变电站交流耐压机试验在线监测系统的研究

1　概述
　　目前我国对高压设备的绝缘监督依据《电气设备预防性试验规程》定期进行试验和维护。由于预防性试验通常不考虑设备的运行状况，到期必修，有效性和灵敏度低，不能完全适应电网的**、经济、稳定运行需求。据不完全统计，1985～1990年间国内有80％的变压器事故是在预防性试验合格的情况下发生的。因此，迫切需要维修方式从传统的以时间为基准转变到以状态为基准的状态检修方式。目前电气设备的状态维修（CBM）在电力系统中已愈来愈受到重视，电气设备绝缘在线监测技术作为实行状态维修的前提，已成为近年来国内外高压领域的研究热点［1～4］。实践表明，在线监测高压设备的绝缘参数，既可及时发现潜伏性故障、防止重大绝缘事故、提高供电可靠性，又可减少设备停电试验和维护的盲目性。
　　以往的绝缘在线监测系统多数采用集中处理方式，变电站交流耐压机试验电力部门应用，即通过屏蔽电缆将被测信号引入系统主机，然后由主机进行集中循环检测和数据处理。由于一次信号很小，经传感器耦合后被测参数受模拟量传输过程中引入的干扰影响很大，测量结果的有效性和稳定度不能保证。随着计算机技术和通信技术的快速发展，可采用总线式结构的绝缘在线监测系统，现场监测单元除了具备信号提取，还具备信号的预处理、数字化和处理功能，真正实现绝缘参数的分散式测量，本文将对此进行研究。
　　2　测量原理
　　2．1　变压器
　　变电站交流耐压机试验电力部门应用，理论分析表明，氢气是反映变压器故障的特征气体［5］。变压器在运行过程中所发生的许多绝缘故障，如：铁芯多点接地、局部短路、接触**等过热型故障和放电型或受潮型故障，均有氢气产生，通过在线监测变压器油中溶解的氢气，便可有效地发现变压器的潜伏性故障；另外，通过对铁芯接地电流的在线监测可以发现变压器铁芯的多点接地故障。
　　2．2　电容型设备
　　变电站交流耐压机试验电力部门应用对于变压器套管、电流互感器（CT）、电容式电压互感器（CVT）以及耦合电容器等电容型设备，通过测量介质损耗（tanδ）及电容量，可较为灵敏地发现设备的绝缘缺陷。实现电容型设备介质损耗参数在线检测的关键是如何准确获得并求取电流信号和电压信号基波的相位差。由于传统的过零比较法硬件电路复杂，抗干扰性能差，本文采用以快速傅里叶变换（FFT）为核心的纯数字方法，利用两个高精度电流传感器耦合被监测设备的电压和电流信号，然后由数字化测量系统对信号进行整周期采样（A／D）及快速傅立叶变换，以获得这两个信号的基波矢量及其相位差，从而计算出介质损耗值。该方法不需要复杂的模拟信号处理电路，且能有效地抑制谐波干扰。
　　2．3　避雷器
　　在运行状态下监测氧化锌避雷器（MOA）阻性电流分量的变化是判定阀片劣化或受潮程度的更为有效和灵敏的方法。对氧化锌避雷器阻性电流分量的监测，本文采用了与电容型设备类似的方法，通过对母线电压信号和MOA泄漏电流信号的FFT分析，可求得阻性电流的基波分量。
　　2．4　表面泄漏电流及环境温湿度的测量
　　环境温湿度是影响绝缘参数的重要外部因素，通过对环境温度、湿度等常规气候参数的监测，结合设备瓷套表面泄漏电流的监测可以判断设备外部绝缘的污秽程度，有助于提高在线监测数据诊断结果的可靠性。
　　3　总线式监测系统
　　3．1　结构
　　图1为总线式绝缘在线监测系统的结构示意图。该系统由3部分组成：本地监测单元（LC）、变电站通信控制器（SC）和绝缘诊断系统（IDS）。