柴魯

(中國石油天然氣股份有限公司獨山子石化分公司動力公司,新疆克拉瑪依 833600)

絕緣在線監(jiān)測在獨山子電力系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

柴魯

(中國石油天然氣股份有限公司獨山子石化分公司動力公司,新疆克拉瑪依 833600)

35kV供電系統(tǒng)在獨山子供配電線路中占據(jù)著十分重要的地位,其運行的安全性,可靠性直接影響電力工程的正常生產(chǎn),但是這些設(shè)備在運行中由于不可避免受到電熱、機械和環(huán)境等各種因素的影響其絕緣介質(zhì)不斷劣化使運行狀態(tài)不佳,甚至發(fā)生各種故障,引發(fā)局部乃至大面積停電,造成巨大的直接和間接經(jīng)濟損失和社會影響。本文主要闡述了在線絕緣監(jiān)測系統(tǒng)的功能及特性,探討新的在線絕緣監(jiān)測技術(shù),為今后的在線絕緣監(jiān)測工作提供借鑒。

35kV供電系統(tǒng) 絕緣電阻 在線監(jiān)測

1 引言

高壓電氣設(shè)備在電力系統(tǒng)中運行時，如果其內(nèi)部存在因制造不良、老化以及外力破壞造成的絕緣缺陷，會發(fā)生影響設(shè)備和電網(wǎng)安全運行的絕緣事故。這類由于絕緣電阻損壞引起的事故占了很大的比重。因此絕緣電阻的好壞是確保供電安全的最重要因素。

目前我國對高壓電氣設(shè)備的絕緣監(jiān)督依據(jù)《電氣設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程》定期進行試驗和維護。由于預(yù)防性試驗通常不考慮設(shè)備的運行狀況，到期必修，有效性和靈敏度低，不能完全適應(yīng)電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟、穩(wěn)定運行需求。而電氣設(shè)備絕緣在線監(jiān)測技術(shù)作為實行狀態(tài)維修的前提，已成為近年來國內(nèi)外高壓領(lǐng)域的研究熱點。實踐表明，在線監(jiān)測高壓設(shè)備的絕緣參數(shù)，既可及時發(fā)現(xiàn)潛伏性故障、防止重大絕緣事故、提高供電可靠性，又可減少設(shè)備停電試驗和維護的盲目性。

2 絕緣在線監(jiān)測技術(shù)研究的發(fā)展概況

絕緣在線監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展大體經(jīng)歷了三個階段。

(1)第一階段是帶電測試階段，這一階段起始于70年代左右。當(dāng)時人們僅僅是為了不停電而對電氣設(shè)備的某些絕緣參數(shù)(如泄露電流)進行直接測量。設(shè)備簡單，測試項目少，靈敏度較差。

(2)第二階段從80年代開始，研制出各種專用的帶電測試儀器，使在線監(jiān)測技術(shù)從傳統(tǒng)的模擬量測試走向數(shù)字化測量，擺脫將儀器直接接入測試回路的傳統(tǒng)測量模式，取而代之的是使用傳感器將被測量的參數(shù)直接轉(zhuǎn)換成電器信號。

(3)第三階段是計算機技術(shù)的出現(xiàn)和推廣使用，本世紀(jì)初，電力部門逐步利用計算機技術(shù)、傳感技術(shù)和數(shù)字波形采集與處理技術(shù)，實現(xiàn)更多的絕緣參數(shù)在線監(jiān)測。這階段的在線監(jiān)測信息量大、處理速度快，可以對監(jiān)測參數(shù)實時顯示、儲存、打印、遠傳，實現(xiàn)了絕緣在線監(jiān)測的自動化。截至目前，這種智能化的在線監(jiān)測的技術(shù)已經(jīng)在電力系統(tǒng)設(shè)備缺陷檢測中得到廣泛應(yīng)用，并積累了許多有效的經(jīng)驗，這種智能化的在線監(jiān)測的技術(shù)代表了未來絕緣在線監(jiān)測的發(fā)展方向。

3 已實施絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)要點分析

3.1 實測法(直流疊加法)的理論依據(jù)

