高压电气设备绝缘在线监测系统在南汇电网中的应用

李华伟

摘要：本文主要介绍了变电站绝缘在线监测系统的基本原理以及主要的监测设备和参数。最后介绍了这一系统在南汇电网中的实际应用和运行数据分析以及故障诊断策略。

关键词：在线系统，绝缘监测，变电站，故障诊断

中图分类号：TM854文献标识码： A 文章编号：

1 问题的提出：

我国从20世纪50年代开始，主要是根据《电气设备预防性试验规程》的规定对电气设备进行定期的停电试验、检修和维护。常规预防性试验存在着试验时需要停电、试验时间集中、工作量大、试验是否有效的问题，甚至试验本身也是对设备的破坏，特别在电力设备运行过程中，人们关心的是绝缘结构的剩余电气强度，但至今还未找到它与绝缘电阻、泄漏电流及介质损耗角正切等非破坏性试验参数之间的直接函数关系，所以仅凭这些试验项目难以准确、有效地判断电力设备绝缘的好坏，也不能确保下一运行周期安全运行。因此，根据需要对电气设备运行状态进行在线监测十分必要，它可作为弥补定期预防性试验不足的有效手段。

通过对电气设备绝缘在线监测系统的应用，对设备的检修可以逐步从定期检修向状态检修过渡。在线监测系统可实时反映设备绝缘状态，及时发现缺陷，预防设备事故的发生，提高电网运行的安全性、可靠性；状态检修可以提高检修的质量和效率，增强针对性，节省大量的人力、物力和财力；应用在线监测技术可以延长检修周期，提高设备可用系数，减少设备停役时间和次数，延长设备的使用寿命。

2 在线绝缘监测系统的主要监测设备和项目

由于电气设备种类繁多，结构各异，其绝缘在线监测的项目各有不同。根据

不同设备的特点，下面通过表1对主要电气设备绝缘在线监测的项目进行介绍。

表1 电气主设备的监测

3 在线绝缘监测系统在南汇电网中的应用

南汇电网在220千伏南汇变电站，安装了一套在线绝缘监测系统，主要针对110千伏及以上设备，主要包括变压器，母线避雷器，电容式压变等设备进行绝缘状况的监测。

3．1 系统构架

220千伏南汇变电站应用的绝缘在线监测系统为数字式分层分布式在线监测系统，该系统为站内变压器、电压互感器、避雷器、电容型套管等高压设备提供状态在线监测及诊断，在不改变变电站高压设备原有接地方式的情况下，连续监测、记录高压设备绝缘参数及其它数据：对于电容绝缘型设备（变压器套管、电容式电压互感器、电容型穿墙套管等）准确地测量介损、电容量以及泄漏电流；对于避雷器测量全电流和阻性电流；对于变压器本体，可有效监测铁芯、夹件接地电流；另外，通过监测、记录系统电压、频率及各次谐波、变电站现场温度湿度及瓷裙表面污秽电流等，实时给出明确的状态信息。

220千伏南汇变电站绝缘在线监测系统在测量方式、测量原理和系统结构上，相对于传统的监测技术作了根本性的变革。采用了先进的分层分布式系统结构，利用DSP技术实现绝缘参数在现场每组设备处就地进行数字化，引入参考相，绝缘参数测量原理更科学。系统的抗干扰性能、测量的准确性和稳定性取得了突破性进展，满足了工业现场实用要求，为电力设备状态检修提供了有力的技术支持。

220千伏南汇变电站绝缘在线监测系统结构与解决方案如图3-1、图3-2所示。

图3-1绝缘在线监测系统分层分布式结构示意图

图3-2绝缘在线监测系统解决方案

3.2 系统的运行数据分析

安装在南汇站的绝缘在线监测系统已经运行有几年了，积累的数据也比较多，作为运行单位，对其数据进行了分析，比较。以下是各设备的数据分析及其变化趋势。限于篇幅，只列出部分数据（2012年1月10日）

