變電站交流耐壓機試驗在線監(jiān)測系統(tǒng)的研究

1　概述
　　目前我國對高壓設備的絕緣監(jiān)督依據(jù)《電氣設備預防性試驗規(guī)程》定期進行試驗和維護。由于預防性試驗通常不考慮設備的運行狀況，到期必修，有效性和靈敏度低，不能完全適應電網(wǎng)的**、經(jīng)濟、穩(wěn)定運行需求。據(jù)不完全統(tǒng)計，1985～1990年間國內(nèi)有80％的變壓器事故是在預防性試驗合格的情況下發(fā)生的。因此，迫切需要維修方式從傳統(tǒng)的以時間為基準轉(zhuǎn)變到以狀態(tài)為基準的狀態(tài)檢修方式。目前電氣設備的狀態(tài)維修（CBM）在電力系統(tǒng)中已愈來愈受到重視，電氣設備絕緣在線監(jiān)測技術作為實行狀態(tài)維修的前提，已成為近年來國內(nèi)外高壓領域的研究熱點［1～4］。實踐表明，在線監(jiān)測高壓設備的絕緣參數(shù)，既可及時發(fā)現(xiàn)潛伏性故障、防止重大絕緣事故、提高供電可靠性，又可減少設備停電試驗和維護的盲目性。
　　以往的絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)多數(shù)采用集中處理方式，變電站交流耐壓機試驗電力部門應用，即通過屏蔽電纜將被測信號引入系統(tǒng)主機，然后由主機進行集中循環(huán)檢測和數(shù)據(jù)處理。由于一次信號很小，經(jīng)傳感器耦合后被測參數(shù)受模擬量傳輸過程中引入的干擾影響很大，測量結(jié)果的有效性和穩(wěn)定度不能保證。隨著計算機技術和通信技術的快速發(fā)展，可采用總線式結(jié)構的絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)，現(xiàn)場監(jiān)測單元除了具備信號提取，還具備信號的預處理、數(shù)字化和處理功能，真正實現(xiàn)絕緣參數(shù)的分散式測量，本文將對此進行研究。
　　2　測量原理
　　2．1　變壓器
　　變電站交流耐壓機試驗電力部門應用，理論分析表明，氫氣是反映變壓器故障的特征氣體［5］。變壓器在運行過程中所發(fā)生的許多絕緣故障，如：鐵芯多點接地、局部短路、接觸**等過熱型故障和放電型或受潮型故障，均有氫氣產(chǎn)生，通過在線監(jiān)測變壓器油中溶解的氫氣，便可有效地發(fā)現(xiàn)變壓器的潛伏性故障；另外，通過對鐵芯接地電流的在線監(jiān)測可以發(fā)現(xiàn)變壓器鐵芯的多點接地故障。
　　2．2　電容型設備
　　變電站交流耐壓機試驗電力部門應用對于變壓器套管、電流互感器（CT）、電容式電壓互感器（CVT）以及耦合電容器等電容型設備，通過測量介質(zhì)損耗（tanδ）及電容量，可較為靈敏地發(fā)現(xiàn)設備的絕緣缺陷。實現(xiàn)電容型設備介質(zhì)損耗參數(shù)在線檢測的關鍵是如何準確獲得并求取電流信號和電壓信號基波的相位差。由于傳統(tǒng)的過零比較法硬件電路復雜，抗干擾性能差，本文采用以快速傅里葉變換（FFT）為核心的純數(shù)字方法，利用兩個高精度電流傳感器耦合被監(jiān)測設備的電壓和電流信號，然后由數(shù)字化測量系統(tǒng)對信號進行整周期采樣（A／D）及快速傅立葉變換，以獲得這兩個信號的基波矢量及其相位差，從而計算出介質(zhì)損耗值。該方法不需要復雜的模擬信號處理電路，且能有效地抑制諧波干擾。
　　2．3　避雷器
　　在運行狀態(tài)下監(jiān)測氧化鋅避雷器（MOA）阻性電流分量的變化是判定閥片劣化或受潮程度的更為有效和靈敏的方法。對氧化鋅避雷器阻性電流分量的監(jiān)測，本文采用了與電容型設備類似的方法，通過對母線電壓信號和MOA泄漏電流信號的FFT分析，可求得阻性電流的基波分量。
　　2．4　表面泄漏電流及環(huán)境溫濕度的測量
　　環(huán)境溫濕度是影響絕緣參數(shù)的重要外部因素，通過對環(huán)境溫度、濕度等常規(guī)氣候參數(shù)的監(jiān)測，結(jié)合設備瓷套表面泄漏電流的監(jiān)測可以判斷設備外部絕緣的污穢程度，有助于提高在線監(jiān)測數(shù)據(jù)診斷結(jié)果的可靠性。
　　3　總線式監(jiān)測系統(tǒng)
　　3．1　結(jié)構
　　圖1為總線式絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構示意圖。該系統(tǒng)由3部分組成：本地監(jiān)測單元（LC）、變電站通信控制器（SC）和絕緣診斷系統(tǒng)（IDS）。