电气设备绝缘在线监测在广州供电局的发展应用
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[摘 要]文章分析绝缘在线监测的原理、特点，并介绍了其在广州供电局的发展应用状况，指出了依靠在线监测技术实现状态维修的可行性，提出应稳步有序地推进电气设备绝缘在线监测。
[关键词]电气设备；绝缘；在线监测
中图分类号：TM29 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）23-0273-02
引言
一直以来，我们主要是通过电气设备预防性试验对电气设备进行定期的试验和维护。由于这种试验和维护是定期进行，难以及时反映设备内部的故障隐患，而且试验电压往往要低于运行电压，当设备的某一元件的绝缘有缺陷时，往往反映不灵敏，即使整体预防性试验合格，仍然时有故障发生。因此，根据需要对电气设备运行状态进行在线监测十分必要。
一、绝缘在线监测的原理、特点
1、原理
高压电气设备绝缘在线监测技术是在不影响设备运行的条件下，利用其工作电压来监测绝缘的各种特征参数。因此，能真实的反映电气设备绝缘的运行工况，从而对绝缘状况作出比较准确的判断。
绝缘在线监控系统总体结构图如下图所示：
其原理是：首先将各种传感器所采集的设备运行状态信号，经过必要的转换或筛选后，统一送入数据系统进行分析。若发现异常，可根据不同的设计而报警。也可经传输通道与上一级管理控制中心相联，以便运用微机及其网络对各监测点的各类设备监测数据进行统一储存、管理、分析和判断。
2、特点
（1）先进。在线监测装置不断改进传感器的原理和工艺，完善微机网络及其软件；既能对带电设备的绝缘特性参数实时测量，又能对获取数据进行分析处理。
（2）安全。在线监测设备接线状态固定，可减少大量电气设备停役及复役操作，降低了职工的劳动强度。
（3）实用。绝缘在线监测装置可对被测设备在运行状态下定时或连续地进行监测，所测得的结果能真实反映设备运行工况，能及时有效地检测出设备事故隐患。
1、2013―2014年广州供电局改造情况统计
近年，广州供电局根据网公司技改项目，对220kV林益站，110kV苗圃站等变电站的GIS、电容、交直流系统等多台设备进行了绝缘在线监测的改造。其原理为：变电站端由各设备监测系统采集相关信息，通过模/数转换后，由数据传输送给变电站当地监控系统；同时通过保信系统将所采集的信息传递给供电局EMS系统WEB服务器，再通过FTP/Socket等方式传递给远方在线监测系统。简单说来就是绝缘在线监测系统分三大部分：第一部分是就地信号采集单元，第二部分是前台处理系统，第三部分为远程数据分析和传输系统。
2、110kV苗圃站电容器在线监测系统技术方案
（1）、系统组成
本系统采用分层分布式结构，由就地监测层、站端控制层和远方主站管理层三大部分组成，各层功能如下：
①、就地监测层
就地监测层由多个就地智能监测单元组成。采用全数字式、一体化的就地智能监测单元安装在被监测电容器组的现场，通过通讯网络自动、实时地上传并联电容器的运行状态参数至站端控制层。监测项目如下：
* 母线电压及梯度、谐波
* 电容器电压及梯度、谐波
* 电容器电流及梯度、谐波
* 各电容器的电容值、运行容量、表面温度、开关位置
* 电容器室的环境温度
电测单元
电测单元通过母线PT和电容器放电PT采集电压，通过套在电容器绝缘套管上的CT采集电流，所使用的CT型号为：LCT2-10，可安装在10kV电容器等电力设备绝缘套管处测量电流。
电测单元采用16位的AD转换器和数字信号处理器（DSP）对10kV母线及各电容器的电压电流采集后进行处理分析，最后计算出各种电参数后，再通过以太网将这些测量参数送至站端控制层的工控机，工控机再通过网络与远方主站服务器连接，实现数据信息共享。电容器在线监测系统的结构示意图如下（只画出一组5只电容器的A相，B，C相与A同）：
每个电测单元可以对5路三相电压电流进行测量，由于对同一母线或同一组三相电容器进行同步采样，可以保证采样的精度和相位的准确度，不同组的三相电压电流通过信号模拟开关切换。