在停電情況下測量設(shè)備或系統(tǒng)的絕緣電阻，眾所周知采用搖表(不同電壓等級)或兆歐表。根據(jù)絕緣電阻特點：對絕緣電阻必須外加能量施壓到絕緣體上。必須對不同用途的絕緣電阻施加不同電壓等級的直流電壓。將不同電壓等級的直流電施加到高壓運行中的交流電系統(tǒng)與地之間，測得其系統(tǒng)的對地絕緣電阻的方法，國際上稱之為直流疊加法。用上述的方法在帶電情況下測得系統(tǒng)的絕緣電阻值與停電時測得的系統(tǒng)的絕緣電阻值是一樣的。用兆歐表測量帶電的電氣設(shè)備或系統(tǒng)與測量不帶電的電氣設(shè)備或系統(tǒng)均屬于非破壞性質(zhì)，因為兆歐表的內(nèi)阻是可變化，當(dāng)被測的絕緣電阻值很高時，施加在絕緣電阻上的電壓是全壓，一旦絕緣電阻下降時，施加在其上的直流電壓也下降。

我公司目前使用的是北京中聯(lián)太信科技有限公司生產(chǎn)的TXJK型高壓電力系統(tǒng)在線絕緣監(jiān)測儀。

其原理是采用直流疊加法，其主要特點：對高壓交流系統(tǒng)施加的測量絕緣電阻的直流電壓為1500V～2500VDC，符合規(guī)程規(guī)定用于測量高壓電氣設(shè)備的兆歐表，實用性強。期中：TXJK-Ⅰ-F適用于發(fā)電機絕緣電阻在線測量，TXJK-Ⅰ適用于母線系統(tǒng)絕緣電阻在線測量，TXJK-Ⅱ適用于電氣設(shè)備及支路絕緣電阻在線測量。

3.2 絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)成

目前的在線監(jiān)測系統(tǒng)通常分為硬件和軟件兩大部分。硬件電路包括傳感器部分、前置處理電路部分、數(shù)字波形采集裝置、現(xiàn)場通信控制電路等，它能實現(xiàn)信號的轉(zhuǎn)換、放大、濾波、觸發(fā)、采樣等多種功能。主要完成數(shù)據(jù)信號的采集、程控放大、濾波等功能。軟件部分根據(jù)所建立的數(shù)學(xué)模型，應(yīng)用FFT等分析方法，計算介損、局放、頻率、電容、各次泄漏電流等物理量，存入數(shù)據(jù)庫，作為分析故障可能性的判據(jù)。在線監(jiān)測系統(tǒng)一般由傳感器系統(tǒng)、信號采集系統(tǒng)、分析診斷系統(tǒng)組成。

(1)傳感器系統(tǒng)：主要用于信號采樣及傳輸，由各種傳感器和信號傳輸電纜組成。傳感器主要用于實現(xiàn)與一次運行設(shè)備的隔離，采集需要的傳輸信號傳輸給信號處理部分。

(2)信號采集系統(tǒng)：主要對采樣信號進行處理并輸入計算機，將傳感器得到的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量進行傳輸，利用低通濾波、過零整形等數(shù)字濾波技術(shù)對采集到的信號進行濾波處理，消除輸入信號中的直流成分和高頻信號，抑制干擾，提取真實信號，并進行信號的還原。

(3)分析診斷系統(tǒng)：主要對采集到的信號進行分析、處理、診斷，得到所測電力設(shè)備絕緣的當(dāng)前狀況，根據(jù)電力設(shè)備絕緣監(jiān)測的要求顯示、儲存所測量的各種數(shù)據(jù)、結(jié)果，必要時可打印出來，對超標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備提示報警，向上一級控制中心傳輸信息或接受命令。

獨山子絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)共有四套監(jiān)測儀，分別安裝在東區(qū)變35kV中性點(經(jīng)消弧線圈接地)處兩套，二電1F、2F主變公用消弧線圈處一套，3F、4F主變公用消弧線圈處一套；每套裝置由監(jiān)測儀和附屬設(shè)備組成；監(jiān)測儀分為Ⅰ型和Ⅱ型兩種。Ⅰ型監(jiān)測儀可對母線及其附屬電氣設(shè)備進行連續(xù)絕緣監(jiān)測，Ⅱ型監(jiān)測儀則對母線上各支路及單臺電氣設(shè)備進行絕緣監(jiān)測。上述四套裝置中，四條母線處各安裝一臺Ⅰ型監(jiān)測儀，共4臺；母線上各饋電出線各安裝1臺Ⅱ型監(jiān)測儀，派生出線也安裝Ⅱ型監(jiān)測儀；二電、東區(qū)變分別安裝Ⅱ型監(jiān)測儀9臺，共18臺。上述監(jiān)測儀分裝于主控室的4個專用儀表柜上，分別為二熱電、南站、東區(qū)變、水源中心變，并通過各自的CRT屏幕顯示檢測結(jié)果，還通過儀表顯示各處的泄露電流等數(shù)值。根據(jù)Ⅰ型監(jiān)測儀的要求，各中性點消弧線圈和PT處均對地加裝隔直電容；根據(jù)Ⅱ型監(jiān)測儀的要求，在通往各站的電纜線上套入磁環(huán)。這套絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)的主要性能如下：(1)顯示系統(tǒng)主接線圖；(2)顯示故障母線及所帶支路(顯示紅色)，列表顯示各參數(shù)，顯示絕緣電阻變化趨勢及斜率分析；(3)可越限報警；(4)儲存歷史數(shù)據(jù)。

