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在线监测技术在变电检修中的应用时鹏

发表时间：2020/7/21 来源：《电力设备》2020年第8期作者：时鹏耿晋王维令

[导读] 摘要：论述了变电设备的传统检修模式与状态检修模式，指出在线监测技术应用于变电检修中的意义。

        (国网山东省电力公司菏泽供电公司山东菏泽 274000)
        摘要：论述了变电设备的传统检修模式与状态检修模式，指出在线监测技术应用于变电检修中的意义。分析了在线监测技术在变电检修中的应用现状，并展望了在线监测在大数据、云计算和人工智能背景下的发展前景。
        关键词：变电设备；在线监测技术；变电检修
        引言
        随着经济社会发展，电力系统的可靠运行至关重要。变电一次设备作为电力系统重要的组成部分，保证变电设备可靠工作是电力系统能够稳定运行的必要条件。为了避免变电设备带隐患运行甚至发生故障情况，确保其能够稳定、安全运行，电力行业对变电设备的运检工作提出了更高的标准和要求，加强变电一次设备在线监测技术的应用，显得尤为重要。
        1变电检修模式的应用分析
        1.1 传统变电检修模式的类型
        传统变电检修模式通常包含两种类型，分别是事故检修模式和预防检修模式。事故检修模式主要是指变电设备出现故障后进行的检修工作，该模式具有很大的被动性，往往损失已经无法挽回，严重的还会扩大故障范围，不能用作日常检修模式，仅作为预防检修模式的补充项目，适用于对偶然性或突发性故障的处理。预防检修是对变电设备开展一些列预先计划好的检修工作，是最常用的一种模式。该模式在实际应用中存在一个弊端，不能从根本上解决变电设备的偶然性或突发性故障。因此，很难达到彻底预防变电设备故障的标准和要求。
        1.2 传统检修模式中的不足
        根据传统检修模式的实际应用情况，该检修模式的应用不足主要为三点。第一，周期性定期检查而非连续性的监测，设备仍可能在间隔期间发生故障,不能从根本上解决变电设备的偶然性或突发性故障。第二，离线试验大多需要停电进行，不少重要电力设备，轻易不能停电，因此检修人员很难及时地掌握设备的运行状态，造成一些未到检修周期但确实有运行隐患的设备不能及时的检修。第三，设备内部缺陷在日常巡视中很难发现。传统检修模式一般对变电设备出现的故障问题安排检修计划，该检修模式在实际应用过程中，会因检修人员无法全面地掌握设备缺陷情况出现考虑不周全的问题，例如对停电检修期间发现的新缺陷，往往会因为备品备件不足、额外工作量等因素扩大停电时间，造成检修中的被动。
        2在线监测技术与状态检修
        在线监测技术构建了一种实时的在线监测系统，运用了传感器、计算机和网络技术，是反映设备运行状态的一种手段。它可以对运行设备实时连续地监测，真实地反映设备运行状态的变化趋势，从变化趋势中及时地发现运行隐患、故障或者潜伏性故障，有效提高设备运行水平和可靠性，降低设备事故率。
        状态检修是以设备当前的工作状态为检修依据，通过监测手段，诊断设备健康状况，确定设备是否需要检修或最佳检修时机。它是变电检修模式发展的更高阶段，与传统检修模式对比，在电网发展与设备增加的情况下，传统检修模式增加了定期检修工作量和重复停电次数，存在缺陷较多的设备检修不足，状态较好的又检修过度的情况。科学利用在线监测技术，根据在线监测的结果合理安排检修计划，是逐渐推行状态维修的有效途径。利用在线监测技术实施的状态检修不受设备运行情况和时间的限制，使现有的运行设备创造更大的安全和经济效益，对保证电网安全更具意义，能从根本上解决变电设备的偶然性或突发性故障。从现阶段应用情况看，虽然各类在线监测技术项目已经较多地应用于变电设备中，但是由于缺乏统一规划、技术标准不完善等，变电检修中还不能从整体上利用在线监测数据，进行全站设备的综合分析诊断，更深层次地服务状态检修。
        3在线监测技术在变电检修中的应用
        3.1局部放电在线监测技术
        电力设备绝缘中的某些薄弱部位在强电场的作用下发生局部放电是高压绝缘中普遍存在的问题。虽然局部放电一般不会引起绝缘的穿透性击穿，但可以导致电介质的局部损坏。若局部放电长期存在，在一定条件下会导致绝缘劣化甚至击穿。对电力设备进行局部放电试验，不但能够了解设备的绝缘状况，还能及时发现许多有关制造与安装方面的问题，确定绝缘故障的原因及其严重程度。
        局放在线监测较多应用于变压器、GIS组合电器、开关柜、高压电缆等重要电力设备。

