高压绝缘在线监测技术研究

高压绝缘在线监测技术研究本文系统地介绍了高压电气设备绝缘在线监测技术。

简要分析了传统设备绝缘预测方法的缺点，对发电机、变压器、电容型设备、避需器、GIS等高压电气设备的绝缘监测以及在线监测功能要点进行了详尽的阐述。

标签：高压绝缘；在线监测一、传统的预防性试验存在的缺点（1）试验时需要停电，造成少送电和少发电。

特殊情况下，由于设备不能停电造成漏试而形成安全隐患。

（2）测试程序复杂、工作量大、时间集中。

而且易受人为因素影响。

（3）试验周期长，不能及时发现、诊断出一些发展较快的缺陷。

（4）试验电压低，可能远远低于设备实际的工作电压，而且由于试验期间断电，不能真实地反映设备在运行磁场、温度和环境等影响，因而诊断的结状态下的电场、果未必符合实际运行状态。

二、基本原理1、基本原理：高压电气设备绝缘在线监测技术是在电气设备处于运行状态中，利用其工作电压来监测绝缘的各种特征参能真实的反映电气设备绝缘的运行状况。

因此，对绝缘状况作出比较准确的判断。

高压电气设备绝缘在线监测主要检测参数是电气设备的介损值，其测量原理大都使用硬件鉴相既过零比较的方法。

目前的绝缘在线监测产品基本都是用快速傅立叶变换（FFT的方法来求介损。

取运行设备PT的标准电）压信号与设备泄露电流信号直接经高速A/D采样转换后送入计算机，通过软件的方法对信号进行频普分析，仅抽取50Hz的基本信号进行计算求出介损。

这种方法能很好地消除各种高次谐波的干扰，测试数据稳定，能很好地反映出设备的绝缘变化。

对于设备物理量（如变压器油温、气体含量等）的在线监测则是通过置放传感器探头的方法采集信号，并转换成数字信号送入计算机分析处理。

采样宜采用穿芯式传感器，采样技术是绝缘在线监测系统的关键所在。

采样不准确，其余的工作将失去意义。

对套管、CVT等电容型设备的在线监测，其电容C和介质损耗是很好的特征参数。

目前多采用基准电压与试品电流相比较的方法，即取的二次电压做为基准电压，试品的电流则通过在其接地线上套以电流传感器获得。

实践表明，其电容值具有较好的稳定性，而介损则有较大的波动。

引起“介损”测量误差及波动的原因是多方面的，有来自电流传感器及PT的角差影响、相间耦合及电磁干扰的影响等。

为消除电流传感器造成的误差，可采用线性度、稳定性都较好的超微晶磁性材料；其次采用有源传感器，其原理是在二次侧也可注人电流，以补偿激磁电流绐传感器造成的测量误差。

“软采取既有硬件补偿又通过软件修正的方式进行。

消除相間耦合及电磁干扰的影响硬相结合”可对传感器进行屏蔽，需要强调，不论采用哪种采样技术或何种形式的传感器，一定要保证电气设备的运行安全，“不侵入原则”杜绝末屏开路等安全隐患。

