变电站电气设备在线监测综述刘永平

变电站电气设备在线监测综述刘永平

刘永平

（二连浩特供电局内蒙古二连浩特市011100）

摘要：变电站是电力系统的重要组成部分，变电站的可靠性及运行状况直接决定整个系统的稳定和安全，因此必须时常检修变电站的电气设备保证变电站的正常运行，本文分析了现代变电站的电气设备在线监测的方法。

关键词：变电站；电气设备；在线监测

前言：

随着高压电气设备由于设计、制造、安装及运行维护等方面造成的频繁的事故，这些事故已经开始威胁到电网的安全运行。要想保证电网的安全运行，就必须对高压设备进行检修和运行管理，变电站以前在检修电气设备时采用的都是定期检修，这样的检修方法会产生“过剩维修”，严重影响供电的可靠性，和售电量，并且容易引发维修故障。在检修设备时会造成过多设备停电以及停复电操作，从而造成了电网的不完整性和操作带来的安全风险，这就造成了人力和财力的浪费，有时甚至会产生“维护不足”，降低供电的可靠性。

一、绝缘在线监测系统的原理

1.1变压器油中溶解气体在线监测单元

目前运行中的大型电力变压器，绝大多数是用变压器油来浸渍的，浸渍后绝缘及散热性能都有明显提高。油与绝缘纸（纸板、纸筒等）一样都是有机绝缘材料，在热、电、氧、水等多种因素作用下，容易逐渐裂解变质。色谱分析方法可用来对这些裂解出来的低分子气体进行分类定量监测，可在一定程度上反映出此油浸纸结构中的故障或老化过程。

在现场，从油中脱出气体的方法应用较多的是利用某些合成材料薄膜的透气性，让油中所溶解的气体经此膜而透析到气室里。整个监测装置可分为油气分离单元、气体检测单元和微机处理、控制及诊断单元。

1.2变电站电容型设备的在线监测

高压电容型设备绝缘的介质损耗角正切值tg是反映其绝缘性能的一项重要指标，运行中的MOA阴性泄漏电流能反映阀片的受潮、劣化程度，因此二者是绝缘在线监测的主要参量。对电容型设备tg的测量，被测的电压和电流信号分别从电压互感器（YH）副边和容性设备末屏上获取，MOA阻性电流信号从MOA的接地引下线上获取，采用高精度电压、电流传感器将YH和设备上的电压、电流变换成低压小电流信号，经电缆将信号送往前置处理板。

二、变电站电气设备在线监测要点

2.1氧化锌避雷器在线监测

氧化锌避雷器在线监测是针对避雷器在实际应用过程中出现的故障问题而提出的一种实时在线监测系统，该系统通过避雷器结构原理及故障特征分析，查找出一种氧化锌避雷器故障监测的最佳方法，并根据此方法进行氧化锌避雷器在线监测结构设计，以确保电力系统的安全运行。氧化锌避雷器在线监测的原理：首先，后台系统通过串口通信读取现场监测系统处理后的信号数据后，将其传输到氧化锌避雷器在线监测后台对应系统进行实时显示，并根据定时控制器将信号数据进行存储，方便于数据处理及之后的数据历史查询；其次，数据处理模块根据相应的判据原理对采集到的数据进行数据处理，已判断现场设备是否发生故障，无故障时数据处理模块继续对新采集到的数据进行处理，若设备存在故障隐患时，则启动智能告警模块，发出告警信号，便于运行人员及时发现现场电气设备故障隐患并进行及时处理，如设法倒负荷，将故障设备停电检修等，避免了因设备自身故障而造成的电网瓦解或设备爆炸等威胁电网、人身和设备安全的事故发生，确保了电网安全可靠经济运行氧化锌避雷器作为非常重要的变电设备，在实际使用中存在以下缺点：（1）由于避雷器不断经受过电压的冲击，阀片老化加速。（2）当避雷器阀片出现绝缘不良或者受潮后，系统正常运行状态下的泄露电流加大，增加线路的功率损耗。（3）常年在空气中经受粉尘雨雪的污染导致避雷器绝缘瓷片老化产生不平衡电流，此电流产生的功率将会减小避雷器的正常寿命。因此，实现氧化锌避雷器状态监测是电气设备研究的重中之重。国外的MOA避雷器在线监测技术已步入智能化监测阶段，通过应用先进的监测方法、诊断技术、告警等多种系统实现避雷器的综合实时在线监测。未来，避雷器在线监测系统将沿着全自动、多功能技术不断发展，可通过操作后台主机实现整个系统的控制，同时还可对实时检测得到的结果进行存储、远传、报警和打印等。此外，国外还出现了基于表面声波温度测量法和双电流传感器法等一些新的测量方法。根据国内外众多研究总结得出MOA主要监测方法有：全电流法、阻性三次谐波电流法、容性电流补偿法、基于温度的测量法、阻性基次谐波电流法。

