变电站设备在线监测PPT课件.ppt

变电站设备在线监测 1 变电站设备在线监测 在线监测概述在线监测与状态检修电气设备绝缘的在线监测变压器油中溶解气体在线监测GIS局部放电在线监测 2 变电站设备在线监测 在线监测概述 在不影响设备正常运行的前提下 对设备工作时的状况连续或定时进行的监测 通常这些监测可以自动进行 在线监测的主要特征是检测装置 至少是采样装置 与被监测设备同在生产线上运行 3 变电站设备在线监测 在线监测概述 在线监测按构成可分二种 集中式和分布式 前者通过线缆将信号传输至中央控制站 后者是仅在就地显示 也可以就地打印 还有的仅在设备上装传感器 有待人员手执指示仪表去测取信息数据 这种也可以称之为分布式半在线 4 变电站设备在线监测 在线监测概述 带电检测 对在运行中的设备 使用专用仪器 由人员参与进行的测量 所有己经或可能实现在线监测的项目都可以带电检测 带电检测还包括若干至今尚难实现在线监测的项目 5 变电站设备在线监测 在线监测概述 离线测试 将设备撤出运行 由专业测试人员使用专用仪器和试验电源 有的仪器内附试验电源 进行的测量 离线测试的特征 被试设备退出了生产线 测试设备也不在生产线上 预规 中的大部分测试项目都是离线测试 6 变电站设备在线监测 在线监测概述 巡视检查 运行人员通过眼看 耳听 鼻嗅 手摸等方式 来获得设备状态的信息 作好运行记录 巡视检查历来是电气运行人员的一项主要工作 7 变电站设备在线监测 在线监测概述 带电检测和在线监测是巡视检查的延展和提升 可获得更准 更细 更确定的信息 特别要强调 至今电力设备的缺陷不少于一半是巡检发现的 由于现场特殊性和复杂性 即使实现了无人值守的变电站 定期和特殊的巡视检查都是不可取消的 8 变电站设备在线监测 在线监测概述 在线监测系统的发展阶段 集中式模拟量传输 就地A D转换 现场总线技术 分层分布结构 9 变电站设备在线监测 在线监测概述 在线监测系统的发展阶段 集中式模拟量传输较早的集中式在线监测系统都采用模拟量传输 即通过大量的屏蔽电缆将较微弱的被测信号直接引入系统主机 然后由主机进行集中检测及数据处理 为减少电缆的用量 后期推出的监测系统采用分区集中方式 按照变电站内设备的分布情况将被测信号分为若干个区域 分别进行汇集及信号选通 然后通过一根特殊设计的多芯屏蔽电缆把选通的模拟信号传送到主机 由主机进行循环检测及处理 这样的方式虽然可以减少电缆的用量 但同样不能解决模拟信号在长距离传输后所导致的失真问题 而且存在现场工作量大 维修困难等缺点 10 变电站设备在线监测 在线监测概述 在线监测系统的发展阶段 就地A D转换 现场总线技术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模数转换 采用现场总线技术 由主机进行循环检测及处理 现有的系统现场采用RS485通信方式则不属于现场总线范畴 11 变电站设备在线监测 在线监测概述 在线监测系统的发展阶段 分层分布结构更近的集中式系统则采用分层分布结构 采用模块化设计和现场总线控制技术 它由安装在变电站内的数据采集系统和安装在主控室内的数据分析和诊断系统两部分组成 通过公共电话网络 可把若干个变电站的监测数据汇集到上层的数据管理诊断系统 实现对多个变电站内的电气设备状态的实时在线监测 12 变电站设备在线监测 在线监测概述 在线监测装置运行情况 中国电科院1998年对国内部分省 市电力部门安装的57套集中型在线监测系统的调查结果 属于正常或比较正常的监测系统仅占30 而确定不能正常运行或处于瘫痪状态的占35 左右 13 变电站设备在线监测 在线监测概述 在线监测技术面临的主要问题 监测装置运行可靠性差 本身质量问题导致数据失效或传输故障 起不到监测设备状况的作用 