变电所设备在线监测技术

[摘 要]所谓电力设备在线监测，就是利用传感、电子、计算机等技术，通过对运行中高压设备的信号采集和传输、数据处理、逻辑判断，来实现对电力设备运行状态的带电测试或不间断的实时监测和诊断。绝缘的劣化、缺陷的发展虽然具有统计性，发展的速度也有快慢，但大多具有一定的发展期和各种前期征兆，表现为设备的电气、物理、化学等特性有少量渐进的变化。及时取得各种即使是很微弱的信息进行处理和综合分析后，根据其数值的大小及变化趋势，可对设备的可靠性随时作出判断。

电流互感器、电压互感器、避雷器和耦合电容器被称做变电所的小四器。电流互感器（TA）、耦合电容器（OY）和电容式电压互感器（CTV）设备为电容型设备，所以将小四器在线监测分成电容型设备和金属氧化物避雷器两部分进行阐述。

[关键词]变电所；在线；监测设备

中图分类号：TM61 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）11-0275-01

1 电容型设备在线监测

1.1 原理概述

交流电压作用下电容型设备的绝缘特性如图1所示。流过介质的电流I由电容电流分量IC 和有功电流分量IR组成，通常IC、IR介质的损耗按不同机理可分为漏电损耗和介质损耗两种基本形式。介质损耗角正切值（tgδ）即介质损耗因数，是反映绝缘介质损耗程度的特征量。tgδ仅取决于材料的特性而与材料尺寸和形状无关，所以tg；作榉从成璞妇缘状况的参数是非常合适的。此外，流过介质的电流I及介质电容量C也是反映设备绝缘状况的重要特征参数，因此综合监测tgδ、I和C可以全面地了解设备的绝缘状况。

1.2 tgδ的测量方法

传统的测量方法主要有以下几种：电桥法、瓦特表法、谐振回路法等，随着微电子技术和计算机技术的广泛应用，介损测量技术有了很大的提高。

数字式自动平衡电桥。自动平衡电桥采用零值比较法原理，但它采用了计算机控制和处理，与西林电桥相比具有复现性好，稳定性高，测量速度快的特点，不过，其硬件复杂，工艺要求高，价格昂贵。

实部和虚部分离测量法。这种方法也叫同步分离法，它源于电流-电压法测量元件阻抗的原理，通过矢量运算实现，运用了微处理机来测量。可以在有干扰的情况下测量，能抵消干扰影响。但本法用运算放大器实现矢量比例运算，故有相位漂移、寄生导纳以及电源稳定度的影响，随测量精度提高成本也相应提高。

过零时间差法介损在线测量。过零时间差法是在时域中通过脉冲计数来测量正弦电流、电压由负变正过零点的时差，再换算为电流超前电压的相位差，进而得到介损tg；的一种方法。该方法采用了单片机来测量过零点时差及正弦信号周期，可简化电路，准确度较高，可通过获得多组数据，取平均值以减小分散性。还可采用消除回路误差等措施以提高测量tg；的准确度。但该法对电子电路的性能要求较高。

数字采样波形分析系统（即谐波分析法）。数字采样波形分析系统是一种波形采集、存储和分析的智能化系统，有测量、计算、分析、诊断功能。该系统采用数字化采样电压、电流信号，并进行快速傅里叶变换（FFT），求出信号基波分量的幅值和相位，最后得到介损tg；值和试品电容值。该系统具有测试灵活，抗干扰能力强，可连续测试，硬件电路简单等特点，非常适于在线监测。利用获得的信号，可方便地实现对数据分析方法的改进，以得到所需的信息，还可使绝缘监测和绝缘诊断结合起来，为引进和开发以绝缘诊断为核心的专家系统开辟了广阔的道路。

2 金属氧化物避雷器（MOA）的在线监测

原理概述：MOA泄漏电流是表征MOA运行状况的主要指标，泄漏电流包括瓷套、绝缘物和阀片泄漏三部分。一般而言，阀片泄漏电流不会发生突变，因此，在天气好的条件下，测得的MOA的阻性电流一般都可以视为流过MOA阀片柱的阻性电流。

从等效电路可知，流过MOA的总泄漏电流Ix可分为阻性电流Ir和容性电流Ic两部分，导致阀片发热的是阻性分量产生了有功损耗。在标准正弦电压作用下，因为Rx的非线性使得流过MOA的阻性电流不仅含有基波，而且含有高次谐波，而容性电流分量只有基波，因此，阻性电流的谐波量就是总泄漏电流的谐波量，同时只有阻性电流的基波才能产生功率损耗。由此可见，表征MOA运行工况的特征量主要有阻性电流，阻性电流基波，功率损耗和总泄漏电流。

3 小四器在线监测的主要实施形式

3.1 便携式在线监测结构形式

这种在线监测系统是将各种传感器安装于所检测设备上，而将A/D 转换，CPU及电路等集中于相应的便携仪器中，用来对所采集的参量计算、分析以判断设备状态。这种方式投资少、配置方便灵活，但缺少强大的数据处理和软件分析功能，也难以实现实时检测、远程检测和集中管理。

3.2 集中式在线监测结构形式

这种结构形式主要由信号采集部分、信号传输部分、A/D 转换及数据处理部分和专家诊断系统组成。在被测设备上装设各种传感器（电流、电压、温度、湿度等），集中采集不同的模拟量，通过屏蔽电缆将微弱模拟信号导入多路选择开关，通过选择开关将信号传入数字波形装置进行模数转换，然后由主机进行信号处理。集中式在线监视系统检测设备多、项目广，但是存在模拟信号在长距离传输后易导致失真的问题。

3.3 分层（ 级） 分布多CPU结构形式

为了解决模拟信号在长距离传输后所导致的失真问题， 现在倾向于将微弱的模拟信号就地进行。

A/D 转换，采用现场总线技术， 由主机进行循环检测及处理。分层（级） 分布多CPU 结构采用模块化结构和现场总线技术，它由安装在变电所内的数据采集及处理系统和安装在主控室内的数据分析和诊断系统， 再通过通信网络，把若干个变电所的监测数据汇集到位于供电企业相关管理部门的数据管理诊断系统，实现对多个变电所内的电气设备状态的实时在线监测。分层（级） 分布多CPU 结构的每一层完成不同的功能，每一层由不同的设备或系统组成。 一般来说， 整个系统分为4 层：本地模块层、通信模块层、主控模块层、局管模块层。这种在线监测系统可用于无人值班变电所。

4 在线监测技术的发展趋势

在线监测系统是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。概括地说，在线监测的发展包括两个方面：硬件技术和软件技术。硬件技术的发展与传感器技术、电子技术、光纤技术的发展密切相关，这些领域的每一项突破性成就都有可能给在线监测技术带来深刻的影响。软件技术并不只涉足漂亮的界面、大量数据的保存管理等等，更重要的是求解复杂数学模型的方法。

参考文献

[1] 王楠，等.电容型设备绝缘在线监测与诊断技术综述[J].电网技术， 2003，27（8）：72-76.