2、系统的一般功能高电压设备绝缘在线监测系统既能对带电设备的绝缘特性参数实时测量，又能对获取数据进行分析处理。

一般具有以下功能：（1）测量避雷器在运行中的容性电流和阻性电流变化情况，掌握其内部绝缘受潮以及阀片老化情况。

（2）测量CVT、）耦合电容器、电流互感器、套管等容性设备的泄漏电流和介质损耗，掌握其内部受潮和绝缘老化及损坏缺陷。

（3）测量充油设备绝缘油的内部可燃性气体变化情）放电等缺陷情况。

三、绝缘在线监测技术现状和发展动态我国绝缘在线监测和故障诊断技术和国外可以说是同步发展的，处于几乎相当的水平。

随着电子技术、传感器技术、光纤技术、计算机技术、通信和信息处理等技术的发展和各领域的渗透，使绝缘在线监测方法发生了质的变化。

国内外都研制出一系列可实用的绝缘在线监测仪和装置。

国外绝缘在线监测工作的重点主要放在大型发电机和变压器上（也有氧化锌避雷器MOA，GIS等设备的绝缘在线研究工作的指导）。

因为这些设备价格昂贵，地位重要，一旦发生事故，将造成巨大的经济损失和社会影响。

多年来，各国针对发电机和变压器局部放电在线监测技术进行了深入细致的研究，并研制出一些更实用的便携式局部放电监测装置。

出此之外，还对变压器相色谱在线监测技术进行了研究，研制出可以检测六种气体或H2的便携式在线监测装置。

我国除了对发电机和变压器这类重要的电气设备绝缘在线监测技术进行研究外，还对变电站和发电厂开关站中数量较多的电压互感器、电流互感器、耦合互感器、套管和氧化避雷器等电气设备的在线监测技术进行来了大量研究。

因为根据我国国情这些设备的制造和运行维护质量都不够高，其中有些电力设备多将达到稳定运行期，所以有必要在它们完全停止运行前有计划地更换它们。

但由于现在财政短缺，不可能轻易更换这些尚能运行的电力设备，这样设备事故隐患相对与国外同类设备面言要多一些。

所以迫切需要通过绝缘在线监测和诊断技术准确地鉴别这些设备地运行期限，因此对这些设备开展绝缘在线监测同样很重要。

四、绝缘在线监测的关键技术1、传感器技术对电器设备绝缘进行在线监测，首先是如何选用和研制各种需用的传感器，以便从被测设备上获取信息，有时还需从其他设备上获取作为对比和基准的信息。

然后是怎样保证传感器在户外有温度变化和干扰的环境中性能稳定工作可靠。

2、信号传输技术如何把传感器获取的信息，无畸变地送到数据处理单元去分析、处理存储，选择什么样的通信方式很重要。

因为这些工作很多都在现场进行的，在设备带高压的情况下进行，所以要设法准确地获取并传输这些相当微弱的信号，使少受干扰或不受干扰，就必须采取一系列的抗干扰措施。

3、数据分析、处理和诊断技术对高压电器设备进行绝缘在线监测的目的是了解和评估设备在运行过程中的状态，从面能及时地发现故障隐患。

因此，通过对监测到的大量数据进行分析、处理是十分重要的。

它可以帮助我们去伪存真，提取信号特征供诊断使用。

随着计算机技术的研究和应用，为诊断技术提供了非常方便的手段。

因此，研究和选择合适的诊断方法对准确判断故障起着非常重要的作用。

4、抗干扰技术在高压电气设备在线绝缘监测的各个环节中，都离不开抗干扰的问题。

它包括电场干扰和磁场干扰，或者说共模干扰和差模干扰等。

因此抗干扰技术的好坏可以说是绝缘在线监测成败的关键之一。

五、在线监测技术及其应用所谓电力设备在线监测就是利用传感器技术、计算机技术、电子技术、信号处理以及网络技术等，对正在运行的电气设备绝缘状况进行信号采集，并对其传输数据进行逻辑判断分析，实时地对电力设备运行状态进行监测和诊断与传统的定期停电预防性试验相比，在线监测可大大提高电气设备测试的真实性和灵敏度，在设备的运行状态下进行直接测试，不必安排停电预试，可及时发现设备的绝缘缺陷，连续掌握设备绝缘变化趋势等。

