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目录第十九章在线监测系统运维技术.........................................................................................2第一节在线监测系统基础知识.....................................................................................2第二节在线监测系统运行巡视.....................................................................................1第三节在线监测系统维护项目及要求.........................................................................3第四节在线监测系统常见异常分析及处置.................................................................5第十九章在线监测系统运维技术本章介绍了变电设备在线监测系统的基础知识、运行巡视、维护项目及要求、常见异常分析及处置。通过本章的学习，使运维人员熟悉变电设备各类在线监测系统的基本工作原理，掌握在线监测系统的运维技术与异常处理方法，掌握变电设备在线监测系统运维基本技能。第一节在线监测系统基础知识本节介绍了变电设备在线监测系统的概念及框架、分类、装置工作原理、监测信息分类分级原则、主要设备监测信息告警值等基础知识。一、在线监测系统概念及框架（一）在线监测系统概念在线监测能够在不停电的情况下，对电力设备状况进行连续性或周期性地自动监视、检测，有助于发现电气设备可能存在的潜伏性缺陷。根据被监测设备状态综合诊断的需要，在线监测可采取多个状态量综合监测的方式，并可扩展到整个变电站。在线监测系统主要由监测装置、综合监测单元和站端监测单元组成，用于实现在线监测状态数据的采集、传输、后台处理及存储转发功能。1.在线监测装置通常安装在被监测设备上或附近，用以自动采集、处理和发送被监测设备状态信息的监测装置（含传感器）。监测装置能通过现场总线、以太网、无线等通信方式与综合监测单元或直接与站端监测单元通信。2.综合监测单元以被监测设备为对象，接收与被监测设备相关的在线监测装置发送的数据，并对数据进行加工处理，实现与站端监测单元进行标准化数据通信的装置。3.站端监测单元以变电站为对象，承担站内全部监测数据的分析和对监测装置、综合监测单元的管理。实现对监测数据的综合分析、预警功能，以及对监测装置和综合监测单元设置参数、数据召唤、对时、强制重启等控制功能，并能与主站进行标准化通信。（二）在线监测系统结构变电设备在线监测系统一般采用总线式的分层分布结构，分为过程层、间隔层和站控层，如图19-1所示。1.过程层过程层包括变压器、电抗器、断路器、GIS、电容型设备、金属氧化物避雷器等一次设备的在线监测装置。实现变电设备状态信息自动采集、测量、就地数字化等功能。2.间隔层间隔层包括变压器/电抗器综合监测单元、断路器/GIS综合监测单元、电容型设备/金属氧化物避雷器综合监测单元，实现被监测设备相关监测装置的监测数据汇集、数据加工处理、标准化数据通讯代理、阈值比较、监测预警等功能。如果过程层的监测装置均符合DL/T860《变电站通信网络和系统》通信标准，则可省去综合监测单元，监测装置直接与站端监测单元通信。3.站控层站控层包括站端监测单元。实现整个在线监测系统的运行控制，以及站内所有变电设备的在线监测数据的汇集、综合分析、故障诊断、监测预警、数据展示（设在集控站）、存储和标准化数据转发等功能。