3.2.1 氧化锌避雷器泄露电流以及tgδ数据分析

母线避雷器的数据，

表3-1220千伏母线避雷器监测数据

从这些运行数据中可以发现：

1：泄漏电流的波动范围在614至833之间，三相的峰谷值变化率，三相分别为24.4%，24.9%，19.7%，波动率基本稳定在20%左右

2：阻性电流的波动范围在91至551，三相的峰谷值比值分别5.4倍，3.96倍，5.15倍，可以说波动范围比较大

3：阻容比的范围在14.9至91，三相的峰谷比值分别为5.26倍，3.90倍，5.2倍，可以说波动范围也比较大

3.2.2 主变压器绝缘套管的监测数据分析

1：220千伏绝缘套管监测数据

表3-2主变220千伏套管峰谷值数据

数据表明

1：三相的末屏电流范围在17.95至19.05之间，变化率为5.6%,监测数据基本稳定

2：等效电容范围433.50至451.80之间，变化率为4.1%，监测数据基本稳定

3：介质损耗值范围在0.34至0.86之间，峰谷差比值三相分别为2.2倍，2.1倍，1，7倍，虽然绝对值的波动范围较大，但是三相之间的相对值波动范围较小

数据表明

3．3 绝缘诊断策略分析

绝缘在线监测数据的分析与离线情况有显著的不同。离线数据以测量参数的单次绝对值或者几次平均值为准，而在线数据是在运行电压下得到的动态数据。由于设备的现场运行情况异常复杂，在线监测数据受各种因素影响很大，虽然在预处理阶段已剔除了部分干扰的影响，但是仅以单次数据的静态绝对值来判断电力设备的绝缘状态显然是不合适的。通过，前面的数据分析，也发现有些数据的绝对值变化较大，单纯比较绝对数值比较，无法正确判断设备的绝缘状态，因此本文引入了相对比较法、趋势分析法来对绝缘在线监测数据进行综合分析。

3.3.1相对比较法

在线监测数据经预处理后，虽消除了随机因素的影响，但并未消除运行电压、PT电压基准、相间耦合及环境温、湿度等因素对测量结果的影响。如直接对预处理后的数据进行绝缘诊断，难以得到正确的结论。相对值比较法就是将同一母线下、同相、同类型设备的在线监测数据进行比较，或比较同组中不同相设备的数据。对同一类型高压设备，其绝缘结构相似，在相同的运行负荷和环境条件下，如果设备的绝缘状况良好，则测试结果基本相同，若测试数据间有明显差异，则其中某台设备绝缘状况可能异常。

例如，对于主变220千伏套管的介质损耗值，虽然三相的绝对值变化较大，峰谷比值有2倍多，但是每相的峰值差距和谷值变化率19%和26%，都相对较小，可以作为设备绝缘状态的诊断依据。

3.3.2趋势分析法

对于高压电力设备，可将其绝缘故障分为：

1） 突发性的放电或击穿，表现为绝缘参数的阶跃变化；

2） 缓慢发展的绝缘故障，如常见的受潮、老化故障等，其测量结果表现出缓慢而持续的增长变化模式，这种变化单向不可逆转。

由于在线监测数据的分散性较大，仅从单个数据难以判断设备状态，但某段时间内的测量数据从整体上可在一定程度上反映设备绝缘状态。如在某段时间内监测数据在整体上呈现出缓慢而持续增长的趋势，则设备可能存在潜伏性故障；如在某段时间内数据的波动呈一定的随机性，说明测量结果的变化是由外界因素引起。

应用相对比较法已显著减小了现场干扰的影响，提高了数据的稳定性，假定设备1的绝缘状况良好，设备2、3对1的相对值保持不变，说明2、3的绝缘良好；如果相对值有增长的趋势，则判断有潜伏性故障，应进行跟踪；如果相对值增长趋势加剧，则故障的可能性增加。当相对值增长到一定限值或其变化率增加到一定程度应及时采取处理措施。另一种可能性是基准设备发生绝缘故障，而其它设备状态良好，会造成所有的相对比较值呈下降的趋势。如基准设备和被比较设备同时发生故障，且故障程度相近，则相对比较值保持不变；如被比较设备的故障程度比基准设备严重，则相对比较值变大。

必须指出，虽然本文提出相对和趋势分析法作为在线绝缘诊断的主要判据，但测量参数的绝对值也应予以考虑。经过虚假点处理后，测量数据虽有一定的分散性，但外界因素影响是有一定范围的，可将测量参数的绝对值作为绝缘诊断的参考判据。此外也应考虑气候的季节性、相关设备的绝对值变化等，对设备的绝缘状况做出全面合理的判断。

4 本文小结

本文研究的分布式数字化绝缘在线监测系统，在220千伏南汇变电站实现了电气设备绝缘状况的实时监测，为该站主变压器、电容式电压互感器、穿墙套管、避雷器等设备的状态检修提供了技术支持，并引入了适合在线绝缘监测系统的故障诊断策略，确保了电网和设备的安全运行。

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注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。