电气设备在线监测技术概要

电气设备在线监测技术一、概述电气设备故障一、概述电气设备故障原因及危害热机械环境...性能劣化设备故障电运行中电气设备电网事故经济损失社会影响一、概述设备状态的检测手段•停电试验•运行中巡检•带电测试•在线监测一、概述停电试验停电试验优点缺点试验结果分析积累了大量经验停电困难设备状态：停电≠运行不能连续随时监测（维修不足）过度维修一、概述运行中巡检•属于状态检修试验范畴优点：•简便易行•能够发现部分缺陷缺点：•内部缺陷不易发现要求•认真、仔细•记录完整一、概述带电测试人检测仪器运行设备带电测试•变压器绝缘油色谱分析•电容型设备介损及电容量•铁芯接地电流•超高频局放•超声局放•避雷器带电测试•红外热成像•紫外成像•…一、概述在线监测在线监测运行设备传感器后台•设备状况连续监测•设备状况定时监测•自动进行一、概述在线监测VS带电测试带电测试在线监测资金投入小大灵活性强弱检测及时性弱强诊断能力弱较强抗干扰能力弱强一、概述在线监测AND状态检修检修决策风险评估设备状态评价安全、可靠性、环境、成本在线监测为状态评价提供必要的参数状态检修的重要辅助手段二、在线监测系统结构早期结构集中式测量结构•被测信号汇集到主控室，由系统主机逐一进行检测存在的问题•模拟信号长距离传输的干扰•地电位冲击二、在线监测系统结构基于IEC61850的结构分层分布的现场总线结构二、在线监测系统结构分层分布的现场总线结构中心层间隔层过程层•由局端综合系统构成•采用10M/100M以太网通讯方式与间隔层连接•由各类专用监测子系统和现场主机构成•通过相互独立的CAN2.0B现场总线与其自身所配备的就地监测单元连接•由各类专用监测子系统中的就地监测单元构成•具备CAN2.0现场总线接口二、在线监测系统结构现场总线概念•指现场仪表和数字控制系统输入输出之间的全数字化、双向、多站点的通讯系统•只需使用一根普通的双绞屏蔽电缆就可挂载多个监测单元优点•电缆的用量少，连线设计及接头校对等工作简单•个别监测单元发生故障或退出运行不会影响其它单元工作•各个监测单元的独立接地，解决了抗干扰、抗冲击等方面的问题•直接传输数字信号，抗干扰能力强二、在线监测系统结构数据管理及预警系统•通过局域网等通讯方式，数据管理系统可定时获得各个变电站的监测数据，装载到数据库•数据管理系统对监测数据进行分析判断，筛选出参数异常的电气设备•自动生成包括参数变化趋势图在内的监测报告数据诊断系统•分布式测量结构，监测单元可同时测量，可方便地排除外部影响•将结构相同的电气设备通过纵向或横向的比较，可确定被测电气设备绝缘状况的真实变化•通过相对比较判断法，关注个别设备监测数据发生的相对变化，消除外部因素的影响三、电容型设备能够开展的项目小贴示•通过测量介质损耗tgδ及电容量，可较为灵敏地发现电容型设备的绝缘缺陷三、电容型设备测量方法CTRFCTA/DFFTPh(x-n)Tanδ=Tan(π/2-Ph)PTCxUnUxUnInIxU无源电流传感器•检测精度难以满足介质损耗测量的要求自动反馈的零磁通补偿技术•选用导磁率较高、损耗较小坡莫合金作铁芯•采用深度负反馈补偿技术自动跟踪补偿，保持铁芯工作在接近理想的零磁通状态关键•求取两个工频基波电流信号的相位差三、电容型设备“虚拟基准”CTRFCTCTCTA/DFFTPh(n-s)A/DFFTPh(x-s)Ph=Ph(x-s)-Ph(n-s)Tanδ=Tan(π/2-Ph)PTCx电源总线RsRsUnUsUsUxUnInIsIsIxLC1LC2SC通讯总线U三、电容型设备介损测量效果三、电容型设备电容量测量效果电容量监测数据较为稳定，与系统电压波动无关，仅略受环境变化（气温）的影响，且三相的影响程度基本一致三、电容型设备监测效果考虑到提供基准电压信号CVT存