電氣設(shè)備在線監(jiān)測技術(shù)

1、電氣設(shè)備在線監(jiān)測技術(shù)電氣設(shè)備在線監(jiān)測技術(shù)一、概述一、概述n電氣設(shè)備故障一、概述一、概述n電氣設(shè)備故障原因及危害一、概述一、概述n設(shè)備狀態(tài)的檢測手段停電試驗運行中巡檢帶電測試在線監(jiān)測一、概述一、概述n停電試驗停電試驗優(yōu)點缺點試驗結(jié)果分析積累了大量經(jīng)驗停電困難設(shè)備狀態(tài)：停電運行不能連續(xù)隨時監(jiān)測（維修不足）過度維修一、概述一、概述n運行中巡檢屬于狀態(tài)檢修試驗范疇設(shè)備表計聲音辨識外觀檢查設(shè)備狀態(tài)判斷p 優(yōu)點： 簡便易行 能夠發(fā)現(xiàn)部分缺陷p 缺點： 內(nèi)部缺陷不易發(fā)現(xiàn)p 要求 認真、仔細 記錄完整一、概述一、概述n帶電測試人檢測儀器運行設(shè)備帶電測試 變壓器絕緣油色譜分析 電容型設(shè)備介損及電容量 鐵芯接地電

2、流 超高頻局放 超聲局放 避雷器帶電測試 紅外熱成像 紫外成像 一、概述一、概述n在線監(jiān)測在線監(jiān)測運行設(shè)備傳感器后臺 設(shè)備狀況連續(xù)監(jiān)測 設(shè)備狀況定時監(jiān)測 自動進行 一、概述一、概述n在線監(jiān)測VS帶電測試帶電測試帶電測試在線監(jiān)測在線監(jiān)測資金投入資金投入小小大大靈活性靈活性強強弱弱檢測及時性檢測及時性弱弱強強診斷能力診斷能力弱弱較強較強抗干擾能力抗干擾能力弱弱強強一、概述一、概述n在線監(jiān)測AND狀態(tài)檢修在線監(jiān)測在線監(jiān)測為狀態(tài)評價提供必要的參數(shù)為狀態(tài)評價提供必要的參數(shù)狀態(tài)檢修的重要輔助手段狀態(tài)檢修的重要輔助手段二、在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)二、在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)n早期結(jié)構(gòu)p 集中式測量結(jié)構(gòu) 被測信號匯集到主控室

3、，由系統(tǒng)主機逐一進行檢測p 存在的問題 模擬信號長距離傳輸?shù)母蓴_ 地電位沖擊 二、在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)二、在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)n基于IEC61850的結(jié)構(gòu)分層分布的現(xiàn)場總線結(jié)構(gòu)二、在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)二、在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)n分層分布的現(xiàn)場總線結(jié)構(gòu)由局端綜合系統(tǒng)構(gòu)成由局端綜合系統(tǒng)構(gòu)成采用采用10M/100M以太網(wǎng)通訊方式與間隔層連接以太網(wǎng)通訊方式與間隔層連接由各類專用監(jiān)測子系統(tǒng)和現(xiàn)場主機構(gòu)成由各類專用監(jiān)測子系統(tǒng)和現(xiàn)場主機構(gòu)成通過相互獨立的通過相互獨立的CAN2.0B現(xiàn)場總線與其自身現(xiàn)場總線與其自身所配備的就地監(jiān)測單元連接所配備的就地監(jiān)測單元連接由各類專用監(jiān)測子系統(tǒng)中的就地監(jiān)測單元由各類專用監(jiān)測子系統(tǒng)中的就地監(jiān)

4、測單元構(gòu)成構(gòu)成 具備具備CAN2.0現(xiàn)場總線接口現(xiàn)場總線接口二、在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)二、在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)n現(xiàn)場總線p 概念 指現(xiàn)場儀表和數(shù)字控制系統(tǒng)輸入輸出之間的全數(shù)字化、雙向、多站點的通訊系統(tǒng) 只需使用一根普通的雙絞屏蔽電纜就可掛載多個監(jiān)測單元p 優(yōu)點 電纜的用量少，連線設(shè)計及接頭校對等工作簡單 個別監(jiān)測單元發(fā)生故障或退出運行不會影響其它單元工作 各個監(jiān)測單元的獨立接地，解決了抗干擾、抗沖擊等方面的問題 直接傳輸數(shù)字信號，抗干擾能力強二、在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)二、在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)n數(shù)據(jù)管理及預警系統(tǒng)通過局域網(wǎng)等通訊方式，數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)可定時獲得各個變電站的監(jiān)測數(shù)據(jù)，裝載到數(shù)據(jù)庫 數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)對監(jiān)測數(shù)據(jù)進

