張軍偉++高平平

摘 要

本文主要介紹了我國(guó)在輸變電設(shè)備在線監(jiān)測(cè)、帶電檢測(cè)技術(shù)方面的發(fā)展情況，為這兩方面工作的優(yōu)化改善提供參考。

【關(guān)鍵詞】輸變電設(shè)備 在線監(jiān)測(cè) 帶電檢測(cè)

在全世界范圍內(nèi)對(duì)于輸變電設(shè)備在線監(jiān)測(cè)及帶電檢測(cè)技術(shù)的研究已經(jīng)持續(xù)了近40年。因?yàn)楫?dāng)前電氣設(shè)備的種類和結(jié)構(gòu)作用不盡相同，相應(yīng)的檢測(cè)手段和檢測(cè)重點(diǎn)也就有所差異。就當(dāng)前我國(guó)的檢測(cè)水平來(lái)說(shuō)，比較成熟的技術(shù)包括變壓器、GIS及罐式斷路器等設(shè)備局部放電監(jiān)測(cè)、變壓器油色譜分析、電容性設(shè)備電容量及介損帶電測(cè)試、氧化鋅避雷器泄漏電流監(jiān)測(cè)、紅外測(cè)溫、紫外檢測(cè)等。

1 變壓器在線監(jiān)測(cè)

變壓器是整個(gè)電力系統(tǒng)中的核心部分，所以變壓器的穩(wěn)定運(yùn)行是對(duì)整個(gè)系統(tǒng)功能發(fā)揮、實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的重要前提。對(duì)于變壓器在線監(jiān)測(cè)主要是針對(duì)以下幾個(gè)指標(biāo)：變壓油中氣體的成分和含量、局部放電強(qiáng)度和位置的確定、繞組發(fā)生的形狀改變、鐵芯接地電流監(jiān)測(cè)及振動(dòng)頻譜。

1.1 變壓油中氣體的成分和含量的檢測(cè)

對(duì)于變壓器當(dāng)中變壓油內(nèi)溶解的氣體成分和含量的檢測(cè)，能夠很好的反應(yīng)出變壓器的潛在隱患，尤其是對(duì)過(guò)熱性、電弧性和絕緣破壞性的問(wèn)題提供很好的依據(jù)。

當(dāng)前對(duì)于變壓油中氣體的成分和含量的檢測(cè)技術(shù)儀器中較為成熟的是美國(guó)Serveron公司研制的T8檢測(cè)儀，該儀器既能夠?qū)θ芙庠谧儔河椭械母黝悮怏w進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)對(duì)油中的水分和溫度加以檢測(cè)，獲得到的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)分析便可以對(duì)系統(tǒng)的故障進(jìn)行判斷。在我國(guó)國(guó)內(nèi)，由寧波制造出來(lái)的MGA2000變壓器色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)也已經(jīng)投入到了1 000 kV荊門(mén)變、750 kV輸變電示范工程當(dāng)中；由河南研制出來(lái)的3000型在線監(jiān)測(cè)色譜儀，已經(jīng)能夠?qū)⒆儔河椭兴械慕M成成分進(jìn)行精確分析。

1.2 局部放電強(qiáng)度和位置監(jiān)測(cè)

局部放電是一種常見(jiàn)的變壓器故障。在我國(guó)高壓變壓器發(fā)生的故障當(dāng)中，一半以上都是由于產(chǎn)生了繞線間的短路，這都是由局部放電引起的。由于變壓器的內(nèi)部構(gòu)造和絕緣部件比較復(fù)雜，如果最初的設(shè)計(jì)方案存在紕漏，就會(huì)使變壓器內(nèi)部出現(xiàn)局域性的高場(chǎng)強(qiáng)，在硬件加工過(guò)程中也同樣會(huì)帶入氣泡，變壓油發(fā)生裂解、變壓器內(nèi)部的震動(dòng)和趨于高溫都會(huì)形成氣泡，最終造成局部放電情況的出現(xiàn)，進(jìn)而使絕緣部分受到損毀。

當(dāng)前對(duì)于變壓器局部放電的檢測(cè)包括方法：脈沖電流法、射頻檢測(cè)法、放電能量檢測(cè)法、聲測(cè)法、超高頻法。幾種方法當(dāng)中射頻檢測(cè)法和超高頻法具有較好的檢測(cè)穩(wěn)定性和準(zhǔn)確度，同時(shí)不受外界環(huán)境因素的干擾，同時(shí)隨著對(duì)信號(hào)數(shù)據(jù)采集技術(shù)的發(fā)展，這兩種檢測(cè)手段也收受到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

1.3 對(duì)繞組形變的監(jiān)測(cè)

在變壓器當(dāng)中由于繞組形變引起的故障也非常多，因此電力部門(mén)對(duì)于這一項(xiàng)目的檢測(cè)也逐漸重視起來(lái)。我國(guó)對(duì)于繞組形變檢測(cè)的最常用兩種方法包括頻率響應(yīng)分析法和低壓脈沖法。