在固有的角差，会造成在线监测结果与离线测试间结果差异，主变套管的在线监测结果是比较准确的三、变压器设备能够开展的项目•超高频局放•色谱•铁芯接地电流•绕组温度在线监测三、变压器设备超高频局放测试原理•局放源相当于无线电发射装置•接收局放源的电磁信号可实现对局放的检测•在超高频段（UHF：300～3000MHz）内接收电磁信号，可避开大多数干扰•金属壳会屏蔽电磁信号•内置接收单元，或由非金属材料构成的外壳或缝隙处接收信号三、变压器设备超高频局放三、变压器设备超高频局放状态良好三、变压器设备超高频局放三、变压器设备色谱过热故障原因导电回路方面磁路方面分接开关接触不良引线接头焊接或接触不良低压线圈股间漏磁不均在焊接头处造成电势差及涡流股间短路铁芯短路铁芯多点接地漏磁或主磁通在某些部件上引起涡流发热….….三、变压器设备色谱三、变压器设备色谱监测原理•通过油路管道，并在油泵的控制下，从变压器中获取特定油速和流量的油样•通过萃取装置，使用聚四氟乙烯薄膜、中空纤维束等高分子膜从油中脱出气体•脱出的混合气体由载气推动通过色谱柱，各组分气体由于运动速度不同而被分离•用热导池或半导体气敏传感器来测定气体的成分和浓度•使用标准气体定期对检测装置进行标定和调整，以保证检测的可靠性三、变压器设备色谱存在的问题•结构较为复杂•存在多种易损坏（例如油泵、气泵、阀门、热导池等）、易损耗（例如载气、标气等）、易老化（脱气透膜、色谱柱等）部件•定期进行维护和校准三、变压器设备色谱放电性故障原因电场集中处局部放电金属部件悬浮放电受潮后围屏或撑条上发展中的树枝状放电油流静放电…三、变压器设备色谱负载试验线圈直流电阻…空载试验（含单相空载试验）铁芯接地电流（绝缘电阻）过热故障诊断三、变压器设备色谱三、变压器设备铁芯接地电流监测目的和方法•通过监测变压器的铁心及夹件的接地电流，可及时发现铁心多点接地缺陷•铁心、夹件接地电流信号通过穿芯式电流传感器（小CT）获取监测效果三、变压器设备绕组温度在线监测•对变压器油温和绕组温度进行实时监测，可以及时发现故障严重程度的发展趋势•通过预埋入绕组内的光纤，可实现对绕组温度的有效监测四、开关类设备监测项目•电气寿命在线监测•机械特性在线监测•SF6气体综合监测•超高频局放监测•超声局放监测四、开关类设备电气寿命在线监测监测原理•影响电寿命的主要因素是触头的电磨损。•触头的电磨损取决于开断电流(燃弧电流)和燃弧时间、灭弧室的结构以及触头的运动速度等•通过监测开断电流，开断次数，燃弧时间等参数，由数学算法分析，累计触头磨损量，评估触头电寿命，预测触头的剩余寿命。四、开关类设备电气寿命在线监测电寿命计算方法•累计开断电流•累计i2t•累计开断电流加权值•计及燃弧时间的i2t加权评估法•相对电磨损与相对电寿命法四、开关类设备电气寿命在线监测累计开断电流监测四、开关类设备机械特性在线监测需要考虑的参量•分、合闸线圈电流•触头的行程、速度等特性•机械振动监测•辅助开关的转换状态•气压、油泵电机或弹簧储能电机动作过程电流波形•合、分闸时间，三相不同期时间，燃弧时间及弹跳时间四、开关类设备机械特性在线监测监测意义及方法分、合闸线圈电流•线圈电流波形反映了铁芯行程、铁芯卡滞、线圈状态(匝间短路等)、分合闸辅助接点状态与转换时间等信息触头的行程、速度等特性•反映机构的工作状况，通过直接或间接的方法获得速度、加速度、行程等曲线以及平均速度、最大速度机械振动监测•分析机构的动作状态和时间，可以反映断路器内部机构的运动过程四、开关类设备机械特性在线监测监测意义及方法辅助开关的转换状态•可以作为断路器合分闸标志的辅助判断量气压、油泵电机或弹簧储能电机动作过程电流波形•反映机构内部和行程开关工作状态以及弹簧的工作状态，了解气站及机构动作状况是否良好合、分闸时间，三相不