高压电气设备绝缘在线监测
摘要：本文介绍了高压电气设备绝缘在线监测的概念、绝缘在线监测系统，并具体介绍了氧化锌避雷器、GIS、变压器在线监测技术以及绝缘在线监测存在的一些问题。
关键词：电气设备、绝缘、在线监测
前言
高压电气设备在电网中具有举足轻重的地位,如果其绝缘部分缺陷或劣化,将会发生影响设备和电网安全运行的绝缘故障或事故。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,以防止发生绝缘事故。但是,随着电网容量的增大,高压电气设备的急剧增加,传统的预防性试验和事后维修已不能满足电网高可靠性的要求。同时,由于高压电气设备的绝缘劣化是一个累积和发展的过程,在很多情况下预防性试验已无法发现潜在的缺陷。因此,实现高压电气设备绝缘在线、实时、动态监测,则有可能实现由局部推测整体,由现象判断本质,以及由当前预测未来,不必将设备逐一拆开,分别检验,从而满足现代化设备使用维修和生产的需要。
一、绝缘的在线监测的概念和特点
绝缘在线监测是指在电气设备处于运行状态中,利用其正常信号和异常信号,包括电压、电流、局部放电量、介质损耗值、泄露电流以及设备电容值等多种信号来监测设备绝缘状况。基于现代智能技术的处理,监测信号的特征参数能够真实的反映电气设备绝缘的运行工况,从而来实现对电力设备运行状态的带电测试或不间断实时监测和诊断。 特点：真实性强、灵敏度高、反映及时等特点
二、传统的预防性试验存在的缺点及绝缘在线监测的优点
1、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状态下的电场、磁场、温度和环境等影响，因而诊断的结果未必符合实际运行状态。
2、绝缘在线监测的优点
(1)在线监测的周期可以任意选定,既可以巡回监测,也可以连续监测,且其监测结果可提供足够多的用于判断绝缘状况的信息参数,提高检出缺陷的概率。
(2)由于在线监测是在电气设备运行电压下进行,故克服了传统预防性试验方法因加试电压低而漏检缺陷的缺点,大大提高了缺陷的检出率;同时,运行和监测的综合工况等效性强,使所测参数值能真实地表征设备的绝缘状况,从而提高了绝缘诊断的准确性。
(3)在线监测不用拆接设备,不受周期限制,不用停止发供电,有很高的经济效益和社会效益。 (4)在线监测可利用一系列仅在运行中才有的对发现缺陷有利的因素,如利用高温以检出受潮、利用高电压以发现局部放电、利用强油循环以检出油流带电等。
(5)测量和分析可实现自动化,不仅能减少测量人员和运行人员的工作量,而且可使信息测量
系统根据事先编定的程序处理测量结果,以排除各种干扰,提高监测的可靠性。
(6)在线监测可避免盲目的停电试验,可在设备出现异常先兆时立即安排检修或更换设备,从而减少了检修工作的盲目性,提高了系统的安全水平和经济效益。
三、电气设备绝缘在线监测系统
1、绝缘的在线监测的对象
多功能、全自动的绝缘在线监测的对象主要有：主变压器、电抗器的局部放电监测和定位；容性设备（电流互感器，电容式电压互感器、主变压器套管等）的泄漏电流、介质损耗角正切值、电容量监测；避雷器泄漏电流监测；电压互感器一次电流、泄漏电流监测；绝缘子的污秽泄漏电流的监测。
2、绝缘在线监测系统原理
电力设备在线监测技术是种利用运行状态来对高压设备绝缘状况进行试验的方法,通常一种电力设备的在线监测仪器或系统,由传感器系统、信号采集系统、分析诊断系统组成。（目前常用的传感器有电磁传感器、力学量传感器、声参数传感器、热参数传感器、化学量传感器等）信号采集系统是将传感器得到的模拟量转换成数字量进行传输,应用数字滤波技术对采集到的信号进行滤波处理,抑制和消除外界干扰和背景噪声,提取真实信号,并进行信号的还原,光电传输和光纤传输的引人有效地解决了高压隔离的问题，分析诊断系统对所采集的信号进行分析、处理和诊断,得到所测电力设备绝缘的当前状况,并根据需要进行绝缘诊断和寿命评估。图1为在线监测流程图：
四、绝缘在线监测实例介绍
1、氧化锌避雷器泄漏电流的在线监测
由于氧化锌避雷器阀片长期在工频电压下运行会出现老化现象,另外避雷器因密封问题会引起内部受潮使绝缘下降,当绝缘下降严重时将会造成避雷器爆炸,所以需要定期监测避雷器泄漏电流等参数以保证其安全运行。