同时，在线监测还可以根据设备绝缘在线监测结果选择不同的试验周期，提高试验的有效性。

因此，开展在线监测技术应用，对提高设备绝缘参数采集的真实性与可靠性具有重要的现实意义。

1、发电机的绝缘在线监测绝缘是发电机发生事故概率最高的部分。

其中电气方面占主要因素，国内外均把绝缘作为发电机在线监测的主要项目。

现在广泛采用局部放电来监测发电机绝缘状况。

2、变压器的绝缘在线监测变压器的绝缘在线监测主要以绝缘油中分解气体含量和以及局部放电量来评估其绝缘状态。

需要检测的气体包括H2，C2H2、CO.CH4.C2H6等，通过这些气体的含量能够判断变压器的内部故障。

变压器有机绝缘逐渐老化并最终击穿的主要原因是局部放电，所以局部放电量的监测也是变压器绝缘监测的重点，目前，可以通过脉冲电流法和超声波探测法来监测局部放电情祝。

3、电容型高压电气设各的绝缘在线监测研究和大量试验证明，监测交流泄漏电流对容性设备的整体受潮程度反映灵敏，而介质损耗角正切值对检测局部劣化以及局部缺陷反映灵敏。

所以电容型高压电气设备（电流互感器、电容式电压互感器、祸合电容器、变压器套管）主要监测其交流泄漏电流、等值电容、介质损耗角正切值等4、氧化锌避雷器的绝缘在线监测受潮和老化是氧化锌避雷器阀片劣化的主要起因，而避雷器运行期间通过阀片的泄露电流是加速阀片老化的主要因素，所以對避雷器泄露电流进行监测并与历史数据进行比照分析，即能发现其绝缘缺陷5、GIS的绝缘在线监测GIS的绝缘在线监测包括化学、电和机械等方法。

化学方法采用SF。

分解产物的气体分析来检测局部放电和局部过热；电的方法采用外电极、内电极和磁祸合方法测量GIS护套电势来检测局部放电；机械方法采用一个高灵敏性的压电加速传感器和超声波传感器来检测在局部放电或绝缘故障时产生的机械振动和弹性波。

六、在线监测功能要点分析高压电气设备绝缘在线监测系统主要选择了铁芯、变压器、套管、电容式电压互感器、电流互感器、氧化锌避雷器、高压开关柜和GIS等主要被测设备。

其既能对带电设备的绝缘特性参数实时测量，又能对获取数据进行分析处理，一般具有以下功能：1、铁芯监测其泄漏电流，同时监测和记录现场温度、湿度及瓷裙表面污秽电流等环境参数，掌握影响其缺陷的内外部因素；2、变压器类充油设备测量绝缘油的内部可燃性气体变化情况，掌握设备内部有无过热放电等缺陷情况；3、电流互感器、变压器套管、电容式电压互感器等容性设备测量其泄漏电流和介质损耗角正切值，掌握其内部的受潮和绝缘老化及损坏缺陷；4、避雷器主要测量在运行中的泄漏全电流、容性电流及阻性电流变化情况，掌握其内部的绝缘受潮以及阀片的老化情况；5、高压开关柜监测泄漏电流、介质损耗角正切值等，从而获取有关绝缘信号的波形，掌握其内部绝缘部分的缺陷或劣化、导电连接部分的接触不良等相关绝缘状况。

但由于绝缘在线监测系统工作的实时性，被监测电气设备通常均带有高压，或者被监测电气设备和取样装置、传输系统等都处于较强的电磁干扰中，而被测信号相对较弱，因此，测量容易受周围其他带电设备或接地体的影响。

所以，对整套在线监测系统来说，要保证其测量准确、性能稳定，就必须达到以下性能：1）监测不受变电站强电磁干扰的影响，在系统操作过电压、雷电过电压作用下具有自保护性，不发生性能变化和软件损坏现象；2）检测信号传输好，不发生失真且对其附近其他信号无影响，同时也不受其他信号的干扰；3）具有专家分析功能，能够智能化判断设备内部的绝缘状态；4）系统分析数据能够远程传输，实现数据共享。

七、结语高压电气设备绝缘在线监测可以实时掌握高压电气设备的绝缘状况，对提高设备运行维护水平，及时发现事故隐患，合理分配人力物力资源，减少停电事故有着积极的意义。

参考文献：[1]张建华，王贻平，郭守贤.高压电气设备绝缘在线监测系统现场校验技术研究[J].华东电力，2009.37（9）：1499—1503[2]成永红，陈玉，孟永鹏，等.变电站电力设备绝缘综合在线监测系统的开发[J].高电压技术，2007.33（8）：61—65。