5、行分析判斷，篩選出參數(shù)異常的電氣設(shè)備自動生成包括參數(shù)變化趨勢圖在內(nèi)的監(jiān)測報告數(shù)據(jù)診斷系統(tǒng) 分布式測量結(jié)構(gòu)，監(jiān)測單元可同時測量，可方便地排除外部影響將結(jié)構(gòu)相同的電氣設(shè)備通過縱向或橫向的比較，可確定被測電氣設(shè)備絕緣狀況的真實變化 通過相對比較判斷法，關(guān)注個別設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)生的相對變化，消除外部因素的影響三、電容型設(shè)備三、電容型設(shè)備n能夠開展的項目 p 小貼示 通過測量介質(zhì)損耗tg及電容量，可較為靈敏地發(fā)現(xiàn)電容型設(shè)備的絕緣缺陷 三、電容型設(shè)備三、電容型設(shè)備n測量方法 CTRFCTA/DFFTPh(x-n)Tan=Tan(/2-Ph)PTCxUnUxUnInIxUp無源電流傳感器檢測精度難以滿足介質(zhì)損

6、耗測量的要求 p自動反饋的零磁通補償技術(shù) 選用導磁率較高、損耗較小坡莫合金作鐵芯 采用深度負反饋補償技術(shù)自動跟蹤補償，保持鐵芯工作在接近理想的零磁通狀態(tài)p 關(guān)鍵求取兩個工頻基波電流信號的相位差 三、電容型設(shè)備三、電容型設(shè)備n“虛擬基準” CTRFCTCTCTA/DFFTPh(n-s)A/DFFTPh(x-s)Ph=Ph(x-s) - Ph(n-s)Tan=Tan(/2-Ph)PTCx電源總線RsRsUnUsUsUxUnInIsIsIxLC1LC2SC通訊總線U三、電容型設(shè)備三、電容型設(shè)備n介損測量效果 三、電容型設(shè)備三、電容型設(shè)備n電容量測量效果 電容量監(jiān)測數(shù)據(jù)較為穩(wěn)定，與系統(tǒng)電壓波動無關(guān)，僅

7、略受環(huán)境變化（氣溫）的影響，且三相的影響程度基本一致三、電容型設(shè)備三、電容型設(shè)備n監(jiān)測效果 考慮到提供基準電壓信號CVT存在固有的角差，會造成在線監(jiān)測結(jié)果與離線測試間結(jié)果差異，主變套管的在線監(jiān)測結(jié)果是比較準確的三、變壓器設(shè)備三、變壓器設(shè)備p 能夠開展的項目 超高頻局放 色譜 鐵芯接地電流 繞組溫度在線監(jiān)測三、變壓器設(shè)備三、變壓器設(shè)備n超高頻局放 測試原理測試原理局放源相當于無線電發(fā)射裝置接收局放源的電磁信號可實現(xiàn)對局放的檢測在超高頻段（UHF：3003000MHz ）內(nèi)接收電磁信號，可避開大多數(shù)干擾金屬殼會屏蔽電磁信號內(nèi)置接收單元，或由非金屬材料構(gòu)成的外殼或縫隙處接收信號三、變壓器設(shè)備三、變壓

