高压电气设备绝缘监测的研究

高压电气设备绝缘监测的研究

1设备稳定性试验电力设备在电网中起着重要作用。绝缘点的缺点是错误的，并且会发生错误操作，从而影响设备和电网的安全运行。因此,在设备投运后,传统的做法是定期停电进行预防性试验和检修,以便及时检测出设备内部的绝缘缺陷,以防止发生绝缘事故。但是,随着电网容量的增大,高压电气设备的急剧增加,传统的预防性试验和事后维修已不能满足电网高可靠性的要求。同时,由于高压电气设备的绝缘劣化是一个累积和发展的过程,在很多情况下预防性试验已无法发现潜在的缺陷。因此,实现高压电气设备绝缘在线、实时、动态监测,则有可能实现由局部推测整体,由现象判断本质,以及由当前预测未来,不必将设备逐一拆开,分别检验,从而满足现代化设备使用维修和生产的需要。2在线监测系统的应用和发展上世纪七十年代以来,随着电子技术、传感器技术以及计算机信息处理等技术的发展,绝缘在线监测在国内外得到了迅猛发展。它能对被监测设备的绝缘参数随时进行测量,大大缩短了运行设备的检测时间及检测周期,为电力系统的安全运行提供了可靠的保证。高压电气设备绝缘在线监测技术的发展大体经历了两个阶段。2.1模拟量和测量参数的数字化测量这一阶段起始于上世纪七十年代。当时仅仅是为了不停电而对电气设备的某些绝缘参数(如泄露电流)进行直接测量。各种专用的带电测试仪器出现,使监测技术从传统的模拟量测试走向数字化测量,摆脱将仪器直接接入测试回路的传统测量模式,取而代之的是使用传感器将被测量的参数直接转换成电气信号。但设备简单,测试项目少,灵敏度较差。2.2基于数字意识的边缘监测系统的现状从90年代开始,随着计算机技术的推广使用,出现以计算机处理技术为核心的微机多功能绝缘在线监测系统。所采用的主要技术有:油中溶解气体分析、超声波探测、局部放电监测、红外测温、介质损耗值和泄露电流等,实现了更多的绝缘参数在线监测。近几年来,随着数字信息技术和智能技术的发展,模糊理论、神经网络、专家系统和小波分析等方法应用到监测数据的处理方面,通过分析判断能够实现对设备绝缘缺陷的监测诊断,并提出处理建议。这种在线监测信息量大、处理速度快,可以对监测参数实时显示、储存、打印、远传和越线报警,实现了绝缘在线监测的自动化。3高压设备在线过载监控系统3.1高压设备内缘在线监测基于高压电气设备在线监测系统智能诊断的信息需要,高压电气设备绝缘需进行综合监测。综合监测方法通常有离线的绝缘参数测量与试验和在线监测。离线试验及检测项目在检修规程中已有详细的规定,广泛应用的检测方法有直观检查法、测量绝缘电阻法、测量泄露电流法、高压试验法、测量损失角法和局部放电法等。高压电气设备绝缘在线监测是指在电气设备处于运行状态中,利用其正常信号和异常信号,包括电压、电流、局部放电量、介质损耗值、泄露电流以及设备电容值等多种信号来监测设备绝缘状况。基于现代智能技术的处理,监测信号的特征参数能够真实的反映电气设备绝缘的运行工况,从而对绝缘状况作出及时准确的判断。目前,高压电气设备绝缘在线监测通常采用的有:绝缘油在线色谱分析、交流泄露电流、介质损耗角正切、局部放电量及放电位置、设备电容值和绝缘子动态污秽等在线监测。3.2数字a/d测量系统的在线综合监测目前,局部放电量是反映绝缘状态最灵敏的特征量,可以在故障早期发现潜伏性故障,为设备的维护提供最有力的依据。局部放电信号是非常微弱的脉冲信号,目前主要采用超宽频电流传感器进行采集,但信号中含有大量的噪声干扰,普通滤波器难以消除。文利用局部放电信号中的白噪声和周期性窄带干扰在小波变换后的不同特性,以及局放信号与周期脉冲具有不同的相关性,提出局放信号的分层式综合处理模型。该模型达到了提高抗干扰能力和准确提取局部放电信号的目的,有效提取绝缘特征参数,能够准确预测绝缘老化和进行故障识别。介质损耗的测量是一项灵敏度很高的监测项目。其测量原理大都使用硬件鉴相既过零比较的方法进行在线测量。目前的绝缘在线监测基本都是用快速傅立叶变换(FFT)的方法来求介损。它是取运行设备PT的标准电压信号与设备泄露电流信号直接经高速A/D采样转换后送入计算机,通过软件的方法对信号进行频普分析,仅抽取50HZ的基本信号进行计算求出介损。这种方法能很好地消除各种高次谐波的干扰,测试数据稳定,能很好地反映出设备的绝缘变化。电容性设备泄漏电流的测量信号是从末屏采集的,一般为毫安级。由于在现场易受强电场的干扰,因此要求传感器具有较高的稳定性和抗干扰性,材料一般使用线性度和稳定性高的披莫合金,结构采用零磁通传感器,并用钢质外壳屏蔽。现在在线监测将采集信号就地进行数字化处理以消除干扰。电容量的测量是根据泄漏电流和采集的母线电压换算得到的。国内泄漏电流和电容量在线监测装置数据准确、稳定,可以满足现场需要。对于设备物理量(如变压器油温、气体含量等)的在线监测则是通过置放传感器探头的方法采集信号,并转换成数字信号送入计算机进行分析处理。3.3网络绝缘质量监控系统的功能高电压设备绝缘在线监测系统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)查询设备高压电气设备绝缘监测系统采用浏览器方式实现。