張 霖 楊 超

（貴陽供電局，貴陽 550002）

隨著城市電網(wǎng)隨著經(jīng)濟發(fā)展而不斷發(fā)展擴大，電網(wǎng)安全可靠運行指標要求也不斷提高。檢修作為保障電網(wǎng)設(shè)備健康運行的必要手段，它的合理實施關(guān)系到設(shè)備的使用效率、運行壽命、人力物力財力的消耗及用戶負荷的損失。同時，計劃檢修的弊端與不斷增長的設(shè)備預(yù)試定檢任務(wù)導(dǎo)致試驗人員緊缺及工作量大等矛盾。因此，加快在線監(jiān)測和狀態(tài)檢修工作勢在必行。

為加強設(shè)備安全運行的技術(shù)監(jiān)督，有效彌補定期停電試驗所不具備的及時性、等效性、靈敏性，對電氣設(shè)備尤其是容性設(shè)備運行狀態(tài)進行有效地實時監(jiān)測成為推行狀態(tài)維修的必要途徑。同時，試驗人員結(jié)合帶電測試、在線監(jiān)測和防預(yù)性試驗，根據(jù)在線監(jiān)測的結(jié)果可合理安排預(yù)試時間，延長電氣設(shè)備預(yù)試及大修周期，為設(shè)備狀態(tài)維護打下基礎(chǔ)。

1 容性在線監(jiān)測裝置應(yīng)用分布

截止2013年初，某供電局容性在線監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用已逐步開展推廣。據(jù)統(tǒng)計，已運行容性在線監(jiān)測裝置在500kV 變電站覆蓋率為33.3%、220kV 變電站覆蓋率為22.2%、110kV 變電站覆蓋率為1.4%；涵蓋到2012年基建項目，該裝置在500kV 變電站覆蓋率為100%、220kV 變電站覆蓋率為44.4%。具體變電站監(jiān)測類型、電壓等級、數(shù)量如表1、圖1所示。

表1 某供電局容性在線監(jiān)測裝置數(shù)量統(tǒng)計表

容性設(shè)備絕緣監(jiān)測已投入運行的變電站有500kV 變電站一座、220kV 變電站三座和110kV 數(shù)字化變電站一座共計六座變電站，其運行情況良好，能正常采集監(jiān)測信號，周期性巡檢，能保證數(shù)據(jù)的安全，現(xiàn)場報警功能正常，除筑東變其余5 個站數(shù)據(jù)上傳正常。當(dāng)前正在施工安裝的變電站有500kV變電站兩座、220kV 變電站三座共計六座變電站。涉及設(shè)備項目有變壓器套管介損及電容量、電流互感器介損及電容量、耦合電容器（電容式電壓互感器）介損及電容量、避雷器交流泄漏電流。

圖1 某供電局容性設(shè)備在線監(jiān)測裝置分布圖

2 容性在線監(jiān)測裝置測量方法

目前，容性在線監(jiān)測裝置基本采用穿芯方式的電流傳感器作為信號取樣方式。但是，正常運行情況下電容型設(shè)備、特別是金屬氧化物避雷器泄漏電流較小，應(yīng)用傳統(tǒng)CT 以穿芯方式取樣，難以保證測量準確度，更主要的是原、副邊信號相角差遠遠不能滿足測量要求。因此，要求提供高精度小電流傳感器，在穿芯方式下能夠測量300μA～50mA 的交流電流，且幅值測量精度達到0.1 級，相角不確定度<2’。鑒于戶外使用，要求環(huán)境溫度在-35℃～65℃范圍內(nèi)，測量結(jié)果滿足準確度要求。考慮到避雷器動作等特殊情況下的安全問題，要求電流傳感器能夠安全耐受8/20μs 10kA 的沖擊電流。

電容量的測量采用絕對值法，既分別測量系統(tǒng)電壓的幅值U和電容電流I，計算電容量C=I/2πfU。計算過程分三步：第一步，電容型設(shè)備監(jiān)測單元n在本地采集計算末屏電流幅值Icn；第二步，系統(tǒng)電壓單元同步采集計算系統(tǒng)電壓的幅值U1；第三步，統(tǒng)電壓單元將結(jié)果U1發(fā)送到電容型設(shè)備監(jiān)測單元電容型設(shè)備監(jiān)測單元n接收U1，利用公式C=I/2πfU計算出電容量Cn=Icn/2πfU1。

