变电站电力设备在线监测技术简析

作者：潘柏崇

来源：《科技视界》 2014年第30期

潘柏崇

（广东电网发展研究院，广东 广州 510080）

【摘 要】本文介绍变电站电力设备在线监测技术的发展现状，对现阶段比较成熟的和正在推广和发展的在线监测技术进行介绍。

【关键词】电力设备；在线监测；变电站

0 前言

国内外对电力设备在线监测技术的探索和研究已有30多年，这些技术应用于电网设备也有相当长的一段时间，现阶段已有部分在线监测技术应用得比较普遍，某些在线监测设备已经成为常规配置。而其它技术由于还不够成熟稳定，应用的经济性不好，至今仍然处于发展和探索阶段。本文主要对现阶段应用得比较普遍的，以及已经发展得比较成熟，正在推广使用的在线监测技术作介绍和分析。

1 在线监测技术介绍

变电站里的电力设备种类繁多，结构各异，各种设备的在线监测要求都不同，因此在线监测技术含有多种项目。针对变压器的有油色谱在线监测、油中溶解气体检测、油中含水量检测、局部放电检测、套管电容量和介质损耗检测、铁芯接地电流检测、中性点接地电流检测等；针对GIS的主要有局部放电检测和气体密度检测等；针对断路器的有动作特性在线监测等；针对开关柜的有局部放电检测和在线测温等；针对避雷器的有泄漏电流、动作次数、阻性电流检测等。现阶段在电力系统中使用较普遍的在线监测项目主要是针对变压器和GIS的在线监测。针对其它设备的在线监测项目相对较少。

2 变压器在线监测

针对变压器的在线监测项目主要有油色谱在线监测、局部放电检测、油中含水量检测、套管电容量和介质损耗检测、铁芯接地电流检测、中性点接地电流检测等，其中油色谱在线监测、局部放电检测、油中含水量检测等技术应用较多，其它项目由于设备和技术的发展还不是非常完善，还没有得到普遍应用。

2.1 油色谱在线监测

变压器油色谱在线监测既可以监测油中的溶解气体，还可以监测油中微水含量。

油浸式变压器局部发生潜伏性的微型故障时，由于电晕和火花放电或局部过热的原因，导致变压器内部的纤维和绝缘油过热，释放出各种气体，这些气体包括氢气、一氧化碳、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等。这种潜伏性故障不影响其正常运行，但是随着时间推移，可能发展成为严重故障。

在变压器的运行维护过程中,变压器油中的微水含量是一个非常重要的指标，油中微水含量对油的绝缘性能有很大的影响，水分不仅能降低绝缘系统的击穿电压和增加介质损耗,而且它还

将直接参与油纸纤维等高分材料的化学降解反应,促使这些材料降解老化,从而加速绝缘系统各项性能的劣化；当油中微水含量超过一定阈值时,设备的绝缘性能将大大降低,严重时可导致绝缘击穿、烧毁设备等重大事故。

变压器油色谱在线监测的主要原理是在线及时监测绝缘油中溶解的各种故障特征气体或水分的浓度及变化趋势，分析判断变压器的运行状况，给运维人员提供实时的状态显示或警报。采用定期检测变压器油色谱的方法虽然也可获取变压器油中故障气体和水分的含量，判断变压器的运行状况，但受到检测周期的影响很难及时地发现变压器的潜伏性故障，而且检测过程复杂，要求相关人员的理论修养比较高，给监测工作的开展和普及带来不小的难度。

现阶段，变压器油色谱在线监测技术已有多年的运行经验，其技术和设备都已经比较成熟，已经普遍应用于各变电站中。

2.2 局部放电监测

变压器局部放电监测有电测法和非电测法两种，电测法的原理是通过测量局部放电产生的脉冲信号，即脉冲电流的大小来确定放电的位置；非电测法的原理是通过测量局部放电时发出的声波信号来确定放电位置。电测法的灵敏度高，可以确定放电点的位置和放电量的大小，但是因为容易受到现场严重的电磁干扰而降低了监测的灵敏度和信噪比；非电测法基本不受现场电磁干扰的影响，信噪比较高，可以确定放电点的位置，但是其灵敏度较低，不能确定放电量大小。