8、器設(shè)備n超高頻局放 三、變壓器設(shè)備三、變壓器設(shè)備n超高頻局放 狀態(tài)良好三、變壓器設(shè)備三、變壓器設(shè)備n超高頻局放 三、變壓器設(shè)備三、變壓器設(shè)備n色譜過熱故障原因過熱故障原因?qū)щ娀芈贩矫鎸щ娀芈贩矫娲怕贩矫娲怕贩矫娣纸娱_關(guān)接觸不良分接開關(guān)接觸不良引線接頭焊接或接觸不良引線接頭焊接或接觸不良低壓線圈股間漏磁不均在低壓線圈股間漏磁不均在焊接頭處造成電勢差及渦流焊接頭處造成電勢差及渦流股間短路股間短路鐵芯短路鐵芯短路鐵芯多點接地鐵芯多點接地漏磁或主磁通在某些部件上漏磁或主磁通在某些部件上引起渦流發(fā)熱引起渦流發(fā)熱.三、變壓器設(shè)備三、變壓器設(shè)備n色譜三、變壓器設(shè)備三、變壓器設(shè)備n色譜p 監(jiān)測原理通過油路管道

9、，并在油泵的控制下，從變壓器中獲取特定油速和流量的油樣 通過萃取裝置，使用聚四氟乙烯薄膜、中空纖維束等高分子膜從油中脫出氣體 脫出的混合氣體由載氣推動通過色譜柱，各組分氣體由于運動速度不同而被分離 用熱導池或半導體氣敏傳感器來測定氣體的成分和濃度 使用標準氣體定期對檢測裝置進行標定和調(diào)整，以保證檢測的可靠性 三、變壓器設(shè)備三、變壓器設(shè)備n色譜p 存在的問題 結(jié)構(gòu)較為復雜 存在多種易損壞（例如油泵、氣泵、閥門、熱導池等）、易損耗（例如載氣、標氣等）、易老化（脫氣透膜、色譜柱等）部件 定期進行維護和校準三、變壓器設(shè)備三、變壓器設(shè)備n色譜放電性故障原因放電性故障原因電場集中處電場集中處局部放電局部放

10、電金屬部件金屬部件懸浮放電懸浮放電受潮后圍屏或受潮后圍屏或撐條上發(fā)展中撐條上發(fā)展中的樹枝狀放電的樹枝狀放電油流靜放電油流靜放電三、變壓器設(shè)備三、變壓器設(shè)備n色譜負載試驗負載試驗線圈直流電阻線圈直流電阻空載試驗空載試驗（含單相空載試驗）（含單相空載試驗）鐵芯接地電流鐵芯接地電流（絕緣電阻）（絕緣電阻）過熱故障診斷過熱故障診斷三、變壓器設(shè)備三、變壓器設(shè)備n色譜檢查有載調(diào)壓檢查有載調(diào)壓小油箱小油箱檢查潛油泵檢查潛油泵超高頻超高頻局部放電試驗局部放電試驗局部放電試驗局部放電試驗放電故障診斷放電故障診斷三、變壓器設(shè)備三、變壓器設(shè)備n鐵芯接地電流p 監(jiān)測目的和方法 通過監(jiān)測變壓器的鐵心及夾件的接地電流，可

11、及時發(fā)現(xiàn)鐵心多點接地缺陷 鐵心、夾件接地電流信號通過穿芯式電流傳感器（小CT）獲取p 監(jiān)測效果三、變壓器設(shè)備三、變壓器設(shè)備n繞組溫度在線監(jiān)測對變壓器油溫和繞組溫度進行實時監(jiān)測，可以及時發(fā)現(xiàn)故障嚴重程度的發(fā)展趨勢 通過預埋入繞組內(nèi)的光纖，可實現(xiàn)對繞組溫度的有效監(jiān)測四、開關(guān)類設(shè)備四、開關(guān)類設(shè)備n監(jiān)測項目 電氣壽命在線監(jiān)測 機械特性在線監(jiān)測 SF6氣體綜合監(jiān)測 超高頻局放監(jiān)測 超聲局放監(jiān)測 四、開關(guān)類設(shè)備四、開關(guān)類設(shè)備n電氣壽命在線監(jiān)測n 監(jiān)測原理 影響電壽命的主要因素是觸頭的電磨損。 觸頭的電磨損取決于開斷電流(燃弧電流)和燃弧時間、滅弧室的結(jié)構(gòu)以及觸頭的運動速度等 通過監(jiān)測開斷電流，開斷次數(shù)，燃