設(shè)備介損值一般采用分布式相對介損在線測量方法，那是由于電壓互感器角差受二次負荷等因素影響，變化較大，0.2 級的電壓互感器角差允許為±10’，引起的介損變化范圍為±0.28%；而0.5 級的電壓互感器角差允許為±20’，引起的介損變化范圍為±0.56%；而且會隨著電壓互感器二次負荷（繼電保護負荷）等因素的變化產(chǎn)生較大的變化。因此，電壓互感器的二次電壓信號不能作為介損測量的基準[1]。

介損測量采用相對值法。即測量電容型設(shè)備n的電容電流Icn與相同母線段上的一組電容型設(shè)備1的電容電流Ic1的相位差，計算相對介損值tgδ相對=tg(δIcn-δIc1)。每個監(jiān)測單元都設(shè)有基準電流傳感器，通過取樣電阻將220V 的供電電源電壓變換成電流信號[2]。

3 容性在線監(jiān)測數(shù)據(jù)誤差分析與防范

在長達兩年監(jiān)測這些大量的數(shù)據(jù)統(tǒng)計中發(fā)現(xiàn)，監(jiān)測容性設(shè)備的介質(zhì)損耗tgδ值，介損的測量結(jié)果數(shù)據(jù)相對比較穩(wěn)定，分散性也較小，但與停電預(yù)防性試驗相的比較，其絕對值差異較大，且無規(guī)律性。通過數(shù)據(jù)分析研究發(fā)現(xiàn)基準電壓信號取樣精度誤差、外界電磁干擾、空間干擾、環(huán)境干擾、設(shè)備絕緣狀況變化都是導(dǎo)致在監(jiān)測數(shù)據(jù)尤其是介損測量結(jié)果及精度的嚴重變化。究其原因有以下幾種。

1）互感器角差的影響

采用“PT 基準信號法”雖然能獲得絕對的tgδ，但因PT 的副邊和原邊有一定的角差，即使二次繞組準確等級是0.2 級的，其角差δ<20 分，相當(dāng)于0.58%弧度，而正常電容型設(shè)備的介質(zhì)損耗通常較小，僅在0.2%～0.6%之間，顯然這會嚴重影響檢測結(jié)果的真實性。

2）PT 二次負荷變化的影響

電壓互感器的測量精度與其二次側(cè)負荷的大小有關(guān)，如果PT 二次負荷不變，則角差基本固定不變。目前，國內(nèi)絕大多數(shù)母線PT 二次側(cè)為兩個線圈，其中一個0.5 級的線圈供繼電保護和測量儀表共用一個線圈，另一個1.0 級線圈供開口三角形使用。由于介損測量時基準信號的獲取只能與繼電保護和測量儀表共用一個線圈，且該線圈的二次負荷主要由繼電保護決定，故隨著變電站運行方式的不同，所投入使用的繼電保護會作相應(yīng)變化，故PT 的二次負荷通常是不固定的，這必然會導(dǎo)致角、比差變化，從而影響介損測試結(jié)果的穩(wěn)定性，歷次測量數(shù)據(jù)可比性重較差，故難以準確判斷設(shè)備的絕緣性能[3]。

3）環(huán)境溫度及外絕緣污穢程度的影響

電容型設(shè)備瓷套表面污濕嚴重時，將影響內(nèi)、外絕緣的整體電場分布，介質(zhì)損耗隨之變化；如果抽壓小套管絕緣受潮，因分流作用，同樣也會導(dǎo)致介損測試結(jié)果失真。因此，在線檢測工作必須在瓷套表面干燥清潔時進行，最好選擇雨后過天晴后的一段時間，并同時記錄下測量時的環(huán)境溫度、相對濕度及變電站的運行方式，以便對測試結(jié)果進行縱向?qū)Ρ取１O(jiān)測數(shù)據(jù)受濕度影響較大，晝夜溫差會導(dǎo)致數(shù)據(jù)規(guī)律性變化，如圖2所示。

圖2 容性在線監(jiān)測數(shù)據(jù)圖 （受環(huán)境溫度及外絕緣污穢影響）

4）變電站電場干擾對測試結(jié)果的影響

變電站內(nèi)的運行電氣設(shè)備除了要承受工作電壓的作用，還會受相鄰的其它電氣設(shè)備產(chǎn)生的電場影響。對于“一”字形排列的電氣設(shè)備，通常的表現(xiàn)方式是A 相測試結(jié)果偏大，B 相結(jié)果中，C 相測試結(jié)果偏小。如果變電站的運行方式不變，則電場干擾對測試結(jié)果的影響也是較為固定的。因此，前后兩次的在線測試工作最好在同一運行方式下進行，以便對測試結(jié)果進行縱向比較。