变电CAG其他系统信息一体化平台变压器/电抗器综合监测单元断路器/GIS综合监测单元电容型设备/避雷器综合监测单元油中溶解气体监测装置局部放电监测装置铁芯电流监测装置套管监测装置有载分接开关监测装置电压监测装置其他监测装置SF6气体监测装置机械特性监测装置局部放电监测装置其他监测装置电容型设备监测装置避雷器监测装置电压监测装置环境监测装置其他监测装置网省站控层间隔层过程层主站CAC站端监测单元Ethernet100/1000Mbps，DL/T860图19-1在线监测系统框架二、在线监测装置分类上世纪70年代开始，国内外开始了高电压设备在线监测技术研究。随着电子技术、传感器技术以及信息处理技术等快速发展，许多在线监测装置已在国内外电力系统中得到广泛应用于变压器（电抗器）、GIS、断路器、避雷器等变电设备，并取得了一定的运行经验。目前，在我国已应用的变电设备在线监测装置类型主要有变压器油中溶解气体分析、铁芯接地电流、局部放电、套管绝缘性能检查等，GIS局部放电、SF6气体压力、微水及分解产物检测等，避雷器泄露电流、动作次数等。各变电设备在线监测装置主要分类如表19-1所示。表19-1变电设备在线监测装置分类装置分类监测项目变压器类设备油中溶解气体分析、局部放电、铁芯接地电流、绕组变形、过电压监测、套管绝缘性能、油温、绕组温度氧化锌避雷器全电流、阻性电流、功耗、动作次数电容型设备全电流、电容量、介质损耗因数、三相不平衡电流断路器SF6气体压力、微水及密度、动作特性、灭弧室电寿命GIS局部放电、微水、气体压力等三、各类在线监测装置工作原理（一）变压器（电抗器）油中溶解气体监测正常运行或发生绝缘故障时，变压器（电抗器）油会分解产生H2、CO和CO2等气体，这些气体部分溶解于油中。变压器（电抗器）油中溶解气体分析（DGA）技术作为一种非破坏性、廉价、有效的绝缘状况诊断技术在变压器（电抗器）故障监测中得到了广泛的应用。油中溶解气体在线监测系统采用色谱分析原理，实现对变压器（电抗器）油中溶解气体组份检测，其工作原理如图19-2所示。数字计算机干燥管变压器排油阀透过膜测量管气体分离单元测量单元活性炭管传感器打印机指示灯群温度显示诊断单元图19-2变压器油中气体在线监测原理图目前，油中溶解气体在线监测系统基本上有两种类型：一种是单一组分型或简易型（如图19-3所示），主要测量H2或C2H2的含量及增长率，用于对变压器早期故障的报警或预警；另一种是多气体组分型，可监测H2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2、CO和CO2等多种气体，以便对变压器（电抗器）的故障进行在线分析。油中溶解气体在线监测可以实现对变压器（电抗器）运行状态的连续监测，其检测周期可以短到数小时，利于及早发现故障征兆，并及早采取纠正措施，这样既可以减少故障漏报的风险和损失，又可减少人工测量所需的工作量。此外，将在线监测系统与人工测量相结合，可准确地分析变压器（电抗器）的运行状况。图19-3变压器油中溶解气体在线监测系统（单组分测量）（二）变压器（电抗器）的铁芯接地电流监测正常运行的变压器（电抗器）铁芯必须接地，并且只能一点接地，但在现场应用中变压器（电抗器）铁芯因多点接地而导致铁芯局部过热甚至烧毁的事故仍时有发生。由于变压器（电抗器）铁芯接地电流的大小随铁芯接地点多少和故障严重的程度而变化，因此，可把铁芯接地电流作为诊断变压器（电抗器）铁芯短路故障的特征量。将工频电流传感器钳接于变压器铁芯接地出线上，传感器输出信号通过屏蔽同轴电缆传送至铁芯接地调理单元处，通过实时监测传感器的输出电压信号即可实时获知铁芯接地线上的电流大小，用以反映变压器（电抗器）接地是否正常，其工作原理如图19-4。图19-4中，r1和r1分别为工频电流传感器的内径和外径，D1和D2分别为工频电流传感器的内直径和外直径，h为工频电流传感器的厚度，S为工频电流传感器的截面积。信号调理单元D2D1Shr1r2图19-4传感器结构原理图及现场安装图如发现铁芯的对地绝缘电阻与前次相比数据变化较大但不能判断原因时，可在线检测铁芯接地电流，如果超过100mA，应采取相应措施。