同期时间，燃弧时间及弹跳时间•间接反映断路器的运行状况四、开关类设备SF6气体综合监测监测内容•气体压力的监测•气体湿度的监测•气体分解产物监测四、开关类设备SF6气体综合监测气体压力的监测气体湿度的监测监测意义•气体密封程度的降低，将直接影响其性能的发挥，导致水分侵入•气压下降，甚至引起开断失败监测意义•SF6气体在200℃以下就可发生水解反应，产生有毒和酸性物质，腐蚀金属电极•SF6气体微水超标时在绝缘表面结露，击穿电压明显下降，降低绝缘性能四、开关类设备SF6气体综合监测气体分解产物监测SF6气体放电分解特征产物主要产物其它产物高能量电弧放电产物氟化亚硫酰（SOF2）低能量的放电产物氟化硫酰（SO2F2）二氧化硫（SO2）四氟化硫（SF4）四氟化硫酰（SOF4）十氟化二硫（S2F10）一氧十氟化二硫（S2F10O）小贴示•该项目只针对罐式断路器和GIS•通过成分分析结合其它相关试验可判断故障类型四、开关类设备SF6气体综合监测监测目前面临的问题•每种监测，尤其是每一种分解产物都需要专门的监测探头，实施中存在困难，需要开发综合监测探头•气体分解产物目前还仅能定性的分析，远未达到绝缘油色谱的分析水平。四、开关类设备超高频局放监测监测对象及效果•罐式断路器、GIS及开关柜某罐式断路器监测结果四、开关类设备超高频局放监测监测对象GIS的重要绝缘缺陷•GIS•接地或带电部位的凸起√•自由移动或固定颗粒√•电气悬浮√•机械松动的屏蔽√•盆式绝缘子、绝缘拉杆内部的气泡和缺陷X四、开关类设备超高频局放监测监测原理•活动的缺陷会向GIS的壳体发射声信号•测量声信号，并根据由信号得到的参数对缺陷的类别进行识别，可有效的检测GIS中的缺陷•根据沿着GIS寻找最高信号水平，可以对缺陷进行定位五、互感器监测项目•油浸式电容型电流互感器开展容性设备在线监测•气体绝缘电流互感器开展SF6气体综合监测•CVT的在线监测项目主要包括介损及电容测试及二次电压监测五、互感器监测项目CVT的二次电压监测•Xc≈XK＋XT1＋X’T2，二次电压与一次电压得到正确对应关系•在一般设计时采用过补偿（感抗值略大于容抗值），减少电阻对相位差(角差)的影响•电容单元局部击穿，或补偿电感发生损坏，都有可能导致二次电压异常五、套管监测项目•油浸式电容型套管开展容性设备在线监测•气体绝缘套管开展SF6气体综合监测五、避雷器监测项目•测量阻性电流的基波分量•全电流监测五、避雷器监测机理阻性电流•在正弦波电压作用下，MOA的阻性电流中含有基波和高次谐波•基波电流发热做功，谐波电流不发热也不做功•阻性电流的基波分量可有效地反映MOA内部元件受潮、阀片老化等缺陷全电流•能够发现受潮缺陷，但不敏感六、输电线路监测项目•温度弧垂在线监测系统（动态增容系统）•微风振动监测系统•雷电监测系统•污秽在线监测系统•可视系统六、输电线路温度弧垂在线监测系统（动态增容系统）通过动态增容软件实现动态增容六、输电线路污秽在线监测系统•监测放电脉冲幅值和频率•实际意义值得商榷六、输电线路可视系统•值得重点研究，能够完成许多常规手段难以解决的问题•研究重点：电源、信号传输方式七、其它在线监测技术紫外成像检测检测机理•设备外部放电时，空气中的氮气电离会产生紫外线•电晕、电弧放电产生波长范围为230～405nm的紫外光谱，其中240～280nm为太阳盲区•对240～280nm之间的紫外光谱检测可实现获取设备放电部位的作用七、其它在线监测技术紫外成像检测干式电流互感器的外表面有明显的电晕放电，在试验结束后查看表面有明显的缺陷七、其它在线监测技术变电站红外成像检测•通过在变电站适当的位置安装红外测温装置，可实现对站内电气设备、导线及金具的红外温度在线监测。此项监测不直接涉及设备，在变电站设计阶段予以考虑即可谢谢！请批评指正！