变电设备在线监测装置应用情况调研及配置建议.doc

变电设备在线监测装置应用情况调研及配置建议谢齐家1 阮羚1 卢军2 (1.湖北省电力公司电力试验研究院 2.湖北省电力公司)摘要：近年来电力设备在线监测技术的快速发展，促进电力设备由定期试验向状态检修过渡的进程。本文通过调研，统计分析变压器、GIS/断路器等变电设备在线检测装置的安装、运行情况，总结了变电设备在线监测装置的应用情况，指出了目前尚存在的问题，提出了变电设备在线监测装置的配置建议。关键词：在线监测 油色谱 调研1. 引言为了确保电力系统的安全运行，最大限度地降低事故率，传统的定期检修已难以满足电力系统对可靠性的要求，以状态检修逐步代替定期检修已成为电力系统设备检修的必然趋势1-2。实现在线监测是实现状态检修的前提条件，同时也是建设坚强智能电网的重要内容。与预防性试验相比，在线监测技术采用先进的传感器以采集运行中设备运行的信息，信息量的处理和识别也依赖计算机网络，不仅可以把某些预试项目在线化，而且还可以引进一些新的更真实反映设备运行状态的特征量，从而实现对设备运行状态的综合诊断3-4，促进电力设备由定期试验向状态检修过渡的进程，推动智能电网的发展。近年来，电力设备在线监测技术发展很快，其应用已经在一定程度上提高了电气设备的可靠性，减小了设备发生事故损坏的风险。本文通过调研，统计和分析变压器、GIS/断路器等变电设备在线检测装置的安装、运行情况，总结了变电设备在线监测装置的应用情况，指出了目前尚存在的问题，提出了变电设备在线监测装置的配置建议。2. 变电设备在线监测装置2.1 变压器在线监测装置（1） 变压器油中溶解气体在线监测油浸电力变压器中主要绝缘材料是变压器油和绝缘纸。这两种材料在放电和热作用下，会分解产生各种气体。对油中溶解的气体进行气相色谱分析便可发现变压器内部的发热和放电性故障。据不完全统计，50%以上的变压器故障是通过油色谱异常发现的5。可见油中气体色谱分析对及时发现设备缺陷，提示故障性质，查找和消除缺陷起到关键性的作用，是目前广泛应用于变压器在线监测的一种手段，十分有效。（2） 套管绝缘在线监测变压器套管往往会由于各种原因而导致事故，如密封不良进水受潮、局部高温过热、局部放电等。据统计，19952005年全国110kV及以上变压器事故的11.3%为套管事故，500kV变压器事故中28.6%为套管事故7-11。变压器套管损坏不仅会造成变压器停电，而且往往引起套管爆炸，波及周围电力设备，增大酿成火灾的可能性6。对套管进行主绝缘和末屏对地介损在线监测，是及时发现套管绝缘问题、防止套管运行事故的有效手段之一。在线监测能灵敏、及时地反映出套管绝缘进水、进气受潮和电容屏放电烧伤等现象，而套管主绝缘对地介损测试，对于发现套管绝缘进水受潮尤为有效。（3） 局部放电在线监测局部放电检测是评估设备绝缘状态的重要有效手段，在离线的应用中，局放检测方法已获得十分有效的应用。但由于现场的干扰过大等原因，局部放电在线监测的应用受到了很大的限制。虽然多年来围绕局部放电在线监测的研究有很多，监测装置也层出不穷，但总体来讲，局部放电在线监测技术还不够成熟，应用范围也不广，需要更进一步的研究。（4） 铁芯接地电流在线监测根据有关资料统计，因铁芯问题造成的故障比例占变压器各类故障的第三位7-11。运行经验表明，在正常情况下铁芯接地电流为几个到几十个毫安；当铁芯多点接地时，铁芯间的不均匀电位就会在接地点之间形成环流，铁芯接地电流可能增加到几十安培甚至更高。因此监测铁芯接地电流能及早发现铁芯问题造成的故障。2.2 GIS/断路器在线监测装置（1） 机械特性在线监测GIS/断路器设备事故多数是由机械故障引起的，因此对其机械特性进行监测十分重要。2004年的统计数据显示，因操动机构及其传动系统机械故障导致的GIS/断路器设备拒动、误动故障分别占总拒动故障及总误动故障的65.6%和30%。机械特性在线监测主要监测分合闸线圈电流、分合闸线圈电压、断路器动触头行程、 断路器动触头速度、开断电流、断路器操作次数统计等，通过机械特性的在线监测能及时发现断路器设备操动机构的异常，有效避免事故的发生。