变电所设备在线监测技术

电力18讯：    
河北省衡水供电公司  郭志龙 张博  

摘要：该文分析了在线监测实行的必要性，阐述了变电所小四器在线监测技术的原理及实现方法，提出了在线监测技术存在的问题，并对其发展前景进行了探讨。

关键词：在线监测；电容性设备；MOA

中图分类号：TM721 文献标志码：B 文章编号:1003-0867(2006)11-0058-03

所谓电力设备在线监测，就是利用传感、电子、计算机等技术，通过对运行中高压设备的信号采集和传输、数据处理、逻辑判断，来实现对电力设备运行状态的带电测试或不间断的实时监测和诊断。绝缘的劣化、缺陷的发展虽然具有统计性，发展的速度也有快慢，但大多具有一定的发展期和各种前期征兆，表现为设备的电气、物理、化学等特性有少量渐进的变化。及时取得各种即使是很微弱的信息进行处理和综合分析后，根据其数值的大小及变化趋势，可对设备的可靠性随时作出判断。

电流互感器、电压互感器、避雷器和耦合电容器被称做变电所的小四器。电流互感器(TA)、耦合电容器(OY)和电容式电压互感器(CTV)设备为电容型设备，所以将小四器在线监测分成电容型设备和金属氧化物避雷器两部分进行阐述。


图1　电容型设备绝缘等值电路与向量图
1 电容型设备在线监测

1.1 原理概述

交流电压作用下电容型设备的绝缘特性如图1所示。流过介质的电流I由电容电流分量IC 和有功电流分量IR组成，通常IC、IR介质的损耗按不同机理可分为漏电损耗和介质损耗两种基本形式。介质损耗角正切值（tgδ）即介质损耗因数，是反映绝缘介质损耗程度的特征量。tgδ仅取决于材料的特性而与材料尺寸和形状无关，所以tg作为反映设备绝缘状况的参数是非常合适的。此外，流过介质的电流I及介质电容量C也是反映设备绝缘状况的重要特征参数，因此综合监测tgδ、I和C可以全面地了解设备的绝缘状况。

1.2 tgδ的测量方法

传统的测量方法主要有以下几种：电桥法、瓦特表法、谐振回路法等，随着微电子技术和计算机技术的广泛应用，介损测量技术有了很大的提高。

数字式自动平衡电桥。自动平衡电桥采用零值比较法原理，但它采用了计算机控制和处理，与西林电桥相比具有复现性好，稳定性高，测量速度快的特点，不过，其硬件复杂，工艺要求高，价格昂贵。

实部和虚部分离测量法。这种方法也叫同步分离法，它源于电流-电压法测量元件阻抗的原理，通过矢量运算实现，运用了微处理机来测量。可以在有干扰的情况下测量，能抵消干扰影响。但本法用运算放大器实现矢量比例运算，故有相位漂移、寄生导纳以及电源稳定度的影响，随测量精度提高成本也相应提高。

过零时间差法介损在线测量。过零时间差法是在时域中通过脉冲计数来测量正弦电流、电压由负变正过零点的时差，再换算为电流超前电压的相位差，进而得到介损tg的一种方法。该方法采用了单片机来测量过零点时差及正弦信号周期，可简化电路，准确度较高，可通过获得多组数据，取平均值以减小分散性。还可采用消除回路误差等措施以提高测量tg的准确度。但该法对电子电路的性能要求较高。

数字采样波形分析系统(即谐波分析法)。数字采样波形分析系统是一种波形采集、存储和分析的智能化系统，有测量、计算、分析、诊断功能。该系统采用数字化采样电压、电流信号，并进行快速傅里叶变换(FFT)，求出信号基波分量的幅值和相位，最后得到介损tg值和试品电容值。该系统具有测试灵活，抗干扰能力强，可连续测试，硬件电路简单等特点，非常适于在线监测。利用获得的信号，可方便地实现对数据分析方法的改进，以得到所需的信息，还可使绝缘监测和绝缘诊断结合起来，为引进和开发以绝缘诊断为核心的专家系统开辟了广阔的道路。

2 金属氧化物避雷器(MOA)的在线监测

2.1 原理概述

MOA泄漏电流是表征MOA运行状况的主要指标，泄漏电流包括瓷套、绝缘物和阀片泄漏三部分。一般而言，阀片泄漏电流不会发生突变，因此，在天气好的条件下，测得的MOA的阻性电流一般都可以视为流过MOA阀片柱的阻性电流。如图2为MOA阀片常用的电路等效模型，它由一个非线性电阻与线性电容并联。

从等效电路可知，流过MOA的总泄漏电流Ix可分为阻性电流Ir和容性电流Ic两部分，导致阀片发热的是阻性分量产生了有功损耗。在标准正弦电压作用下，因为Rx的非线性使得流过MOA的阻性电流不仅含有基波，而且含有高次谐波，而容性电流分量只有基波，因此，阻性电流的谐波量就是总泄漏电流的谐波量，同时只有阻性电流的基波才能产生功率损耗。由此可见，表征MOA运行工况的特征量主要有阻性电流，阻性电流基波，功率损耗和总泄漏电流。

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