局部放电监测技术和设备虽然已经投入使用多年，但是采用电测法的装置受干扰严重和采用非电测法的装置灵敏度不高的问题都仍然没有得到有效解决，故障误报和故障拒报的情况时有发生，给用户带来很大的困扰，很多监测装置都被拆除，改为采用原来的离线检测手段。基于上述原因，变压器局部放电监测技术和设备没有得到普遍应用，仍处于完善阶段。

2.3 油中含水量在线监测

变压器油中含水量在线监测还有另外一种方法，其原理是以相对饱和度和温度为监测特征量，采用湿度传感器和温度传感器实现对油中微水含量的在线监测，并利用计算机完成数据的采集与分析，达到在线监测的目的。湿度传感器是油中含水量在线监测的一个关键部分，随着此项监测技术十几年的发展，湿度传感器的技术和材料也在不断的改进和变化。现在的传感器材料已经能比较好地适应变压器内部严酷的环境，其测量准确度和使用寿命都能比较好地满足实际应用的要求。随着这种技术的进一步完善，其应用将会越来越普遍。

3 GIS在线监测

针对GIS的在线监测项目主要有局部放电和SF6气体密度监测两种。

3.1 局部放电在线监测

GIS局部放电在线监测方法采用电气检测方法居多，主要包括脉冲电流法和超高频法等等，后者目前应用较为广泛，具有实时性好和灵敏度高的特点，还具有比较强的抗干扰能力，在复杂环境中还能够实现相关的故障定位。其原理是当GIS发生绝缘故障时，常常伴随着内部电场的畸变和局部放电现象的出现，并产生脉冲电流，该脉冲电流激发出高频电磁波，该电磁波从GIS的盘式绝缘子处泄露出来，采用高频传感器测量绝缘缝隙处的电磁波，然后根据接收到的信号强度来分析局部放电的严重程度。

早期，GIS局部放电在线监测存在多种问题，如装置的可靠性差，抗干扰差，常误报；无法在现场进行灵敏度校验，特别是针对结构比较复杂的GIS；缺乏有效的，适合工程应用的局部放电定为手段；高频法无颁布的国家或行业标准，行业发展缺乏规范性，产品水平参差不齐；等等。近年来，随着GIS局部放电技术和设备的发展进步，相关的行业标准和规范的不断补充

和完善，电力公司也在推广相关技术的应用，GIS局部放电监测技术和产品已经开始慢慢普及。

3.2 SF6气体密度在线监测

在运行允许条件范围内，GIS内SF6气体的压力会随着气体温度的变化而变化，但是，SF6气体的密度值始终不变。因为GIS的绝缘和灭弧性能在很大程度上取决于SF6气体的密度，所以，通过监测SF6气体密度可以了解GIS内部绝缘性能的情况。但是，由于GIS内部空间比较紧张，SF6气体密度继电器的安装比较麻烦，在校验密度继电器的过程中从GIS上拆装密度继电器可能存在的SF6气体漏气的风险，而且在GIS内部安装其它部件时可能会影响内部电场的分布，影响绝缘效果。由于上述问题至今没有得到很好的解决，GIS气体密度在线监测技术和设备还没有实现广泛应用。

4 其它在线监测项目

除了上述几种应用得比较普遍的在线监测项目外，断路器动作特性、开关柜局部放电和在线测温、避雷器泄漏电流、动作次数、阻性电流等在线监测项目的应用相对没那么普遍。

5 结语

经过数十年的研究和实践，目前输变电设备在线监测及带电检测技术已经呈现出快速发展的趋势，部分成熟产品正被电网广泛推广和应用，并已逐渐涵盖变电站主要的电气设备。然而，在线监测及带电检测是一项复杂的系统工程，有些技术尚不十分成熟，即使已发展成熟或者推广应用的技术也有需要完善的空间。因此，在输变电设备在线监测及带电检测装置的开发应用过程中，要根据设备的具体运行状况，对设备监测数据进行综合分析，提高监测数据及分析判断的准确性。这对于提高电网运行水平，促进检修模式的转变，以及状态检修的完善都具有重要意义。

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［责任编辑：汤静］