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高压电气设备绝缘在线监测技术的意义(1)

北极星电力网技术频道    作者:佚名   2012/6/13 9:34:25   

[摘 要] 文章介绍了高压电气设备绝缘在线监测技术的发展,并对绝缘在线监测技术所监测的量进行了一定的介绍,针对不同类型的设备还作了相应绝缘在线监测的分析。通过开展高压电气设备的绝缘在线监测工作将高压电气设备状态检修开展得更好。最后在文章末尾还对在线监测技术开展中所遇到了问题进行了一定的讨论,需要在今后的实际工作中进行解决。

1 前言

电力系统的供电可靠性关系到国计民生,如何有效地保障电力系统的安全、可靠运行一直是电力部门的一个重要课题,而高压设备的安全运行是整个系统安全运行的基础。高压电气设备在电网中运行时,如果其内部存在因制造不良、老化以及外力破坏造成的绝缘缺陷,会发生影响设备和电网安全运行的绝缘事故。因此,在设备投运后,传统的做法是定期停电进行预防性试验和检修,以便及时检测出设备内部的绝缘缺陷,防止发生绝缘事故。随着国民经济的发展,社会对电力供应的可靠性要求越来越高,电力系统也逐渐发展壮大,传统的定期停电进行预防性试验的做法已不能满足电网高可靠性的要求。

随着高压电气设备绝缘可靠性的提高,以及电网可靠性的要求,科学技术的发展,逐渐提出了对高压电气设备采用状态检修的检修方式,得到业内人士的欢迎,但由于初期人们对状态检修的认识不够全面,误以在线监测作为状态检修的唯一基础,使得状态检修并未能真正开展起来,近几年传感器技术和信号处理技术的不断完善,使得在线监测技术在各个供电系统中得到了广泛的应用,为状态检修工作起到了有力的补充作用。

我局所辖变电站较多,电压等级从10kV到500kV均覆盖,高压电气设备的数量很多,要按照常规的停电预防性试验来检查高压电气设备的绝缘情况基本上不能在规定的时间内将所有管辖设备的绝缘状况通过预防性试验方法来进行检查,而且有可能发生在两个试验周期间隔内发生电气设备绝缘老化而危及电网稳定运行的情况。所以在线监测技术的开展显得非常重要,现阶段我局针对部分断路器、电容型电力设备、避雷器等设备开展了在线监测的试运行。

2 高压电气设备绝缘在线监测技术研究的发展概况

国外许多电力公司从上个世纪70年代就开始研究并推广应用变电设备在线监测技术,主要目的就是减少停电预防性试验的时间和次数,提高供电可靠性。但当时的设备简陋,测试手段简单,水平较低。随着计算机技术的飞速发展,在线监测设备产品不断更新完善,在线监测技术水平不断提高。到目前为止,许多国家已广泛使用在线监测技术手段。绝缘在线监测技术的发展大体经历了3个阶段。

(1)带电测试阶段。这一阶段起始于70年代左右。当时人们仅仅是为了不停电而对电气设备的某些绝缘参数(如泄露电流)进行直接测量。设备简单,测试项目少,灵敏度较差。

(2)从80年代开始,出现各种专用的带电测试仪器,使在线监测技术从传统的模拟量测试走向数字化测量,摆脱将仪器直接接入测试回路的传统测量模式,取而代之的是使用传感器将被测量的参数直接转换成电器信号。

(3)从90年代开始,随着计算机技术的推广使用,出现以计算机处理技术为核心的微机多功能绝缘在线监测系统。利用计算机技术、传感技术和数字波形采集与处理技术,实现更多的绝缘参数在线监测。这种在线监测信息量大、处理速度快,可以对监测参数实时显示、储存、打印、远传和越线报警,实现了绝缘在线监测的自动化,代表了当今绝缘在线监测的发展方向。到目前为止,大量的在线监测的技术已经在电力系统设备缺陷检测中得到广泛应用,并有了一定的经验。如变压器油在线色谱分析、电气设备的红外测温技术等已经非常成熟,并在检测设备的绝缘性能中发挥了重要的作。