12、弧時間等參數(shù)，由數(shù)學算法分析，累計觸頭磨損量，評估觸頭電壽命，預測觸頭的剩余壽命。四、開關(guān)類設(shè)備四、開關(guān)類設(shè)備n電氣壽命在線監(jiān)測n 電壽命計算方法 累計開斷電流 累計i2t 累計開斷電流加權(quán)值 計及燃弧時間的i2t加權(quán)評估法 相對電磨損與相對電壽命法 四、開關(guān)類設(shè)備四、開關(guān)類設(shè)備n電氣壽命在線監(jiān)測累計開斷電流監(jiān)測四、開關(guān)類設(shè)備四、開關(guān)類設(shè)備n機械特性在線監(jiān)測p 需要考慮的參量分、合閘線圈電流觸頭的行程、速度等特性機械振動監(jiān)測輔助開關(guān)的轉(zhuǎn)換狀態(tài)氣壓、油泵電機或彈簧儲能電機動作過程電流波形合、分閘時間，三相不同期時間，燃弧時間及彈跳時間四、開關(guān)類設(shè)備四、開關(guān)類設(shè)備n機械特性在線監(jiān)測p 監(jiān)測意義及方

13、法u 分、合閘線圈電流 線圈電流波形反映了鐵芯行程、鐵芯卡滯、線圈狀態(tài)(匝間短路等)、分合閘輔助接點狀態(tài)與轉(zhuǎn)換時間等信息u 觸頭的行程、速度等特性 反映機構(gòu)的工作狀況，通過直接或間接的方法獲得速度、加速度、行程等曲線以及平均速度、最大速度u 機械振動監(jiān)測 分析機構(gòu)的動作狀態(tài)和時間，可以反映斷路器內(nèi)部機構(gòu)的運動過程 四、開關(guān)類設(shè)備四、開關(guān)類設(shè)備n機械特性在線監(jiān)測p 監(jiān)測意義及方法u 輔助開關(guān)的轉(zhuǎn)換狀態(tài) 可以作為斷路器合分閘標志的輔助判斷量 u氣壓、油泵電機或彈簧儲能電機動作過程電流波形 反映機構(gòu)內(nèi)部和行程開關(guān)工作狀態(tài)以及彈簧的工作狀態(tài)，了解氣站及機構(gòu)動作狀況是否良好 u 合、分閘時間，三相不同期

14、時間，燃弧時間及彈跳時間 間接反映斷路器的運行狀況 四、開關(guān)類設(shè)備四、開關(guān)類設(shè)備nSF6氣體綜合監(jiān)測p 監(jiān)測內(nèi)容 氣體壓力的監(jiān)測 氣體濕度的監(jiān)測 氣體分解產(chǎn)物監(jiān)測四、開關(guān)類設(shè)備四、開關(guān)類設(shè)備nSF6氣體綜合監(jiān)測p氣體壓力的監(jiān)測p氣體濕度的監(jiān)測u 監(jiān)測意義氣體密封程度的降低，將直接影響其性能的發(fā)揮，導致水分侵入氣壓下降，甚至引起開斷失敗 u 監(jiān)測意義 SF6氣體在200以下就可發(fā)生水解反應，產(chǎn)生有毒和酸性物質(zhì)，腐蝕金屬電極 SF6氣體微水超標時在絕緣表面結(jié)露，擊穿電壓明顯下降，降低絕緣性能四、開關(guān)類設(shè)備四、開關(guān)類設(shè)備nSF6氣體綜合監(jiān)測p氣體分解產(chǎn)物監(jiān)測SF6氣體放電分解特征產(chǎn)物氣體放電分解特征

15、產(chǎn)物主要產(chǎn)物主要產(chǎn)物其它產(chǎn)物其它產(chǎn)物高能量電弧放電產(chǎn)物高能量電弧放電產(chǎn)物氟化亞硫酰（氟化亞硫酰（SOF2）低能量的放電產(chǎn)物低能量的放電產(chǎn)物氟化硫酰（氟化硫酰（SO2F2）二氧化硫（二氧化硫（SO2）四氟化硫（四氟化硫（SF4）四氟化硫酰（四氟化硫酰（SOF4）十氟化二硫（十氟化二硫（S2F10）一氧十氟化二硫（一氧十氟化二硫（S2F10O）n 小貼示 該項目只針對罐式斷路器和GIS 通過成分分析結(jié)合其它相關(guān)試驗可判斷故障類型四、開關(guān)類設(shè)備四、開關(guān)類設(shè)備nSF6氣體綜合監(jiān)測p監(jiān)測目前面臨的問題 每種監(jiān)測，尤其是每一種分解產(chǎn)物都需要專門的監(jiān)測探頭，實施中存在困難，需要開發(fā)綜合監(jiān)測探頭 氣體分解產(chǎn)物