5）參考電壓與被測設(shè)備不在同一母線上造成測量誤差

受母線不同運行方式的影響，當(dāng)分段運行時，母線電壓角差導(dǎo)致非運行于當(dāng)前采集電壓母線的被監(jiān)測設(shè)備數(shù)據(jù)出現(xiàn)一致性偏差。圖3為220kV 變電站110kV II 母電容式電壓互感器2011年10月12日至13日的介損數(shù)據(jù)變化趨勢。

圖4為220kV 變電站110kV I 母電容式電壓互感器2011年10月12日至13日的介損數(shù)據(jù)變化趨勢。據(jù)分析：該變電站變110kV 母線運行方式為分段運行，在線監(jiān)測系統(tǒng)采集的參考電壓為110kV II 母，所以運行于II 母的CVT 介損數(shù)據(jù)較運行于I 母的CVT 更接近真實值，需要強調(diào)的是II 母CVT 介損數(shù)據(jù)較離線測量值偏大，也是由于CVT 二次繞組的角差導(dǎo)致的。

圖3 容性設(shè)備介損數(shù)據(jù)變化趨勢圖

圖4 容性設(shè)備介損數(shù)據(jù)變化趨勢圖

6）傳感器取樣信號接頭BNC 由于焊接工藝不良造成測試數(shù)據(jù)誤差時好時壞

通過一年多年的試運行，三個220kV 變電站已發(fā)現(xiàn)大量運行裝置因取樣傳感器接頭BNC 接觸不良造成數(shù)據(jù)異常問題，分析其原因在于該公司同批次接頭焊接工藝普遍存在工藝質(zhì)量低，屬產(chǎn)品質(zhì)量問題。

7）在線監(jiān)測裝置部分信號線插頭接觸不良造成數(shù)據(jù)異常

如表2所示，某220kV 變電站220kV 峰扎I 回線203 電流互感器在運行時，監(jiān)測裝置在2012年8月13日10 時9 分發(fā)現(xiàn)其C 相介損超標達9.908%，同時該相電壓僅為123.2kV。經(jīng)過現(xiàn)場進行裝置檢查，排查出該裝置多路開關(guān)C 相37 針插頭有松動，且C 相參考電壓控制開關(guān)也存在接觸不良，最終造成電壓、介損數(shù)據(jù)都超標現(xiàn)象， 經(jīng)過處理該異常數(shù)據(jù)在2012年8月13日11 時44 分恢復(fù)正常。

表2 在線監(jiān)測數(shù)據(jù)清單表

4 典型容性在線監(jiān)測裝置故障分析與處理

下面介紹幾種典型裝置內(nèi)部故障數(shù)據(jù)分析樣本。

1）圖5、圖6兩張圖中數(shù)據(jù)異常，經(jīng)過故障排查分析：在線監(jiān)測裝置內(nèi)工頻交流單元故障，造成采樣電壓不穩(wěn)，數(shù)據(jù)發(fā)生異常。

圖5 容性設(shè)備在線監(jiān)測數(shù)據(jù)圖

圖6 容性設(shè)備在線監(jiān)測數(shù)據(jù)圖

2）圖7、圖8兩張圖中數(shù)據(jù)異常,經(jīng)過分析：2號主變220kV 套管C 相電容偏小且電流偏小（多路開關(guān)接頭存在接觸不良）。

3）圖9表示 2 號主變220kV 套管C 相數(shù)據(jù)異常（因接頭接觸不良導(dǎo)致數(shù)據(jù)異常已處理好），圖10表示1 號主變220kV 套管C 相無信號（BNC 接頭接觸不良）。

圖7 容性設(shè)備在線監(jiān)測數(shù)據(jù)圖

圖8 容性設(shè)備在線監(jiān)測數(shù)據(jù)圖

圖9 容性設(shè)備在線監(jiān)測數(shù)據(jù)圖

圖10 容性設(shè)備在線監(jiān)測數(shù)據(jù)圖

因電壓互感器二次角差帶來的影響導(dǎo)致數(shù)據(jù)部穩(wěn)定，可考慮采用相對比較法測量相對介損。即用同相兩個電容型設(shè)備的介質(zhì)損耗進行比較，一臺做為基準，另一臺被測，基準電壓直接就是母線電壓。各臺電容型設(shè)備在正常情況下的介質(zhì)損差別不大，在同樣的環(huán)境、氣候、干擾和PT 角差的情況下，介質(zhì)損的變化量相當(dāng)，根據(jù)變化量的大小來反映絕緣狀況。這樣可以避免了PT 角差的影響，并且減少環(huán)境溫度、濕度、操作電壓、負荷條件和操作條件等因素的干擾，具有較好的一致性和重復(fù)性，可以根據(jù)其變化趨勢判斷設(shè)備的絕緣性能。