测试精度及其稳定性校验是在线监测系统面临的一个重要技术问题 传感器的特性是在线监测的关键 研制高精度 高稳定 零相位差的传感器仍是一个非常重要的研究课题 基准电压的特性将影响监测结果的分析 抗干扰问题是影响在线监测系统安全可靠运行的重要因素 缺乏运行经验 无法确定报警值以及相应的监测标准 14 变电站设备在线监测 在线监测概述 在线监测装置配置策略 使用在线监测装置要进行效益分析 利 A 减少日常维护工作量 B 对设备故障能快速反应 C 能提前发现设备故障 D 不损失供电 E 设备可用率提高 F 决策能实时决策 G 预测设备长远的运行情况 15 变电站设备在线监测 在线监测概述 在线监测装置配置策略 使用在线监测装置要进行效益分析 弊 A 在线监测一次性投资成本较高 B 在线监测装置每年要折旧 C 在线监测装置要维护及修理 D 有时传出错误信息 还要进行判断 16 变电站设备在线监测 在线监测概述 17 变电站设备在线监测 在线监测概述 在线监测装置配置策略 在线监测装置的选择 A 考虑价格 要考虑在线监测装置本身的价格 检修维护费 发错误信息的花费 B 考虑性能 要考虑信息数据的准确性 可靠性 一致性 错误信息频繁度 18 变电站设备在线监测 在线监测概述 在线监测装置配置策略 在线监测装置要有一个有效的数据管理体系 在线监测装置要建立一套信息传输与数据管理体系 以提高在线监测的智能化水平 实现与电力系统的智能化监控系统联网 真正实现在线监测装置的在线功能 通过信息采集 数据处理与分析 把信息及时反馈给值班工程师 以供决策 19 变电站设备在线监测 在线监测概述 目前变电站设备在线监测主要项目 变压器温度监测 包括油温 线圈温度 油位监测 负荷监测 油中气体 水分监测 局部放电监测 套管介质损耗监测 调压开关监测 包括温度 扭拒 触头磨损 启止位置监测 20 变电站设备在线监测 在线监测概述 目前变电站设备在线监测主要项目 断路器SF6气体监测 包括压力 湿度 触头行程监测 操作时间监测 操作次数监测 操作机构监测 包括弹簧是否储能 液压机构压力监测等 局部放电监测 对GIS 21 变电站设备在线监测 在线监测概述 目前变电站设备在线监测主要项目 充油电流互感器介质损监测 22 变电站设备在线监测 在线监测概述 目前变电站设备在线监测主要项目 绝缘子污染程度监测 泄漏电流 盐密 23 变电站设备在线监测 在线监测概述 目前变电站设备在线监测主要项目 蓄电池端电压监测 内阻监测 24 变电站设备在线监测 在线监测概述 目前变电站设备在线监测主要项目 避雷器漏电流监测 25 变电站设备在线监测 在线监测与状态检修 设备检修方式的发展 事后检修 事故检修 在工业化开始的18 19世纪 当时工业生产规模小 机器设备比较简单 本身的技术水平很低 对设备的故障也缺乏认识 只能采取不坏不修 坏了再修的事后检修方式 26 变电站设备在线监测 在线监测与状态检修 设备检修方式的发展 定期预防性检修随着大生产的出现 生产方式有了很大变化 机器设备本身复杂程度及技术水平提高了 设备故障对生产影响也明显增加 在这种情况下 出现了定期预防检修方式 可使设备在停机事故前进行检修 这种检修方式使机器寿命延长 提高了生产率 较前一种事后检修有很大进步 27 变电站设备在线监测 在线监测与状态检修 设备检修方式的发展 状态检修 预知检修 视情检修 为了解决定期检修的不足 出现了检修周期长短根据设备状态而定的检修 这样可以充分发挥设备的潜力 做到根据实际情况进行检修 制定恰当的备件定货周期和储备量 缩短检修时间和节省检修费用 28 变电站设备在线监测 在线监测与状态检修 状态检修的概念 状态检修是以对设备状态的诊断为基础 对设备进行维护和检修的管理模式和制度 