變電站絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)的研究

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1、變電站絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)的研究2010-1-720:54:00來源：中國自動化網(wǎng)1　概述　　目前我國對高壓設(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)的安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運(yùn)行需求。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，1985～1990年間全國有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)中已愈來愈受到重

2、視，電氣設(shè)備絕緣在線監(jiān)測技術(shù)作為實(shí)行狀態(tài)維修的前提，已成為近年來國內(nèi)外高壓領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。實(shí)踐表明，在線監(jiān)測高壓設(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?！　∫酝慕^緣在線監(jiān)測系統(tǒng)多數(shù)采用集中處理方式，即通過屏蔽電纜將被測信號引入系統(tǒng)主機(jī)，然后由主機(jī)進(jìn)行集中循環(huán)檢測和數(shù)據(jù)處理。由于一次信號很小，經(jīng)傳感器耦合后被測參數(shù)受模擬量傳輸過程中引入的干擾影響很大，測量結(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)

3、構(gòu)的絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)，現(xiàn)場監(jiān)測單元除了具備信號提取，還具備信號的預(yù)處理、數(shù)字化和處理功能，真正實(shí)現(xiàn)絕緣參數(shù)的分散式測量，本文將對此進(jìn)行研究。2　測量原理　　2．1　變壓器　　理論分析表明，氫氣是反映變壓器故障的特征氣體。變壓器在運(yùn)行過程中所發(fā)生的許多絕緣故障，如：鐵芯多點(diǎn)接地、局部短路、接觸不良等過熱型故障和放電型或受潮型故障，均有氫氣產(chǎn)生，通過在線監(jiān)測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，通過對鐵芯接地電流的在線監(jiān)測可以發(fā)現(xiàn)變壓器鐵芯的多點(diǎn)接地故障?！　?．2　電容型設(shè)備　　對

4、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，通過測量介質(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)在線檢測的關(guān)鍵是如何準(zhǔn)確獲得并求取電流信號和電壓信號基波的相位差。由于傳統(tǒng)的過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)測設(shè)備的電壓和電流信號，然后由數(shù)字化測量系統(tǒng)對信號進(jìn)行整周期采樣（A／D）及快速傅立葉變換，以獲得這兩個(gè)信號的基波矢量及其相

5、位差，從而計(jì)算出介質(zhì)損耗值。該方法不需要復(fù)雜的模擬信號處理電路，且能有效地抑制諧波干擾?！　?．3　避雷器　　在運(yùn)行狀態(tài)下監(jiān)測氧化鋅避雷器（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。對氧化鋅避雷器阻性電流分量的監(jiān)測，本文采用了與電容型設(shè)備類似的方法，通過對母線電壓信號和MOA泄漏電流信號的FFT分析，可求得阻性電流的基波分量?！　?．4　表面泄漏電流及環(huán)境溫濕度的測量　　環(huán)境溫濕度是影響絕緣參數(shù)的重要外部因素，通過對環(huán)境溫度、濕度等常規(guī)氣候參數(shù)的監(jiān)測，結(jié)合設(shè)備瓷套表面泄漏

6、電流的監(jiān)測可以判斷設(shè)備外部絕緣的污穢程度，有助于提高在線監(jiān)測數(shù)據(jù)診斷結(jié)果的可靠性。3　總線式監(jiān)測系統(tǒng)　　3．1　結(jié)構(gòu)　　圖1為總線式絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。該系統(tǒng)由3部分組成：本地監(jiān)測單元（LC）、變電站通信控制器（SC）和絕緣診斷系統(tǒng)（IDS）。3．2　本地監(jiān)測單元　　所有的本地監(jiān)測單元均由取樣傳感器模塊、信號調(diào)理及A／D采樣模塊、嵌入式微機(jī)模塊和RS485通信及電源管理模塊構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。信號經(jīng)傳感器耦合后直接進(jìn)行預(yù)處理和采集，數(shù)字信號的分析和處理以及通信功能均由本地監(jiān)測單元在現(xiàn)

7、場完成。3．2．1　信號傳感器　　傳感器直接影響絕緣參數(shù)的測量精度，對電容型設(shè)備設(shè)計(jì)了補(bǔ)償型零磁通電流傳感器來提高小電流檢測的精度。選用起始導(dǎo)磁率高、損耗小的坡莫合金作鐵芯，并采用深度負(fù)反饋補(bǔ)償技術(shù)對鐵芯的激磁磁勢進(jìn)行全自動補(bǔ)償，使鐵芯工作在接近理想的零磁通狀態(tài)，同時(shí)對線圈進(jìn)行了良好的雙層屏蔽，從而有效地提高了傳感器角差和比差的穩(wěn)定性，并使傳感器具有良好的溫度特性。　　3．2．2　嵌入式微機(jī)模塊　　嵌入式微機(jī)模塊是本地監(jiān)測單元的核心。采用新一代32位微處理，它包含個(gè)人計(jì)算機(jī)的絕大部分外設(shè)并增添了單片機(jī)的

8、特征，能夠完成復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算非常適合于嵌入式系統(tǒng)。本系統(tǒng)以32位CPU為核心，設(shè)計(jì)了嵌入式微機(jī)系統(tǒng)，既適合于現(xiàn)場測量，又具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理及端口控制功能，使得信號的處理功能非常簡單，從而使現(xiàn)場監(jiān)測的就地化得以實(shí)現(xiàn)?！　≈档谜f明的是，傳統(tǒng)的絕緣監(jiān)測系統(tǒng)通過屏蔽電纜將被測信號引入系統(tǒng)主機(jī)，然后進(jìn)行檢測及數(shù)據(jù)處理。由于一次信號很小，經(jīng)傳感器耦合后，模擬量傳輸過程中引入的干擾對測量結(jié)果影響很大，這是造成在線監(jiān)測系統(tǒng)測量分散性大的根本原因之一。本地監(jiān)