2.2变压器油中气体故障诊断

变压器油的诊断主要依据油中所含气体的特征量，也称为变压器油中气体故障诊断。国外已成立大型变压器在线状态监测机构，其中早在20世纪，加拿大SYPROTEC公司就研发出世界上最早的变压器在线监测系统，文献[17]简述了该系统的工作原理，即油中溶解气体通过渗透膜的选择性后，在电化学传感器中和氧反应形成与反应速率成正比的电信号，通过对电信号的测量得出油中气体的特征量，以此来判断变压器的运行状态。我国变压器在线监测装置的开发研发与国际处于相同水平。其中对于变压器在线监测使用最多的是分析油中产生气体的方法，即通过分析所溶气体的含量监测判断其是否发生故障。此种方法已由国内外众多专家研究认可，在取得实用价值的同时形成了成熟的算法，如三比值分析法、自适应调整之模糊诊断分析法、大卫三角形分析法等。三比值法是利用C2H2/C2H4、CH4/H2及C2H4/C2H6三种比值作为诊断变压器故障模式依据，但准确率不高；自适应调整之模糊诊断分析法对三比值法的故障判别模式进行了修正，大大提高了三比值法判断的准确率，但由于其复杂的归属函数及推理规则，系统响应速度较慢；大卫三角形分析法利用CH4、C2H4、C2H2三种气体进行故障分析诊断，弥补了三比值法诊断过程中不足之处，两种分析方法相结合，诊断速度快，效率高，很大程度上提高了变压器运行的稳定性，确保电力系统的长期可靠运行。

2.3变压器铁芯接地故障诊断

变压器铁芯发生多点接地故障原因多、故障频率高、经济损失大，因此各个电力部门均十分重视变压器铁芯多点接地故障的研究，同时从铁芯结构、监测方式、处理方法等方面给出改进性建议。国外最早研发变压器铁芯接地故障诊断是美国电力科学院。早在1992年，随着美国能源开放政策的实施，变压器各个厂家开始不断的压缩成本，并想法对其实现智能化自动控制，这一举措很大程度上推动了铁芯接地在线监测系统的研发和应用。80年代后，欧洲、澳洲和日本等相继投入较大的人力和物力开始对其进行研发、推广。国内变压器铁芯接地故障诊断主要分为两种，即分散式和集中式。分散式是利用单一特征值对信号实施就地测量，集中式则是对电力设备进行重复的监测。两种方式各有自己的优缺点，分散式不能实现综合测量数据整合处理，而集中式的传感信号精度不。因此，国内变压器铁芯接地在线监测装置的研究具有十分重要的应用价值。从国内外研究现状可总结得到，变压器铁芯发生多点接地的故障检测方法主要有绝缘电阻测量法、油色谱分析法、接地线电流测量法。

结束语：

随着我国工业水平和科技水平的不断进步，对于变电站电力设备在线监测技术的应用已经越来越成熟，但是在实际的应用过程中仍然存在一定的缺陷，导致在线监测的效率和准确性不能够得到进一步的提升。因此，在电力企业的今后发展过程中，一方面要各项技术的综合应用，提升在线监测技术的可靠性和灵敏性，另一方面要对当前的在线监测系统进行优化，构建分布式的在线监测系统，实现对电力设备的集中监控和有效诊断。

参考文献：

[1]许燕雯.变电站电气设备在线监测研究.山西农经，2016，（01）：99.

[2]张勇.变电站高压电气设备在线绝缘监测系统的研究.山东大学，2015.

[3]杨永庆.探析变电站电气设备在线监测.甘肃科技纵横，2015，44（10）：39-40+96.