是预防性修试制的高级阶段 开展状态检修的直接目的是降低设备的不可用率 提高供电可靠率 终极目的是提高企业经济效益和社会效益 29 变电站设备在线监测 在线监测与状态检修 状态检修的概念 开展状态检修的基础 或前提条件 是设备本身具有较高的健康水平 开展状态维修的另一前提条件是应有较高的运行管理水平 这包括 合理选用设备 精心周详的维护 适用有效的检测 专业水准的分析诊断 畅通的决策指挥 训练有素的维护和检修力量 30 变电站设备在线监测 在线监测与状态检修 设备状态的分类 正常状态异常状态故障状态 31 变电站设备在线监测 在线监测与状态检修 设备状态的分类 正常状态指设备的整体或其局部没有缺陷 或虽有缺陷但其性能仍在允许的限度以内 32 变电站设备在线监测 在线监测与状态检修 设备状态的分类 异常状态指缺陷已有一定程度的扩展 使设备状态信号发生一定程度的变化 设备性能己劣化 但仍然维持工作 此时应注意设备性能的发展趋势 即设备应在监视下运行 33 变电站设备在线监测 在线监测与状态检修 设备状态的分类 故障状态指设备性能指标己有大的下降 设备已不能维持正常工作 设备的故障状态根据严重程度又可分为 已有故障萌生并进一步发展趋势的早期故障 程度尚不很重 设备尚可勉强 带病 运行的一般功能故障 已发展到设备不能运行必须停机的严重故障 已导致灾难事故的破坏性故障 由于某种原因瞬间发生的突发性紧急事故 34 变电站设备在线监测 在线监测与状态检修 在线监测与状态检修的关系在线监测是开展设备状态检修的一个重要技术手段 可以向检修系统提供及时的测量数据 状态检修是一种系统的检修策略 任何可以提供测量参数和判别依据的测量方法均应作为状态检修的监测基础 状态检修还应该包括大量的设备状态诊断工作 以及建立规范的维护和检修的管理制度 35 变电站设备在线监测 电气设备绝缘的在线监测绝缘在线监测技术的发展阶段20世纪70年代带电测试阶段 当时人们仅仅是为了不停电而对电气设备的某些绝缘参数 主要是泄漏电流 进行直接测量 由于其结构简单 测试项目极少 而且要求被试设备对地绝缘测式的灵敏度较差 所以应用范围较小 未能得到普及应用 36 变电站设备在线监测 电气设备绝缘的在线监测绝缘在线监测技术的发展阶段20世纪80年代出现各种专用的带电测试仪器 使在线监测技术开始从传统的模拟量测试走向数字化测量 摆脱了仪器直接接入测试回路中的传统测量模式 而代之以利用传感器将被测量转换成数字仪器可直接测量的电气信号 同时还出现一些其它通过非电量测量来反映绝缘状况的测试仪器 如远红外装置 超声装置等 37 变电站设备在线监测 电气设备绝缘的在线监测绝缘在线监测技术的发展阶段20世纪90年代出现了以数字波形采集和处理技术为核心的微机多功能绝缘在线监测系统 利用先进的传感器 计算机和数字波形采集与处理等高新技术 实现更多的绝缘参数 tg 试品C 泄漏电流I 局部放电等 在线监测 38 变电站设备在线监测 电气设备绝缘的在线监测绝缘在线监测技术的原理 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数值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和对剩余寿命作出预测 从而能及早发现潜伏的故障 必要时可提供预警或规定的操作 在线监测技术的特点是可以对电力设备在运行状态下进行连续或随时监测与判断 39 变电站设备在线监测 电气设备绝缘的在线监测电力变压器绝缘在线监测 油中溶解气体分析 DGA 加拿大Sytrotec的HYDRAN201i智能型变压器早期故障在线监测系统 检测组分及其响应为 100 H2 15 CO 8 C2H2 1 C2H4美国MM公司的TRUEGAS全组分DGA检测9种气体 