將待測(cè)量范圍頻段區(qū)分開(kāi)能夠很大程度的提升FRA診斷準(zhǔn)確率，特征參數(shù)選定為所有波段內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)差。LVI要比FRA對(duì)非實(shí)驗(yàn)繞組形變帶來(lái)的影響程度小，同時(shí)出現(xiàn)故障時(shí)也能較為容易的找到故障點(diǎn)所在位置，但相同情況下兩次間隔較長(zhǎng)的試驗(yàn)結(jié)果出入會(huì)較大，即LVI的重復(fù)性較差。

在變壓器中繞組的體積和所處位置會(huì)直接影響到其內(nèi)部阻抗及相應(yīng)的電感分量，所以研究人員也越來(lái)越重視以在線監(jiān)測(cè)電抗的手段來(lái)推斷繞組的狀態(tài)，這種方法相比于之前的方法有了更好的重復(fù)性和穩(wěn)定性，但又因?yàn)橹荒芡ㄟ^(guò)一個(gè)參量來(lái)體現(xiàn)，繞組產(chǎn)生不明顯形變時(shí)，從單一參量上不能顯著的體現(xiàn)出來(lái)。

1.4 鐵芯接地電流的監(jiān)測(cè)

為了保證變壓器穩(wěn)定工作，為了避免鐵芯上產(chǎn)生對(duì)地電壓以及產(chǎn)生熱量造成的故障，就必須使鐵芯接地。而鐵芯接地電流是用來(lái)體現(xiàn)變壓器內(nèi)鐵芯發(fā)生故障的表征量，對(duì)于鐵芯接地電流一般采用穿心電流傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)的測(cè)量

1.5 變壓器振動(dòng)頻譜在線監(jiān)測(cè)

變壓器的振動(dòng)變化能夠間接體現(xiàn)出其內(nèi)部一些部件的物理性故障。在上個(gè)世紀(jì)的八十年代，一些發(fā)達(dá)國(guó)家就開(kāi)始通過(guò)對(duì)油箱振動(dòng)的監(jiān)測(cè)來(lái)確定未工作狀態(tài)下變壓器繞組以及鐵芯的狀態(tài)，通過(guò)試驗(yàn)可以得出，繞組和鐵芯存在物理學(xué)故障的變壓器發(fā)生的振動(dòng)和不存在故障的振動(dòng)有很大的區(qū)別。

國(guó)際上對(duì)于變壓器振動(dòng)頻的監(jiān)測(cè)方面的研究已經(jīng)進(jìn)行了20多年，目前我國(guó)國(guó)內(nèi)也只有為數(shù)不多的幾家高校和科研機(jī)構(gòu)從事該項(xiàng)技術(shù)的研究

2 電容型設(shè)備在線監(jiān)測(cè)技術(shù)

電容型設(shè)備主要包括電力電容器、電容式套管、高壓電流互感器、高壓電壓互感器及電容式電壓互感器等。一所變電站里的設(shè)備有近一半都屬于電容性，這些設(shè)備的絕緣工作也直接影響全站工作的穩(wěn)定運(yùn)行。對(duì)于電容性設(shè)備的監(jiān)測(cè)也在全部監(jiān)測(cè)設(shè)備工作當(dāng)中占有很大比重，當(dāng)前對(duì)于電容設(shè)備監(jiān)測(cè)主要從泄漏電流、電容量和介質(zhì)損耗三個(gè)方面。

2.1 泄漏電流和電容量的測(cè)量

對(duì)于泄漏電流通常是在末屏上獲得，因?yàn)闀?huì)受到較強(qiáng)電場(chǎng)的影響，所以對(duì)于傳感器的抗干擾性和工作的穩(wěn)定性都有很高的要求，通常選用性質(zhì)較為穩(wěn)定的坡莫合金，利用金屬外殼和多路線纜來(lái)屏蔽掉環(huán)境中的磁場(chǎng)干擾。如今更多的時(shí)候是直接將采集到的信號(hào)加以處理，泄漏電流和采集的母線電壓換算而得最終的電容量。

2.2 介質(zhì)損耗的測(cè)量

設(shè)備當(dāng)中的絕緣部分因潮濕產(chǎn)生的變質(zhì)，能夠利用介質(zhì)損耗的測(cè)量體現(xiàn)出來(lái)。對(duì)于這方面的研究已經(jīng)進(jìn)行了較長(zhǎng)的時(shí)間，最早的監(jiān)測(cè)方式是利用介損電橋原理，利用高壓標(biāo)準(zhǔn)電容C和R3等實(shí)地測(cè)試，這種方式比較容易因電場(chǎng)的干擾而產(chǎn)生較大的誤差；后來(lái)又利用到單片機(jī)進(jìn)行測(cè)量，但又被證明該方法也會(huì)因網(wǎng)諧波和元件零漂影響造成測(cè)量的不穩(wěn)定性。目前對(duì)介質(zhì)損耗測(cè)量較為常用的方法是諧波分析法，是利用比較電壓和電流的基波相位變化來(lái)得到介質(zhì)損耗的量。

3 金屬氧化物避雷器在線監(jiān)測(cè)技術(shù)