（2） SF6气体及微水在线监测装有SF6设备的配电装置室必须保证SF6气体浓度小于1000ppm，但是如果SF6泄漏且达到一定浓度，可能造成进入室内工作人员大脑缺氧，甚至窒息死亡。纯净的SF6气体没有毒性，但SF6气体在放电、高温等产生的分解物如SF4、S2F2、SOF2、HF、SO2等是高毒性的，大量吸入人体会引起头晕和肺水肿，甚至昏迷及死亡。另外，在SF6高压开气体中微量水分含量超标会导致开关绝缘性能降低，因绝缘能力下降在两端电极附近产生局部放电，直接影响高压开关特性，甚至可能导致开关高压击穿。因此，在线监测SF6气体浓度及微水含量，对保障人员和设备安全都有重要意义。（3） 绝缘在线监测GIS/断路器的所有故障中，绝缘故障也占据比较大的比重，据不完全统计，2004年GIS/断路器共发生绝缘故障占故障总数的14.3%。因此，在GIS/断路器内配置绝缘在线监测也十分重要。GIS/断路器的绝缘监测主要是测介质损耗、漏电流和局部放电。2.3 容性设备在线监测装置耦合电容器、电容式的套管及电流互感器等变电设备, 都可以看成是由多个电容器相串联而成的电容型试品, 它们加起来数量较大, 往往要占变电站里设备数的一半左右。容性设备的在线监测项目，主要是对其泄漏电流、介损值、等值电容等绝缘性能参数进行监测。2.4 避雷器在线监测装置 在运行中，主要实现对避雷器的绝缘性能（介损、泄漏电流、等值电容）、雷击动作次数进行监测，通常这几项监测内容都很必要12。3. 监测装置运行情况调研分析3.1 安装分布情况按电压等级分类，开展在线监测的设备占比最高的为220kV电压等级设备，其次是500kV和110kV电压等级。按监测设备分类，变压器油色谱在线监测技术占已安装在线监测装置数目的68.78%，其次为容性设备在线监测装置，占比为12.20%。油色谱作为变压器在线监测相对成熟的技术在110kV以上电压等级变压器安装覆盖率达13.14%，主要集中安装在220kV和500kV等级变压器上，220kV主变台相覆盖率达到了34.45%，500kV主变台相覆盖率达到64.59%。主变油色谱供应厂家主要包括宁波理工、上海思源、GE、中能电气。宁波理工占比例达到52%、上海思源和GE所占比例分别达到23%和24%。容性设备在线监测装置数量虽然不少，但安装覆盖率仅为0.37%。容性设备在线监测装置制造厂家较多，主要有上海龙源智光、武汉高德、许昌许继和北京华电云通电力技术有限公司，其中龙源智光产品占92%的比例。避雷器在线监测安装覆盖率为0.21%，主要生产厂家有上海龙源智光和温州华特，其中龙源智光产品占93%的比例。其他如断路器开关特性在线监测、SF6气体监测、局部放电监测、避雷器在线监测等监测技术应用不多，安装覆盖率都不超过0.2%。总的来说，变电设备的在线监测装置主要为变压器油色谱在线监测、容性设备绝缘在线监测、GIS/断路器在线监测、避雷器在线监测；其中，变压器油色谱在线监测技术应用较为广泛；其余监测手段总体处于试点探索阶段。3.2 发现缺陷情况本次统计在线监测装置发现缺陷合计8次，其中发现电气结点发热4次，发现一次主设备缺陷4次（500kV设备发现1处，220kV设备发现3处）。从整体上来看，变电设备发现缺陷较少。本次普查上报的4个设备缺陷，均由主变油色谱装置（宁波理工提供的六组分气体监测装置）发现，其余监测装置均未有发现缺陷上报的情况。分析其原因，一方面由于设备安装、监测装置自身系统等预案原因导致监测系统故障发现率较低；另一方面，除了主变油色谱外，其余监测技术在全省应用仍非常有限，安装覆盖率均非常低。3.3 监测装置可靠性本次普查供统计装置故障202次数，其中变压器油色谱在线监测装置发生故障195次，容性设备在线监测装置4次，GIS/SF6断路器微水在线监测装置2次，断路器开关特性监测装置1次。主要故障原因有通讯故障、传感器及测量系统故障、计算机系统故障、安装问题和误报漏报等，分别占到总故障数量的41%、21%、20%、17%和1%。