用户可在任何一台联网机上查询设备相关数据和设备工作状态,可要求主机对设备数据进行分析、计算和判断,并将结论返回给用户。在基于信息融合及嵌入intenet技术,在线网络实现过程如下。(2)提供在线和在线检测参数信息的设备和线程信息它包括变压器、互感器、绝缘子、高压开关柜和避雷器等设备的状态信息。(3)智能诊断将专家系统、神经网络等人工智能理论应用于设备的运行状态、故障的判断、诊断及状态检修建议的提出。(4)设备运行状态可以根据设备的历史数据及工作状况,预测设备未来的运行状态。并由此调整设备的工作条件,保证其正常运行。当设备发生故障或灾害时,能帮助其分析发生的原因等。4主要被测设备高压电气绝缘在线监测系统主要选择了氧化锌避雷器、套管、铁芯、电容式电压互感器、电流互感器、变压器、高压开关和GIS等主要被测设备,其中避雷器主要测量泄漏全电流及其容性和阻性分量;变压器套管、电容式电压互感器、电流互感器测量其泄漏电流和介质损耗相对变化量,铁心检测泄漏电流,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。4.1泄漏电流moa测量目前变电站使用的氧化锌避雷器绝大部分不再有串联间隙。MOA运行期间总有一定的泄漏电流通过阀片,加速阀片老化;而受潮和老化是MOA阀片劣化的主要原因。正常情况下泄露电流中容性电流占主要成分,阻性电流约为10%-20%左右。阻性分量主要包括:瓷套内、外表面的沿面泄漏,阀片沿面泄漏及其本身的非线性电阻分量和绝缘支撑件的泄漏等。当避雷器出现故障时,阻性电流逐步增大,而成为全电流中的主要成分,全电流也会增大。避雷器绝缘事故主要原因是阻性电流增大后,损耗增加,引起热击穿。因此,只要对运行中避雷器的全电流或阻性电流进行监测,并将所得数据与出厂及历史数据相比较,即可发现避雷器的绝缘缺陷。检测MOA泄漏全电流和阻性电流能有效地反应MOA的绝缘状况。所以测量交流泄漏电流及其有功分量是现场检测避雷器的主要方法,预防性试验规程也将氧化锌避雷器(MOA)“运行中泄漏电流”的测量列入预试项目。定期对MOA的阻性电流进行测试或监测,那么会更灵敏地发现MOA的早期故障隐患,更能提前防范,确保氧化锌避雷器的安全可靠运行。4.2误差测量方法的确定现在,测量CVT、耦合电容器、电流互感器、套管等容性设备的在线监测技术已日渐成熟,也取得了很多的应用效果。主要测试项目有:介质损耗、泄露电流、电容量、三相不平衡电流等。对于高压容性设备来说,介质损失角正切值是一项灵敏度很高的试验项目,它可以发现电气设备绝缘整体受潮、绝缘劣化以及局部缺陷。绝缘受潮缺陷占用电容型设备缺陷的85.4%,这是由于电容型结构是通过电容分布强制均压的,其绝缘利用系数较高,一旦绝缘受潮往往会引起绝缘介质损耗增加,导致击穿。对于具有电容式绝缘的设备,通过其介电特性的检测可以发现尚处于比较早期发展阶段的缺陷。研究表明,在缺陷发展的起始阶段,测量电流增加率和测量介质损耗正切值变化所得的结果一致,都具有很高的灵敏度;在缺陷发展的后期阶段,测量电流增加现象和电容变化的情况一致,更容易发现缺陷的发展情况。4.3放电定位信息变压器的绝缘状态通常用以下几个电气特征量来表示:油中溶解气体、局部放电量及放电位置、介质损耗值、泄露电流和设备电容值等。在线氢气浓度和在线局部放电量可分别用来评估变压器的即时绝缘状态,在线局部放电定位信息为放电点的三维坐标,对故障元件的确定起着十分重要的作用。变压器油中气体浓度需要检测浓度的气体包括H2、CH4、C2H4、C2H2、C2H6、CO、CO2等七种气体。根据这些气体浓度,可评估变压器的绝缘状态。当状态处于“有问题”阶段,就应跟踪气体的产气率,以此确定变压器内部出现故障。若变压器出现故障,还可用这些气体浓度来判断故障性质。为了更准确地判断故障类型及故障元件,应将气相色谱法与电气试验结合起来,共同诊断所产生的故障。4.4开关柜内并发症的在线监测高压开关设备内部绝缘部分的缺陷或劣化、导电连接部分的接触不良等,使得其在事故潜伏期绝缘都可能产生放电现象,故可以通过对放电的监测得到相关绝缘状况。通常采用的绝缘监测方法有交流泄露电流在线监测和介质损耗角正切在线监测方法,文献使用射频法对开关柜内的绝缘和接触不良的在线监测技术进行了探索。利用上述监测方法可以较方便地获取高压开关柜的有关绝缘信号的波形。由于高压开关柜内电磁环境较为恶劣,某些信号的波形往往含有很多因干扰而产生的“毛刺”,这对从波形中提取有用信息十分不利。由于“毛刺”主要由高频成分组成,故信号经过低通滤波后“毛刺”便被大大削弱了。但由于波形中可能存在有用的高频成分,低通滤波会将这部分高频成分也不加区别地除去,使波形发生失真。基于小波变换的高压开关柜监测信号消噪方法可以用于选择性地去除信号中的“毛刺”。5设备在线监测的意义和方法高压电气设备绝缘状况直接影响电网安全可靠运行。基于信息融合技术和嵌入internet技术组成的在线监测,可以进行数据和图文传输及远