氧化锌避雷器（MOA）可近似地用非线性电阻R和阀片电容C并联的等值电路表示。在MOA等值电路(如图2(a)所示)中,Rc相对比较小,可以忽略掉,则将MOA看作为R和C相并联。正常情况下泄露电流中容性电流Ic占主要成分,阻性电流IR约为5%--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和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。阻性电流逐步增大,而成为全电流中的主要成分,全电流也会增大。避雷器绝缘事故主要原因是阻性电流增大后,损耗增加,引起热击穿。因此,只要对运行中避雷器的全电流或阻性电流进行监测,并将所得数据与出厂及历史数据相比较,
即可发现避雷器的绝缘缺陷。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。
2、GIS中局部放电在线监测技术
GIS因其结构小巧，集成化程度高，大量减少了用地面积，符合了节约型经济发展模式的要求，已成为高压开关设备发展的主方向。GIS内部的局部放电是造成绝缘劣化的主要原因。通过对GIS局部放电在线监测，可以监测到GIS的绝缘状况，预先发现GIS内部存在的绝缘缺陷，避免绝缘事故的发生。因此，开展GIS在线监测技术的研究具有越来越重要的意义。GIS的局部放电检测技术主要有：超声波检测法、化学检测法、脉冲电流法、超高频法等。下面主要对超声波检测法、化学检测法的原理特点、优缺点和适用性进行分析。
1 超声波检测法
GIS中出现局部放电时，放电区域内分子间剧烈撞击激发超声信号，这些信号可由安装在GIS外面的传感器来检测。GIS中导电金属微粒碰撞外壳、电磁振动以及操作引起的机械振动等发出的声波频率较低，一般都在10kHz 以下。局部放电产生的声波频谱分布约为10~107Hz，高频分量在GIS中传播衰减较大，检测高频超声波需要较高灵敏度。超声波检测GIS中局部放电时监测频率可选为1~20kHz。其灵敏度不仅取决于局放产生的能量，而且最主要取决于信号的传播途径。声信号在GIS中的传播相当复杂，因为气体、绝缘子、金属外壳、导体及其它部件对声信号的传播特性各不相同，因此灵敏度不高，不能进行定量测量。声测法对局部放电源的定位要受外壳法兰的个数影响，单个法兰对声信号的衰减为8dB，因此这种方法的检测范围为1~2个气室。定位精度对接地侧放电可达10cm左右，高压侧电晕时，这种定位方法就不适用了。该检测方法对GIS内部没有影响，可以对任何带电运行或试验中的GIS进行检测，适用于委托试验和周期性的运行检测。该方法检测范围有限，要求有大量传感器，测量比较费时，故该方法对长期监测不实用。
2、化学监测法
运行中GIS气室中含有很多气体杂质，它们中有少量是在SF6新气中就存在的，而大多数气体杂质是在GIS长期运行过程中由于SF6在放电作用下发生分解，经过一系列复杂的物理化学反应产生的，如：HF，SF4，SOF2，SO2等。即
SF6+Cu?CuF2+SF4 SF4+H2O? SOF2+2HF SOF2+H2O? SO2+2HF
因此，测定氢离子或者氟离子均可推断SF6的分解情况。测试时课选择一种灵敏度高、变色清晰的溴、甲酚红紫指示剂（呈紫红色），这种指示剂随着氢离子浓度的变化而变色。这种测试元件包括一支充有氧化铝和指示剂碱溶液的玻璃管，将含有分解气体的气样通过该测试元件，从其玻璃管的指示剂颜色的变化，即可了解局部放电的原因。所以通过定期的气体组分的监测则可以检测判断出局部放电总体水平、发展情况，甚至可以根据不同分解气体组分含量之间的关系推断出局部放电的原因。
这种方法优点是检测组分多、检测灵敏度高。缺点是取样和分析过程中可能混入水分，导致一些成分水解，对SOF2和SO2的检测比较困难。
五、总结
绝缘在线监测技术是电气设备预防性试验手段的重要补充,它实现了对电气设备的不停电及实时监测,能及时发现设备的缺陷,使传统的计划检修向状态检修成为可能,是未来设备预防性试验的发展方向,应推广应用。