40 变电站设备在线监测 电气设备绝缘的在线监测电力变压器绝缘在线监测 油中溶解气体分析 DGA 按检测气体成分 l 测单组分氢气2 测可燃气体的总量3 测各组分的单独含量 41 变电站设备在线监测 电气设备绝缘的在线监测电力变压器绝缘在线监测 油中溶解气体分析 DGA 按取气方法分 1 薄膜渗透法 目前国内外普遍选用四氟乙烯膜作为透气膜 2 抽真空取气法 分为波纹管法和真空泵法两种 3 其它取气法 有载气洗脱法和空气循环法等 42 变电站设备在线监测 电气设备绝缘的在线监测电力变压器绝缘在线监测 油中溶解气体分析 DGA 按所使用的检测器分 1 钯栅场效应管型 2 半导体型传感器3 催化剂燃烧型传感器 4 燃料电池型传感器 5 其他型式的传感器 如红外吸收式传感器 光离子检测器等 43 变电站设备在线监测 电气设备绝缘的在线监测电力变压器绝缘在线监测 局部放电变压器故障类型之一是介质击穿 其原因主要是局部放电 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 由于局部放电能导致绝缘恶化乃至击穿 故值得对PD参数进行在线监测 44 变电站设备在线监测 电气设备绝缘的在线监测电力变压器绝缘在线监测 绕组变形通过在线测量变压器短路电抗 实现变压器绕组变形状况的实时性测量 不受干扰 判据明确 目前尚处在理论研究阶段 无应用实例 45 变电站设备在线监测 电气设备绝缘的在线监测电力变压器绝缘在线监测 套管介损及电容量通过运行电压和泄漏电流测量 计算得到设备的电容与介损值 CT或PT的相差将严重影响被测量介损值 特别是当被测样品的介损介非常小时 另外设备间的电气耦合和运行模式的不同等也将影响到被测数据 46 变电站设备在线监测 电气设备绝缘的在线监测氧化锌避雷器 泄漏电流包括对全电流 阻性电流 功耗等参数的测量 干扰主要来自 1 相间干扰2 系统电压中谐波电压的影响 47 变电站设备在线监测 电气设备绝缘的在线监测断路器和GIS 断路器的监测内容有4个方面 操作回路的完整性 绝缘特性 开断能力 机械特性 目前主要在以下几项可实现 I2t累计量机械特性真空度GIS局放 48 变电站设备在线监测 电气设备绝缘的在线监测其它容性设备 大部分的绝缘在线监测工作都是针对容性设备开展的 主要测量容性设备的电容 电容电流 介质损耗 不平衡电压等参量 目前普遍采用的有源零磁通设计技术是提高测量用小电流传感器检测精度的有效途径 已得到广泛应用 49 变电站设备在线监测 变压器油中溶解气体在线监测系统组成 气体分离单元 气体分离膜 气体传感器 分析仪 数据处理及管理单元 数据传输单元 报警单元及用户操作 控制软件 50 变电站设备在线监测 变压器油中溶解气体在线监测气体分离单元 气体分离膜性能要求 性能稳定 耐油 耐腐蚀 耐高温 60 耐压力 透气性好 如要专门测定某种气体 最好对该气体有选择性的渗透 51 变电站设备在线监测 TeflonAF的结构及性能 52 变电站设备在线监测 一些主要的高分子膜的透气率 53 变电站设备在线监测 变压器油中溶解气体在线监测气体传感器 气体分析仪性能要求 性能可靠稳定 能连续的运行而不需要频繁的效正 气体灵敏度高 同时动态测量范围大 能在气相中测定从百万分之几到百分之几的浓度而基本不牺牲测定的精度 气体灵敏度不因环境媒体的变化而受到影响 气体灵敏度不因变压器及环境湿度的变化而受到影响 54 常用的气体传感技术 55 变电站设备在线监测 GIS局部放电在线监测GIS局部放电产生的原因高压导体上存在金属针毛刺 外壳上存在金属毛刺 内部存在自由运动的金属颗粒 绝缘表面上存在固定的金属微粒 内部存在悬浮电位体 或者导体间连接点接触不好 绝缘体内部或者表面存在气隙或裂纹 56 变电站设备在线监测 