金屬氧化物避雷器電阻片會(huì)因?yàn)樗幁h(huán)境的影響發(fā)生老化和失效，因?yàn)榇嬖谥鴮?dǎo)致變電站母線短路的潛在隱患，所以這一部分的監(jiān)測(cè)工作也十分重要，通常我們有如下的幾種方法：總泄漏電流法、阻性電流三次諧波法、基波法和常規(guī)補(bǔ)償法等。其中補(bǔ)償法測(cè)量阻性泄漏電流是目前較為常用的方法。

4 斷路器和GIS設(shè)備在線監(jiān)測(cè)技術(shù)

斷路器和GIS設(shè)備是系統(tǒng)的閘門(mén)，其性能的優(yōu)劣會(huì)直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行安全。這部分監(jiān)測(cè)工作的內(nèi)容要根據(jù)斷路器的種類而確定，其中相對(duì)主要的幾項(xiàng)測(cè)量項(xiàng)目為：機(jī)械動(dòng)作特性、滅弧室電壽命和SF氣體監(jiān)測(cè)等。

4.1 機(jī)械動(dòng)作特性監(jiān)測(cè)

對(duì)于機(jī)械動(dòng)作特性的監(jiān)測(cè)要利用到不同種類的傳感器，對(duì)于連桿和觸頭部分振動(dòng)的監(jiān)測(cè)要利用到加速度傳感器；對(duì)于電流波形的監(jiān)測(cè)要利用到電流傳感器；對(duì)于斷路器工作中的行程監(jiān)測(cè)要利用到位移傳感器。

4.2 滅弧室電壽命監(jiān)測(cè)

滅弧室電壽命的監(jiān)測(cè)通過(guò)電流接通和斷開(kāi)的積累，來(lái)推測(cè)滅弧室燒蝕程度。

4.3 SF6斷路器和GIS設(shè)備SF6氣體監(jiān)測(cè)

對(duì)于SF6氣體的監(jiān)測(cè)是利用壓力和濕度傳感器來(lái)對(duì)泄露氣體的數(shù)量和濕度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

4.4 GIS設(shè)備振動(dòng)及局部放電監(jiān)測(cè)

對(duì)于GIS設(shè)備振動(dòng)監(jiān)測(cè)要利用到超聲波傳感器，對(duì)局部放電監(jiān)測(cè)利用到電磁傳感器，能夠很及時(shí)的發(fā)現(xiàn)其中產(chǎn)生的局部放電。

5 交聯(lián)聚乙烯電纜在線監(jiān)測(cè)技術(shù)

對(duì)于交聯(lián)聚乙烯電纜在線監(jiān)測(cè)技術(shù)國(guó)際上比較先進(jìn)的日本，我國(guó)在這方面還處在一個(gè)以日本技術(shù)為核心的參照進(jìn)行階段，國(guó)內(nèi)多數(shù)的監(jiān)測(cè)還是直接利用日本的技術(shù)和設(shè)備才能實(shí)現(xiàn)，幾種主要方法包括直流法、局部放電法、介損法、低頻成份法等。

6 輸電線路在線監(jiān)測(cè)技術(shù)

對(duì)書(shū)店線路的監(jiān)測(cè)主要在于線路和所處的工作環(huán)境相適應(yīng)的能力上，主要的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括雷電定位系統(tǒng)、微氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、輸電線路覆冰在線監(jiān)測(cè)、微風(fēng)振動(dòng)監(jiān)測(cè)、導(dǎo)線舞動(dòng)監(jiān)測(cè)、風(fēng)偏在線監(jiān)測(cè)、導(dǎo)線溫度監(jiān)測(cè)、絕緣子污穢度監(jiān)測(cè)及桿塔傾斜監(jiān)測(cè)等。

7 總結(jié)

結(jié)合目前輸變電設(shè)備在線監(jiān)測(cè)及帶電檢測(cè)技術(shù)現(xiàn)有狀態(tài)和未來(lái)趨勢(shì)，總結(jié)起來(lái)說(shuō)，就是監(jiān)測(cè)工作以絕緣狀態(tài)量為作為重點(diǎn)和出發(fā)點(diǎn)，向機(jī)械量和化學(xué)量的監(jiān)測(cè)上轉(zhuǎn)變和發(fā)展。除此之外，在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展還有另外一個(gè)趨向，就是以網(wǎng)絡(luò)作為媒介，將不同種類的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)量和非動(dòng)態(tài)檢測(cè)量結(jié)合起來(lái)，進(jìn)而更加全面和準(zhǔn)確的分析設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，并為之提供可靠的評(píng)價(jià)依據(jù)。

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作者簡(jiǎn)介

張軍偉（1986-），男。大學(xué)本科學(xué)歷?，F(xiàn)為國(guó)核電力規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院工程師。主要研究方向?yàn)檩旊娋€路。

高平平（1990-），男。大學(xué)本科學(xué)歷。現(xiàn)為國(guó)核電力規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院助理工程師。主要研究方向?yàn)檩旊娋€路。

作者單位

國(guó)核電力規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院 北京市 100095