对于铁芯和上夹件分别引出油箱外接地的变压器，可分别测出铁芯和夹件对地的电流，如果二者相等，且数值在数安以上时，往往是铁芯有多点接地；如果后者远大于前者，且数值在数安以上时，往往是夹件有多点接地。（三）电容型设备电容量与介质损耗监测变电站内电容型设备主要有电容型电流互感器、电容式电压互感器、耦合电容器和电容型套管等，其数量约占变电站设备总台数的40%~50%。电容型设备在线监测技术主要通过检测介质损耗因数、电容量而实现。介质损耗因数的测量对于整体性的绝缘劣化（如受潮、老化、杂质等）比较敏感，而电容量的测量对于套管、电容式电压互感器和正立式电流互感器内部发生电容屏间的短路缺陷非常有效。在设备运行电压下进行电容量和介质损耗因数的监测比低电压下的检测结果更加真实准确。如变压器套管、电流互感器的介质损耗因数一般是通过末屏外接监测单元检测电流，并与就近的电压互感器等所测取的电压量进行比较，从而计算出绝缘介质的等值电容量与介质损耗因数。但是，由于介质损耗因数的检测因受检测灵敏度的影响而不太稳定，实际投入系统的运行效果不太理想，而电容量的监测技术则相对准确且容易实现。图19-5套管介质损耗在线监测单元（四）金属氧化锌避雷器的泄漏电流和动作次数监测由于目前采用的氧化锌避雷器大多不带任何间隙，其阀片长期直接承受工频电压的作用，运行期间有电流流过，加上冲击电压及内部受潮等因素的作用，会引起避雷器阀片老化、阻性泄漏电流增加，进而导致避雷器阀片温度升高甚至发生热崩溃，从而引发电力系统事故。氧化锌避雷器泄漏电流在线监测技术通过检测氧化锌避雷器的泄漏全电流和阻性电流，能有效地反应其绝缘状况，如图19-6所示。该方法在现场可以大量监测，能够及时发现避雷器的显著劣化状况。在正常运行情况下，流过正常避雷器的全电流中，阻性分量仅占全电流的10%～20%。当阀片老化、避雷器受潮、内部绝缘部件受损时，容性电流变化较少，而阻性电流则显著增大。避雷器动作次数监测是通过放电计数器来实现的，如图19-6所示。正常运行时，流过计数器的漏电流较小，计数器不动作；当出现雷电、操作或工频过电压时，泄漏电流突然增大，计数器内部电磁线圈放电，使计数器动作来记录放电次数。图19-6避雷器阻性电流在线监视仪（五）变压器、GIS的局部放电监测对于绝缘材料，尤其是有机绝缘材料，局部放电是衡量其绝缘性能劣化的重要指标。局部放电水平的突然增长是突发绝缘故障的先兆，所以，对局部放电进行在线监测是非常必要的。局部放电的过程除了伴随着电荷的转移和电能的损耗之外，还会产生电磁辐射、超声波、发光、发热以及出现新的生成物等。因此，局部放电的检测方法有电气测量法（脉冲电流）和非电测量法（超声、超高频）两大类。1.变压器局部放电监测在变压器局部放电在线监测方法中，脉冲电流法和声学监测法比较常用。同时，为结合电流脉冲法和声学监测法的优点，还有声-电联合监测法。（1）脉冲电流法脉冲电流法是最灵敏的，可以定量的测量局部放电的特征参数，但该方法抗干扰能力差，因此较难在设备运行现场应用。（2）声学监测法声学检测方法是是利用高频的声学传感器紧贴于变压器外壁来获取局部放电产生的声波信号，该方法对局部放电或电弧放电产生暂态声音信号非常敏感，能检测出放电信号并予以定位，但由于放电源的声波信号在变压器内部沿着不同的介质进行传播，各个位置检测到声波信号的时间不同，故定位精度受限。（3）声-电联合监测法图19-7为采用声-电联合监测方法对变压器局部放电的监测系统图。当变压器内部发生局部放电时，超声传感器和电流互感器CT分别接收超声脉冲和电脉冲信号，由信号电缆CA1、CA2传送至测量系统，经过信号预处理和模数转换后，通过光缆送至主控室上位机，上位机软件完成放电的特征提取和分析判别，进行故障报警和放电定位。采取声-电联合监测方式来定位放电点，该方法不仅能够连续监测多台变压器的局部放电，而且抗干扰性能很强。图19-7变压器局部放电在线监测系统2.GIS局部放电监测GIS局部放电在线监测主要采用超高频和超声方法。GIS中的局部放电会在GIS内部空腔及外壳对地之间产生超高频电