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根据不同的特征量，分为脉冲电流法、特高频法、超声波法、暂态对地电波法、高频电流法、振动法等，实时采集局部放电信息并上传数据服务器，提取量值位置、形态、放电次数、放电位移等特征值，根据故障模型，判断故障类型和位置。精准的数据采集和故障定位是局放在线监测技术目前的关键问题。
        3.2变压器油中溶解气体在线监测分析技术
        变压器内部存在故障点时，绝缘油和固体绝缘材料在热、电作用下，会产生H2、CH4、C2H6、C2H2、C2H4、CO以及CO2等气体，这些气体经对流、扩散而溶解于变压器油中。油中溶解气体的含量及其增长率，与故障种类以及故障点的能量密度有密切的关系。变压器油中溶解气体分析是监测和诊断油浸电力变压器早期故障、预防灾难性事故的有效方法。变压器油中溶解气体在线监测技术可以克服传统实验室离线分析的缺点,能够在线持续监测气体组分,贮存监测结果，提供完整的趋势信息,及时发现潜在故障,降低甚至避免事故带来的损失。国内外厂家在气相色谱离线检测技术的基础上采用自动脱气、自动取样、自动检测等技术 ,相继推出了变压器油中多种溶解气体在线监测装置，现已普及应用于220kV变电站设备中，存在数据长期稳定性不好、载气需要周期维护等缺点。
        光声光谱技术是基于光声效应，通过直接测量物质吸收光能而产生热能的一种光谱量热技术。对于多组分混合气体，由于不同的气体组分具有特定的红外吸收光谱，因此，根据用来激发气体光声效应的红外光源的波长信息即可断定气体的组分；另一方面，由于声波强度与吸收气体组分的体积分数有关，因此，利用声波强度与体积分数间的定量关系，即可判断出气体组分体积分数。光声光谱技术作为一种光学检测技术，它自身不需要消耗及分离气体，且在灵敏度、选择性、动态检测范围等方面优势显著。现阶段该技术的造价成本较高，多应用于特高压变电站设备中。
        3.3导电接触部位温度在线监测
        变电一次设备中导电接触部位比较多，如断路器（敞开式、组合电器）的接头部位、设备（变压器、开关、电抗器等）与导线的连接点等，其运行温度对于设备的安全运行具有重要影响。通过温度在线监测技术，能够对接触部位的温度情况作出及时监测与有效预警，从而防止引发设备事故。相较离线测温普遍应用的红外测温技术，温度在线监测技术一般采用无线测温实现。其应用过程中，需要将温度测量装置与发热位置相接触，并通过温度传感器实现对温度的测量，而后将测量信号向数据转换器发送，由数据转换器将其转变为无线信号，传输至在线监测后台服务器。无线测温更有利于实现对密闭式空间如高压开关柜内部触点运行温度的有效监测。
        3.4绝缘在线监测技术
        高压电气设备绝缘在线监测技术是在电气设备处于运行状态中，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。在线监测技术可以根据变电站中不同电气设备进行监测，检测其介质损耗值、电容量、泄漏电流、绝缘电阻、母线电压和三相不平衡信号等电气参数。近几年研制的高电压设备绝缘在线监测系统一般有：（1）测量避雷器在运行中的容性电流和阻性电流变化情况，掌握其内部绝缘受潮以及阀片老化情况。（2）测量CVT、耦合电容器、电流互感器、套管等容性设备的泄漏电流和介质损耗，掌握其内部受潮和绝缘老化及损坏缺陷。
        结语
        在线监测技术的在变电检修中的应用，减少了设备停运时间，提升了变电检修质量，带来可观的社会效益和经济效益。目前，在线监测在变电检修中的应用模式还比较单一，缺乏统一的规划，需要进一步的整合和挖掘在线监测数据，以更好的服务变电检修工作，实现状态检修。未来在线监测一定是向着更加智能的方向发展，借助于大数据、云计算和人工智能，使变电设备运行更加智慧和可靠。
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