在国内,在线监测技术的开发与应用始于上世纪80年代。由于受当时整体技术水平的限制,如电子元件的可靠性不高,计算机应用刚刚起步,当时的在线监测技术水平较低。到2000年后,随着在线监测技术的不断成熟及客观的需要,在线监测技术又开始重新被大家所重视,目前,在国内很多地区的供电企业都开展了这项工作。

3 基本原理

3.1检测对象及参数

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数。因此,能真实的反映电气设备绝缘的运行工况,从而对绝缘状况作出比较准确的判断。在线监测技术可以根据变电站中不同电气设备进行监测,检测其介质损耗值、电容量、泄漏电流、绝缘电阻、母线电压和三相不平衡信号等电气参数。随着在线监测技术的不断发展其监测的电气量也不断增加,我们可以根据需要检测所需的电气量。

3.2在线监测的一般功能

近几年研制的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

a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。

b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。

c测量充油设备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。

d检测阻抗稳定,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。

e检测信号传输好,不发生失真和对其附近的其他信号有影响,同时也不受其他信号的干扰。

f具有专家分析功能,智能化判断设备内部绝缘状态。 g系统分析数据能够远程传输,实现数据共享。

4 监测设备要点分析

4.1避雷器

目前变电站使用的氧化锌避雷器绝大部分不再有串联间隙,MOA运行期间总有一定的泄漏电流通过阀片,加速阀片老化;而受潮和老化是MOA阀片劣化的主要原因。检测MOA泄漏全电流和阻性电流能有效地反应MOA的绝缘状况,在电流测量反映整体严重受潮现象,早期老化时阻性电流增加较多,全电流变化则不明显。

在正常运行情况下,流过避雷器的主要电流为容性电流,阻性电流只占有很小的一部分,约为10%-20%左右。阻性分量主要包括:瓷套内、外表面的沿面泄漏,阀片沿面泄漏及其本身的非线性电阻分量,绝缘支撑件的泄漏等。当阀片老化、避雷器受潮、内部绝缘部件受损以及表面严重污秽时,容性电流变化不多,而阻性电流却大大增加。避雷器事故主要原因是阻性电流增大后,损耗增加,引起热击穿。所以测量交流泄漏电流及其有功分量是现场检测避雷器的主要方法,预防性试验规程也将氧化锌避雷器(MOA)“运行中泄漏电流”的测量列入预试项目。

4.2CVT、耦合电容器、电流互感器、套管等容性设备

测量CVT、耦合电容器、电流互感器、套管等容性设备介质损失角正切值是一项灵敏度很高的试验项目,它可以发现电气设备绝缘整体受潮、绝缘劣化以及局部缺陷。绝缘受潮缺陷占用电容型设备缺陷的85.4%,这是由于电容型结构是通过电容分布强制均压的,其绝缘利用系数较高,一旦绝缘受潮往往会引起绝缘介质损耗增加,导致击穿。绝缘最终击穿的发展速度非常快,然而绝缘劣化一般具有以下一些基本特征:

a 绝缘介质损耗值会增加,由此以及其他原因产生的热量最终可能导致绝缘的热击穿。测量绝缘损失角正切值(tgδ)可以检测介质损耗的变化。

b 绝缘中可能伴随有局部放电和树枝状电的发生。放电量很大的局放通常只是在有雷电或者操作过电压存在以及绝缘损坏的过程中才出现,通过tgδ测量可以反映由此产生的介质损耗。

c 绝缘特性受温度变化的影响增大。绝缘温度系数决定于绝缘本身的型式,大小和绝缘状况,对于特定的电压等级和绝缘设计,由于绝缘劣化导致温度系数的增加,tgδ值的温度非线性和灵敏度都会增加。因而,影响绝缘温度的所有因数(介质损耗、环境温度、负载变化等)对于老化的绝缘tgδ值的影响都更加显著。对于具有电容式绝缘的设备,通过其介电特性的检测可以发现尚处于比较早期发展阶段的缺陷。

研究表明,在缺陷发展的起始阶段,测量电流增加率和测量介质损耗正切值变化所得的结果一致,都具有很高的灵敏度;在缺陷发展的后期阶段,测量电流增加现象和电容变化的情况一致,更容易发现缺陷的发展情况。

来源:中国开关电器网
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