其中装置安装不合理所占比例高达17%，这应引起相关单位（特别是基建单位）和部门的重视。总的来说，在线监测装置的故障率较高，可靠性需要进一步提高，随着越来越多的在线监测装置投入运行，装置维护工作量较大，且存在一定比例的误报、漏报情况，这均会对在线监测技术的推广产生不利影响。4. 存在的主要问题1） 在线监测装置管理及检验检测标准体系尚未建立，在线监测装置的运行维护未纳入生产体系管理。2） 在线监测技术总体覆盖率较低。除了主变油色谱设备覆盖率为13.14%，容性设备覆盖率为0.37%，避雷器在线监测覆盖率为0.21%，其它在线监测设备覆盖率则更低。3） 缺乏在线监测数据专业（专职）人员的分析，缺乏对监测经验的总结分析。4） 数据总体仍处于各地区局分散管理，缺少统一的数据接入、展示、分析平台。大部分单位的监测装置仍处于分散安装、多家监测系统并存的状态，设备状态数据缺乏共享。5） 在线监测装置缺少入网检测手段和流程。监测设备往往只经过出厂试验，就进入基建安装阶段，缺乏必要检验检测的中间环节，基建安装过程也缺少必要的质量监督管理。不少监测设备还没到投入运行或投入运行时间不久，就不能正常工作，严重影响技术推广和一线工作人员积极性。6） 新技术的应用更多的为通用监测装置在电力设备的应用，需要加强研究，为现场提供方便、简易、经济、维护工作量小的设备。5. 各监测项目推荐配置方案基于在线监测技术的发展水平、在线监测系统应用效果以及变电设备重要程度，推荐变电设备在线监测装置按如下原则配置：5.1 变压器在线监测装置（1） 500千伏及以上电压等级油浸式变压器应配置油中溶解气体在线监测装置，装置类型宜选用多组分在线监测装置；可根据需要配置油中含水量在线监测装置；（2）220千伏及以上电压等级变压器、换流变可根据需要配置铁心及夹件接地电流在线监测装置，用以监测铁心、夹件的绝缘情况.对于运行位置特别重要，或者存在潜伏性绝缘缺陷、严重家族性绝缘缺陷的220千伏、110千伏电压等级油浸式变压器宜配置油中溶解气体在线监测装置。（3） 新建 220 千伏及以上电压等级变压器可根据需要选择少量试点，预置超高频局部放电传感器(无源)及测试接口，以满足开展局部放电带电检测需要；对局部放电带电检测异常的，可根据需要开展局部放电在线监测。根据需要可选择少量试点，预埋光纤测温传感器及测试接口，用以监测变压器内部绝缘劣化导致的局部过热缺陷。5.2 GIS/断路器在线监测装置（1） 500千伏及以上电压等级SF6断路器或220千伏及以上电压等级GIS可根据需要配置SF6气体压力和湿度在线监测装置，用以监测设备的密封和绝缘情况。（2） 220千伏及以上电压等级SF6断路器及GIS可根据需要配置断路器分（合）闸线圈电流在线监测装置，用以监测电磁铁本身以及所控制的锁闩或阀门以及连锁触头在操作过程中的工作情况。（3） 新建220千伏及以上电压等级GIS应预置超高频局部放电传感器（无源）及测试接口，以满足开展局部放电带电检测需要。对局部放电带电检测异常的，可根据需要开展局部放电在线监测，进行连续跟踪监视。5.3 容性设备在线监测装置（1） 220千伏及以上电压等级变压器（电抗器）套管可根据需要配置绝缘在线监测装置，实现对全电流、tan、电容量、三相不平衡电流或不平衡电压等状态参量的在线监测，以发现电容型设备的早期绝缘缺陷。（2） 220 千伏及以上电压等级电流互感器、耦合电容器可可根据需要配置带电检测单元，实现对泄漏电流、tan、电容量、三相不平衡电流或不平衡电压等状态参量的带电检测。（3）倒立式油浸电流互感器、SF6电流互感器因其结构原因不宜配置绝缘在线监测装置。5.4 避雷器在线监测装置（1）220千伏及以上金属氧化物避雷器必要时，宜配置泄漏电流和阻性分量在线检测单元，用以监测避雷器的运行状况。（2）存在缺陷（含家族性缺陷）的220千伏及以上金属氧化物避雷器应配置在监测装置。参考文献1 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