5 典型容性在線監(jiān)測裝置故障分析

以某500kV 變電站為例，容性設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)共安裝了42 套監(jiān)測設(shè)備，其每個監(jiān)測設(shè)備監(jiān)測3個參量，數(shù)據(jù)采樣頻率為每小時一次，一年下來共計有（39×3+2）×24×365=1042440 個監(jiān)測數(shù)據(jù)，每年產(chǎn)生約為一百萬個數(shù)據(jù)記錄。參照計算，某一220kV 變電站每年產(chǎn)生容性設(shè)備在線監(jiān)測數(shù)據(jù)：（30×3+7）×24×365=849720 個監(jiān)測數(shù)據(jù)，每年產(chǎn)生約為85 萬個數(shù)據(jù)記錄；某二220kV 變電站每年產(chǎn)生容性設(shè)備在線監(jiān)測數(shù)據(jù)：（43×3+17）×24×365= 1278960 個監(jiān)測數(shù)據(jù)，每年產(chǎn)生約為128 萬個數(shù)據(jù)記錄；某三220kV 變電站每年產(chǎn)生容性設(shè)備在線監(jiān)測數(shù)據(jù)：（31×3+7）×24×365=876000 個監(jiān)測數(shù)據(jù)，每年產(chǎn)生約為87 萬個數(shù)據(jù)記錄。四個變電站累計每年產(chǎn)生出4047120 個監(jiān)測數(shù)據(jù)，見表3。

表3 在線監(jiān)測數(shù)據(jù)量統(tǒng)計表

以某一220kV 變?yōu)槔?，?011/7/21-2012/6/26（341 天）為一個計算周期，容性設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)分別在7.27~8.2；9.4~9.7；9.23~10.10；10.12~11.1；11.5~11.10；12.4~12.9；12.11~12.19；12.28~12.29；1.9~1.11；3.3~3.5；3.20~3.25；4.25~5.5；（96 天）時間內(nèi)發(fā)生裝置異常、數(shù)據(jù)未采集上傳等故障，數(shù)據(jù)丟失率累計為28.15%，監(jiān)測裝置年正常運行率僅為71.85%。

某500kV 變參照此統(tǒng)計，以2011/7/27-2012/6/26（365 天）為一個計算周期，容性設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)分別在7.20~7.26；8.27~9.8；9.13~9.19；9.23~10.11；11.13~1.4；5.31~6.25（141 天）時間內(nèi)發(fā)生裝置異常、數(shù)據(jù)未采集上傳等故障，數(shù)據(jù)丟失率累計為38.63%，監(jiān)測裝置年正常運行率僅為61.37%。

6 結(jié)論

在加強現(xiàn)有在線監(jiān)測裝置運維管理情況下，在線監(jiān)測數(shù)據(jù)可以作為停電預(yù)防性試驗的重要補充，某些試驗項目甚至可以替代進行，如變壓器油色譜項目、電容型設(shè)備介損、等值電容量，避雷器的泄露全電流等。在線監(jiān)測系統(tǒng)得到良好的管理和維護，能準確地保證在線監(jiān)測系統(tǒng)的良好的運行，確保其在線監(jiān)測數(shù)據(jù)能真實地反映的一次設(shè)備的運行情況。要定期安排在線監(jiān)測系統(tǒng)的檢測工作及裝置運行維護工作，保證在線監(jiān)測系統(tǒng)和裝置正常使用和數(shù)據(jù)的準確性，必要時可以使用帶電測試進行對比校驗，作為設(shè)備狀態(tài)評價的必要手段。在合適條件下，可安排專人長期開展在線數(shù)據(jù)監(jiān)測及分析，保障數(shù)據(jù)及時準確。

[1] 史保壯,楊莉,馮德開,等.智能技術(shù)在絕緣在線診斷系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].高壓電器,2001,37(1):32-34.

[2] 嚴璋.電氣絕緣在線檢測技術(shù)[M].北京:水利電力出版社,1995.

[3] 成永紅.電力設(shè)備絕緣檢測與診斷[M].北京:中國電力出版社,2001.