4 已實施絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)效果

在調(diào)試過程中，發(fā)現(xiàn)原以為正常運行的變電站，居然存在著巨大的安全隱患——35kV系統(tǒng)對地絕緣電阻值已降低到幾近崩潰的邊緣！2011年底，在東區(qū)變調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)十區(qū)總變的1個PT對地絕緣劣化，絕緣電阻值只有0.014 MΩ！2012年4月，在動力站調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)北開1#線線路PT絕緣電阻值較低， 在整個安裝調(diào)試過程中，共計發(fā)現(xiàn)了2個隱藏在35kV系統(tǒng)內(nèi)的隱患，避免了2次非計劃停電事故，同時，也證明Ⅰ型監(jiān)測儀性能十分強大，它能夠在14公里外測出系統(tǒng)的絕緣缺陷，還能夠準(zhǔn)確測出并顯示系統(tǒng)的對地絕緣電阻值，真的實現(xiàn)了“觀察系統(tǒng)絕緣狀況就像觀察電壓電流那么方便”。

2012年4月，東區(qū)變35kV出線二水源2#線電纜被施工車輛碾壓的電纜溝蓋板損傷，引起東區(qū)變35kV絕緣電阻在線監(jiān)測系統(tǒng)報警，在電纜進行處理后，整個35kV系統(tǒng)絕緣值顯示正常，恢復(fù)正常供電。

5 結(jié)語

高壓電氣設(shè)備絕緣在線監(jiān)測技術(shù)的充分運用，可以實時掌握變電站內(nèi)高壓電氣設(shè)備的絕緣狀況，對提高設(shè)備運行維護水平，及時發(fā)現(xiàn)事故隱患，合理分配人力物力資源，減少停電事故有著積極的意義?，F(xiàn)階段無線通訊技術(shù)、計算機技術(shù)、傳感器技術(shù)的發(fā)展為高壓電氣設(shè)備絕緣在線監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展提供了有力的保證，我公司也在此良機下大力開展在線監(jiān)測技術(shù)，計劃通過逐步試點到最后的推廣，最終達到全公司變電站都能采用在線監(jiān)測技術(shù)，解決定期停電預(yù)防性試驗的種種缺點，保證電網(wǎng)能在最好的狀態(tài)下安全、穩(wěn)定的運行。但是現(xiàn)如今，高壓電氣設(shè)備絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)還不夠完善，為此對其作如下展望：(1)在不斷積累監(jiān)測數(shù)據(jù)和診斷經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，發(fā)展人工智能技術(shù)，建立專家系統(tǒng)，實現(xiàn)絕緣診斷自動化；(2)不斷提高監(jiān)測系統(tǒng)的靈敏度和可靠性，如實現(xiàn)采樣裝置的快速響應(yīng)和高靈敏度、高穩(wěn)定度；(3)對系統(tǒng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行網(wǎng)絡(luò)化、智能化的管理，以便有關(guān)人員對設(shè)備管理作出更加高效、準(zhǔn)確的決策。

[1]肖登明.電力設(shè)備在線監(jiān)測與故障診斷[M].上海交通大學(xué)出版社, 2005.

[2]蘇樹桐.高壓電氣設(shè)備絕緣在線監(jiān)測技術(shù)淺析[J].機電信息, 2011,30(312):33-35.

[3]Q/CSG10007—2004電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程.中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司發(fā)布.

[4]嚴(yán)璋.電氣絕緣在線監(jiān)測技術(shù).北京電力出版社,1995.

[5]關(guān)根志,賀景亮.電氣設(shè)備的絕緣在線監(jiān)測與狀態(tài)維護.武漢水利電力大學(xué),2002.