GIS局部放电在线监测GIS局部放电产生的原因 57 变电站设备在线监测 GIS局部放电在线监测GIS局部放电的特性GIS中发生局部放电时 SF6气体的击穿导致导体中流过一个短时的电流 ns级 电流流过GIS的特征阻抗 在导体上产生一个脉冲电压 从局放源传播开来 据试验可知 在SF6中一次局放的放电电流时间很短 局放脉冲电流的波头上升时间约为35Ops 3ns 而且脉冲持续时间仅为1ns 5ns 其等效的频宽约为300MHz 3GHz 由于局放信号的上升时间很短 频带宽 传播过程中会在GIS腔体内引起电谐振 从而激发电磁波 局放发生后 离子气体通道急速膨胀 产生声音压力波 伴随着局放还有受激原子产生的光发射和化学击穿产物 因而局放的影响是多方面的 有物理的 化学的和电气的 原则上 它们中的任何一个都可以用来揭示局放的存在 58 变电站设备在线监测 GIS局部放电在线监测GIS局部放电的光学检测方法特点 光电倍增器可以检测甚至一个光子的发射 因此 在所有的诊断技术中 检测放电产生的光可能是最灵敏的方法 SF6气体和玻璃对射线有强烈地吸收作用 因此有 死角 出现 在检测时需要采用石英透镜 并且要选择适当短的路径 该方法对于己知放电源位置的监测比较有效 但不具备对故障的定位能力 GIS光滑的内壁引起反射 造成灵敏度降低 传感器需要安装到GIS内部 实现在线监测应用比较困难 59 变电站设备在线监测 GIS局部放电在线监测GIS局部放电的化学检测方法特点 通过检测SF6击穿分解后的生成物来间接检测局部放电 常用的分析气体有SOF2和SO2F2两种 GIS中的吸附剂和干燥剂会影响分解物含量 从而影响化学方法的测量 断路器正常开断时产生的电弧产生的气体分解物 会影响测量结果的判断 脉冲放电产生的分解物会被大量的SF6气体所稀释 检测灵敏度低 从发生局放到由检测出分解物所需时间长 化学检测方法不受电气干扰的影响 60 变电站设备在线监测 GIS局部放电在线监测GIS局部放电的声学检测方法特点 GIS内部产生局放时 会产生冲击振动及声音 因此 可以用外壁上安装的振动或声发射 AE 传感器来测量局部放电 声学方法为非侵入式 可对局放源进行定位 较少受GIS外部噪声源影响 声音信号在SF6气体中的传输速率很低 高频部分衰减很快 在通过不同物质的时候传播速率不同 在不同材料的边界处发生反射 因此信号模式复杂 要求有一定的操作技能 是目前除UHF方法之外比较成熟的GIS局放监测方法 61 变电站设备在线监测 GIS局部放电在线监测GIS局部放电耦合电容检测特点 又称为脉冲电流法 IEC270 是国际电工委员会于1981年正式提出并广泛使用的局放测试方法 通过在GIS外部并列安装一个耦合电容传感器 可以测得发生局放时的放电量 频率范围为40k 1MHz 结构简单 便于实现 可实现对局部放电的定量测量 为获得现场测试时的较高灵敏度 需将测试装置完全屏蔽 现场无法实施 常规电测法无法对局放源进行定位 因而不适用在线监测 62 变电站设备在线监测 GIS局部放电在线监测GIS局部放电超高频检测特点 通过检测局放发出的电磁波中的超高频段 300 3000MHz 信号来检测局部放电 避开常规电气测试方法中难以避开的电力系统中的电晕等干扰 提高局部放电检测的信噪比 分为宽带 100M 2GHz 和窄带两种内置的UHF传感器需要制造厂配合安装 对已运行设备无法实施 外置UHF传感器的灵敏度和精度还有待进一步提高 对局放源的识别和精确定位仍存在困难 对UHF信号在GIS中的传播原理有待进一步研究 关于放电量的校核 仍需进一步的工作 63 变电站设备在线监测 GIS局部放电在线监测 64 变电站设备在线监测 GIS局部放电在线监测UHF在线监测系统的关键技术 UHF传感器 GIS中U