多点接地故障是利用铁芯引出线的接地电流，经取样后进行测量的。大型变压器铁芯通过外壳小套管引出变压器箱体接地。为消除铁芯产生悬浮电位造成对地放电，变压器铁芯要保持一点接地。

为防止铁芯硅钢片间的短路形成环流造成故障，不允许多点接地。正常情况下铁芯接地电流只有毫安级，但当铁芯发生两点以上接地故障时，该接地点的电流可增大为数安到数十安以上，严重时总烃成分明显增大，油中产生气体量的增加甚至造成气体继电器的动作。为了能及时发现铁芯多点接地故障，以便采取相应的措施，应对变压器铁芯接地电流进行监测。

1.3断路器在线监测

目前断路器的在线监测主要在以下几种：

（1）机械状态。

目前，断路器的机械状态在线监测主要有以下几个方面：

①操作运行特性的监测。随着科技的发展，现可记录开关的每一次分、合操作时的运行速度和时间，根据断路器行程时间特性，提取各种参数并加以分析，从监测中得出影响正常机械性能的原因。

②操作线圈电流的监测。分、合闸操作线圈是控制断路器动作的关键元件，应用霍尔元件电流传感器监测多种信息的分、合闸电流波形。分析每次操作监测到的波形变化，可以诊断出断路器机械故障的趋势。

③断路器触头磨损的监测。通过测量I2t的累积量来实现。电流取自电流互感器的二次侧，时间则由开关的辅助接点的动作时间决定。

④主操作杆上机械负载特性的监测。监测主操作杆上机械负载特性，可以提供开关刚分、刚合的时刻、触头接触压力，还可以反映连杆松动、断裂、卡死以及机械负载特性与机构输出特性之间的配合情况。

⑤振动信号的监测。机械振动包含着大量的设备状态信息。机座、外壳上的振动是内部多种受激的反应，这些受激包括机械操作、电动力或静电力作用、局部放电以及SF6气体中的微粒运动等。

通过适当的监测和信号处理可找到某些特定现象的状态信息，因此利用振动检测来诊断高压断路器机械系统状态已受到国内、外重视。

（2）绝缘在线监测技术，主要针对绝缘早期缺陷及发展过程的变化特征和极限故障参数的预报警及报警。根据绝缘参数变化的速度和趋势，提供对设备健康状态诊断的佐证。高压断路器的绝缘在线监测包括漏电流、局部放电、介质损耗等内容。

（3）对开关设备导电连接处进行温度监测，实现过热报警，是避免重大事故发生或控制故障恶化的有力手段。

①红外热像仪。在变电设备温度监测中，红外热像仪已被广泛的应用，对高压电气设备异发热的诊断十分有效。高压断路器可通过检测导电回路电阻是否正常，从而来判断开关触头是否良好。如果触头接触不良，其接触电阻要增加，热耗损功率必然增加，红外热像仪很容易就能测出。

②以电工功能材料为温度敏感元件的监测器。采用的电工功能材料是一种高分子PTC（正的电阻温度系数）热敏材料，其电阻率随温度成非线性变化。

1.4避雷器在线监测

10kV及以上电压等级变电设备基本上采用了无间隙金属氧化物避雷器（MoA），检测阻性电流可以发现MoA的老化和受潮，是MoA的有效在线监测手段。ZJ（F）-BJ型避雷器早期故障监测仪作为避雷器在线监测装置，除了具备监测避雷器持续电流及记录避雷器动作次数的功能外，监测器利用3Io值与阻性电流增量紧密相关的关系，能够及时监测到避雷器的早期故障，利用无线发信装置，通过接收机和变电站自动化通讯设备连接，向上位机系统发送避雷器运行异常信息报警，使检修人员及时获得故障信息。

2存在的问题

2.1设备电源

电源问题是制约产品性能的一个重要问题。由于输电线路设备基本处于野外环境，在线监测设备目前一般采用干电池或太阳能电池供电。干电池供电持续时间短，需要更换；而太阳能电池受天气影响比较大，持续的阴雨天气有可能使之缺乏一定的稳定性。

2.2通信方式

目前在线监测数据参数的传送基本采用的是GSM或CDMA网络，而此移动网络并不能保证对输电线路设备的全覆盖。

2.3传感器

在线监测是状态检修的前提，而在线监测能否满足实际的要求，主要取决于传感器抗电磁干扰能力。因此传感器技术是在线监测的关键，也是状态检修的关键。电力系统设备通常处于高电位、强磁场的环境下，在线监测仪工作时也受此影响。在线监测仪的灵敏度、精确度如何，关键在于其抗干扰能力。

3电气设备的故障诊断

电气设备的各种故障，都与其征兆之间的关系是千丝万缕、错综复杂的，一般都具有非线性及不确定性。这就需要总结各方面专家的经验，综合模糊数学，人工神经网络等技术判断关系，建立一个实用的基于神经网络的智能诊断系统，通过推理的方法来确定设备的状态。目前一些在线监测的后台故障诊断系统分析软件较为单一，不能综合分析所采集到的各种数据参数，在这方面还要开展更深入工作。

4结语

变电设备状态检修是电力系统技术发展的必然，而状态检修则必须以在线监测为基础。我们只有不断加强自身专业技术水平，不断的在实际工作中积累经验，提高变电设备运行的安全可靠性，提高供电企业的经济效益和社会效益。