由于电测单元所监测的谐波参数数据量大，对于通讯的速率要求不小于1Mbps，故传统的RS485等低传输率通讯方式已经不能满足需要，为此电测单元的通讯采用了100M的以太网接口，保证满足高速数据的传输要求。
智能测温单元
该智能测温单元是采用美国DALLAS一线现场总线技术，实现低成本多点温度状态在线监测方案的实用型组网模块，能可靠地工作于多点的实时温度数据采集监测的实际应用场合。
该智能测温单元可以对DS1820数字温度传感器系列产品进行温度数据采集，使温度巡检测系统获得高可靠性、低成本和最简单的布线结构。
使用一个智能测温单元，可以满足64个点的温度数据采集，使用表面贴装的温度传感器探头，可以固定在电容器外壳进行测温；再通过2个环境温度传感器探头测量环境温度。
该智能测温单元使用RS485组网方式，与站端控制层的工控机连接。
②、站端控制层
站端控制层主要包括站端中心管理单元，它是标准4-8U上架式工控机，适用于标准尺寸的电力监测组屏，可实现对变电站所有就地智能监测单元的测量控制、通信管理、数据采集、处理分析和显示，还可将监测结果和设备状态通过网络传输到远方系统。
站端管理层包括一只1Gbps的以太网交换机，负责把就地监测层的多只电测单元的数据汇总后发送到工控机上进行整理和分析。
工控机具有一路RS232接口，并使用一只RS485-RS232适配器，将测温单元测量到的各电容器温度信号收集到工控机中进行分析。
③、远方主站管理层
远方主站管理层实现电容器运行状态的监测与数据采集功能，主要有远方主站管理单元，可监测各站站端控制层及就地监测层的运行，控制和管理在线监测系统、并收集和分析电容器的在线监测数据，实现对电力电容器的远程实时在线监测和故障预警提示，方便运行管理人员制定维护和检修策略。
（2）、系统设备配置
（3）、系统特点
①信号采集单元特点
采集单元就地采集所监测设备的电压、末屏电流等信号并进行数据处理，求得其幅度、相位等参数，进而在上微机可计算泄露电流等电气参数。
采用DSP技术作为硬件平台；传感器采用高导磁率铁心，可准确测量小信号的幅度及角度，屏蔽措施完备，干扰影响减少；前向放大部分采用低温漂、高精度型运算放大器以及高精度电阻使模拟放大通道稳定。
②监测系统的选型要求
选择运行高电压设备绝缘在线监测系统，按照检测设备的安装不影响变电站设备的运行方式的要求，系统采用与高压设备没有直接电气连接的一匝穿芯式传感器；施工安装简便，可维护性好；状态数据就地测量要求准确、稳定。
（4）、系统运行情况
该整套系统进行后台调试后投入运行至今，系统运行正常，测量数据准确，对比实际带电和停电测量数据，基本相吻合。运行实践表明，利用绝缘在线监测系统可以有效地发现某些早期绝缘故障。
三、绝缘在线监测问题及其改进探讨
电气设备绝缘在线监测技术的推广应用，对电气设备的安全运行起到了积极作用。但是，由于其技术的复杂性和电气设备的多样性，尚有一些问题值得研究与改进。
（1）传感器的特性和质量是在线监测的关键。温度、压力等外界环境的影响，是影响测试精度和稳定性的重要因素。
（2）干扰问题。由于高压电气设备处在强电场环境中，使微量信号的采集难度增大。
（3）积累运行经验，完善专家系统，制定监测标准。高压电气设备绝缘在线监测的绝缘参数往往与停电测试结果有一个“偏差”，但这个“偏差”往往存在一定规律，只要积累数据，加以分析就不难发现。完善专家系统，建立数据库，强化分析功能，制定监测标准仍是目前亟待解决的问题。
四、结论
1、电气设备绝缘在线检测技术能够及时发现和检测出设备内部绝缘状态的变化，对设备绝缘故障及时处理，保证电网的安全运行。虽然在线监测装置已投入实际运用，现阶段在线监测装置还只能作为一种辅助检测装置，无法取代人工定期取样化验分析。
2、电气设备绝缘在线监测技术作为供电单位实行状态检修的基础手段，应当进一步推广使用绝缘在线监测技术，积极推行电气设备状态检修。绝缘在线监测及诊断技术必定有着良好的发展运用前景。