變電站交流耐壓機(jī)試驗(yàn)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究

1　概述
　　目前我國(guó)對(duì)高壓設(shè)備的絕緣監(jiān)督依據(jù)《電氣設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》定期進(jìn)行試驗(yàn)和維護(hù)。由于預(yù)防性試驗(yàn)通常不考慮設(shè)備的運(yùn)行狀況，到期必修，有效性和靈敏度低，不能完全適應(yīng)電網(wǎng)的**、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運(yùn)行需求。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，1985～1990年間國(guó)內(nèi)有80％的變壓器事故是在預(yù)防性試驗(yàn)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(shí)間為基準(zhǔn)轉(zhuǎn)變到以狀態(tài)為基準(zhǔn)的狀態(tài)檢修方式。目前電氣設(shè)備的狀態(tài)維修（CBM）在電力系統(tǒng)中已愈來(lái)愈受到重視，電氣設(shè)備絕緣在線監(jiān)測(cè)技術(shù)作為實(shí)行狀態(tài)維修的前提，已成為近年來(lái)國(guó)內(nèi)外高壓領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)［1～4］。實(shí)踐表明，在線監(jiān)測(cè)高壓設(shè)備的絕緣參數(shù)，既可及時(shí)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(shè)備停電試驗(yàn)和維護(hù)的盲目性。
　　以往的絕緣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)多數(shù)采用集中處理方式，變電站交流耐壓機(jī)試驗(yàn)電力部門應(yīng)用，即通過(guò)屏蔽電纜將被測(cè)信號(hào)引入系統(tǒng)主機(jī)，然后由主機(jī)進(jìn)行集中循環(huán)檢測(cè)和數(shù)據(jù)處理。由于一次信號(hào)很小，經(jīng)傳感器耦合后被測(cè)參數(shù)受模擬量傳輸過(guò)程中引入的干擾影響很大，測(cè)量結(jié)果的有效性和穩(wěn)定度不能保證。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的快速發(fā)展，可采用總線式結(jié)構(gòu)的絕緣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)單元除了具備信號(hào)提取，還具備信號(hào)的預(yù)處理、數(shù)字化和處理功能，真正實(shí)現(xiàn)絕緣參數(shù)的分散式測(cè)量，本文將對(duì)此進(jìn)行研究。
　　2　測(cè)量原理
　　2．1　變壓器
　　變電站交流耐壓機(jī)試驗(yàn)電力部門應(yīng)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(yùn)行過(guò)程中所發(fā)生的許多絕緣故障，如：鐵芯多點(diǎn)接地、局部短路、接觸**等過(guò)熱型故障和放電型或受潮型故障，均有氫氣產(chǎn)生，通過(guò)在線監(jiān)測(cè)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(guò)對(duì)鐵芯接地電流的在線監(jiān)測(cè)可以發(fā)現(xiàn)變壓器鐵芯的多點(diǎn)接地故障。
　　2．2　電容型設(shè)備
　　變電站交流耐壓機(jī)試驗(yàn)電力部門應(yīng)用對(duì)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(shè)備，通過(guò)測(cè)量介質(zhì)損耗（tanδ）及電容量，可較為靈敏地發(fā)現(xiàn)設(shè)備的絕緣缺陷。實(shí)現(xiàn)電容型設(shè)備介質(zhì)損耗參數(shù)在線檢測(cè)的關(guān)鍵是如何準(zhǔn)確獲得并求取電流信號(hào)和電壓信號(hào)基波的相位差。由于傳統(tǒng)的過(guò)零比較法硬件電路復(fù)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(gè)高精度電流傳感器耦合被監(jiān)測(cè)設(shè)備的電壓和電流信號(hào)，然后由數(shù)字化測(cè)量系統(tǒng)對(duì)信號(hào)進(jìn)行整周期采樣（A／D）及快速傅立葉變換，以獲得這兩個(gè)信號(hào)的基波矢量及其相位差，從而計(jì)算出介質(zhì)損耗值。該方法不需要復(fù)雜的模擬信號(hào)處理電路，且能有效地抑制諧波干擾。
　　2．3　避雷器
　　在運(yùn)行狀態(tài)下監(jiān)測(cè)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(duì)氧化鋅避雷器阻性電流分量的監(jiān)測(cè)，本文采用了與電容型設(shè)備類似的方法，通過(guò)對(duì)母線電壓信號(hào)和MOA泄漏電流信號(hào)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(cè)量
　　環(huán)境溫濕度是影響絕緣參數(shù)的重要外部因素，通過(guò)對(duì)環(huán)境溫度、濕度等常規(guī)氣候參數(shù)的監(jiān)測(cè)，結(jié)合設(shè)備瓷套表面泄漏電流的監(jiān)測(cè)可以判斷設(shè)備外部絕緣的污穢程度，有助于提高在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)診斷結(jié)果的可靠性。
　　3　總線式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
　　3．1　結(jié)構(gòu)
　　圖1為總線式絕緣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。該系統(tǒng)由3部分組成：本地監(jiān)測(cè)單元（LC）、變電站通信控制器（SC）和絕緣診斷系統(tǒng)（IDS）。