16、目前還僅能定性的分析，遠未達到絕緣油色譜的分析水平。四、開關(guān)類設(shè)備四、開關(guān)類設(shè)備n超高頻局放監(jiān)測p監(jiān)測對象及效果 罐式斷路器、GIS及開關(guān)柜某罐式斷路器監(jiān)測結(jié)果四、開關(guān)類設(shè)備四、開關(guān)類設(shè)備n超高頻局放監(jiān)測p監(jiān)測對象pGIS的重要絕緣缺陷 GIS 接地或帶電部位的凸起 自由移動或固定顆粒 電氣懸浮 機械松動的屏蔽 盆式絕緣子、絕緣拉桿內(nèi)部的氣泡和缺陷X四、開關(guān)類設(shè)備四、開關(guān)類設(shè)備n超高頻局放監(jiān)測p監(jiān)測原理 活動的缺陷會向GIS的殼體發(fā)射聲信號 測量聲信號，并根據(jù)由信號得到的參數(shù)對缺陷的類別進行識別，可有效的檢測GIS中的缺陷 根據(jù)沿著GIS尋找最高信號水平，可以對缺陷進行定位五、互感器五、互感器

17、n監(jiān)測項目 油浸式電容型電流互感器開展容性設(shè)備在線監(jiān)測 氣體絕緣電流互感器開展SF6氣體綜合監(jiān)測 CVT的在線監(jiān)測項目主要包括介損及電容測試及二次電壓監(jiān)測 五、互感器五、互感器n監(jiān)測項目pCVT的二次電壓監(jiān)測 XcXKXT1XT2，二次電壓與一次電壓得到正確對應關(guān)系 在一般設(shè)計時采用過補償（感抗值略大于容抗值），減少電阻對相位差(角差)的影響 電容單元局部擊穿，或補償電感發(fā)生損壞，都有可能導致二次電壓異常五、套管五、套管n監(jiān)測項目 油浸式電容型套管開展容性設(shè)備在線監(jiān)測 氣體絕緣套管開展SF6氣體綜合監(jiān)測五、避雷器五、避雷器n監(jiān)測項目測量阻性電流的基波分量 全電流監(jiān)測五、避雷器五、避雷器n監(jiān)測機

18、理u 阻性電流在正弦波電壓作用下，MOA的阻性電流中含有基波和高次諧波 基波電流發(fā)熱做功，諧波電流不發(fā)熱也不做功 阻性電流的基波分量可有效地反映MOA內(nèi)部元件受潮、閥片老化等缺陷u 全電流 能夠發(fā)現(xiàn)受潮缺陷，但不敏感六、輸電線路六、輸電線路n監(jiān)測項目 溫度弧垂在線監(jiān)測系統(tǒng)（動態(tài)增容系統(tǒng)） 微風振動監(jiān)測系統(tǒng) 雷電監(jiān)測系統(tǒng) 污穢在線監(jiān)測系統(tǒng) 可視系統(tǒng)六、輸電線路六、輸電線路n溫度弧垂在線監(jiān)測系統(tǒng)（動態(tài)增容系統(tǒng)）通過動態(tài)增容軟件實現(xiàn)動態(tài)增容六、輸電線路六、輸電線路n污穢在線監(jiān)測系統(tǒng) 監(jiān)測放電脈沖幅值和頻率 實際意義值得商榷六、輸電線路六、輸電線路n可視系統(tǒng) 值得重點研究，能夠完成許多常規(guī)手段難以解決的問題 研究重點：電源、信號傳輸方式七、其它在線監(jiān)測技術(shù)七、其它在線監(jiān)測技術(shù)n紫外成像檢測l 檢測機