在電氣工程里高壓電氣設(shè)備在線監(jiān)測(cè)十分重要
2021-06-30 671
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)以及電力系統(tǒng)的發(fā)展，對(duì)發(fā)、輸、供和用電的可靠性要求越來(lái)越高。同時(shí)，隨著在線監(jiān)測(cè)、模式識(shí)別、計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)等的發(fā)展，電氣設(shè)備從現(xiàn)行的計(jì)劃?rùn)z修(TBM)向狀態(tài)檢修(CBM)轉(zhuǎn)變，已成為必然趨勢(shì)，因此，本文將著重討論作為CBM基礎(chǔ)的在線監(jiān)測(cè)和故障診斷的方法，由此說(shuō)明進(jìn)行高壓電氣設(shè)備CBM的基本原則。
1 高壓電氣設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)
1.1 電力變壓器
變壓器的在線監(jiān)測(cè)項(xiàng)目主要有油中氣體測(cè)量與分析、局部放電測(cè)量、有載開(kāi)關(guān)的觸頭磨損及機(jī)械和電氣回路的完整性測(cè)量等。
1)油中溶解氣體分析(DGOA)。變壓器油和纖維絕緣材料在運(yùn)行中受到水分、氧氣、熱量以及銅和鐵等材料催化作用的影響而老化和分解，產(chǎn)生的氣體大部分溶于油中。但產(chǎn)生氣體的速率是相當(dāng)緩慢的，隨著變壓器運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，油中產(chǎn)生可燃?xì)怏w可降低變壓器油是一個(gè)閃點(diǎn)，從而引起早期故障。當(dāng)變壓器內(nèi)部存在初期故障就形成新的故障條件，其產(chǎn)氣速率和產(chǎn)氣量則十分明顯，絕大多數(shù)的初期缺陷都會(huì)出現(xiàn)早期跡象。
基于實(shí)驗(yàn)室的DGOA主要是依據(jù)變壓器的類型或運(yùn)行時(shí)間周期性地進(jìn)行。有些發(fā)展期短的故障在兩次定期取樣期間可能檢測(cè)不到。安裝油中特征氣體傳感器連續(xù)監(jiān)測(cè)，可能檢測(cè)到早期的潛伏性故障征兆，從而有助于用戶盡可能采取正確的檢修措施。已有的DGOA技術(shù)能夠確定氣體的類型、濃度、趨勢(shì)及氣體的產(chǎn)生速率。油中溶解氣體的變化速率在決定故障發(fā)展嚴(yán)重性方面很有價(jià)值。
2)局部放電。油中放電上升沿很陡，脈沖寬度多為NS級(jí)，能激勵(lì)起>1GHz的超高頻電磁信號(hào)。超高頻范圍內(nèi)提取的局部放電信號(hào)基本上無(wú)外界干擾，可極大地提高局部放電檢測(cè)的可靠性和靈敏度。變壓器故障的原因之一是介質(zhì)擊穿，其原因主要是局部放電(PD)。由于局部放電能導(dǎo)致絕緣惡化乃至擊穿，故值得進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)PD參數(shù)。*常遇到的PD源正反映了絕緣中由于某些缺陷狀態(tài)而產(chǎn)生的固體絕緣的空洞、金屬粒子和氣泡。
3)斷路器和氣體絕緣組合電器。①斷路器觸頭磨損的評(píng)估。通過(guò)測(cè)量I2t的累積量來(lái)實(shí)現(xiàn)。電流取自電流互感器的二次側(cè)， 時(shí)間則由開(kāi)關(guān)輔助接點(diǎn)的動(dòng)作時(shí)間決定。②斷路器機(jī)械故障的評(píng)估。據(jù)統(tǒng)計(jì)，該類故障占斷路器故障的40﹪。機(jī)械特性的停電、不揭蓋的測(cè)量已較成熟，但在線監(jiān)測(cè)難度較大。采用在線監(jiān)測(cè)方法應(yīng)考慮其得失利弊及經(jīng)濟(jì)性。電氣回路的完整性可以在保護(hù)裝置中實(shí)現(xiàn)。③在線監(jiān)測(cè)GIS機(jī)械振動(dòng)或局部放電已有望實(shí)現(xiàn)。國(guó)內(nèi)有的單位利用振動(dòng)法在線監(jiān)測(cè)GIS的局部放電，測(cè)量原理及抗干擾措施是：①振動(dòng)強(qiáng)度與放電強(qiáng)度有相同的趨勢(shì);②振動(dòng)信號(hào)具有周期性;③振動(dòng)脈沖與局部放電有相同的相位特征。
2 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)
1)帶電檢測(cè)結(jié)構(gòu)形式。帶電檢測(cè)的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是將采樣用的各類傳感器安裝于所監(jiān)測(cè)的設(shè)備上，而將A/O轉(zhuǎn)換、CPU及其外圍電路等集中于相應(yīng)的便攜式儀器中，用來(lái)對(duì)所采集的參量進(jìn)行分析，以判斷設(shè)備的狀態(tài)。
2)集中式結(jié)構(gòu)形式。集中式在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是指采用不同檔次的計(jì)算機(jī)，擴(kuò)展其外圍接口電路，集中采集不同的模擬量，即通過(guò)大量屏蔽電纜將較微弱的被測(cè)信號(hào)直接引入系統(tǒng)主機(jī)，然后由主機(jī)進(jìn)行集中檢測(cè)及數(shù)據(jù)處理。為減少電纜的用量，后期推出的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用分區(qū)集中方式，按照變電站內(nèi)設(shè)備的分布情況將被測(cè)信號(hào)分為若干個(gè)區(qū)域，分別進(jìn)行匯集及信號(hào)選通，然后通過(guò)一根特殊設(shè)計(jì)的多芯屏蔽電纜把選通的模擬信號(hào)傳送到主機(jī)，由主機(jī)進(jìn)行循環(huán)檢測(cè)及處理。
3)分層(級(jí))分布多CPU式結(jié)構(gòu)。形式為了解決模擬信號(hào)在長(zhǎng)距離傳輸后所導(dǎo)致的失真問(wèn)題，現(xiàn)在傾向于將微弱的模擬信號(hào)就地進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，由主機(jī)進(jìn)行循環(huán)檢測(cè)及處理。
分層(級(jí))分布多CPU結(jié)構(gòu)采用模塊化設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)。它由安裝在變電站內(nèi)的數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)和安裝在主控室內(nèi)的數(shù)據(jù)分析和診斷系統(tǒng)，再通過(guò)公共電話網(wǎng)絡(luò)，把若干個(gè)變電站的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)匯集到位于供電局相關(guān)管理部門(mén)的數(shù)據(jù)管理診斷系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)變電站內(nèi)的電氣設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。分層(級(jí))分布多CPU結(jié)構(gòu)的每一層完成不同的功能，每一層由不同的設(shè)備或不同的子系統(tǒng)組成。
一般說(shuō)來(lái)，整個(gè)系統(tǒng)可分為4層：就地模塊層，通信模塊層，主控模塊層，局管模塊層?？蓱?yīng)用于有人值班或無(wú)人值班變電站。
3 狀態(tài)檢修
事故維修-定期維修-狀態(tài)維修，是技術(shù)發(fā)展的必然。定期維修以預(yù)防性試驗(yàn)為基礎(chǔ)，而狀態(tài)檢修則必須以在線監(jiān)測(cè)為基礎(chǔ)。
進(jìn)行狀態(tài)檢修必須研究電氣設(shè)備的故障模式，采用與故障模式有關(guān)的數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)處理變成可用的數(shù)據(jù)。另外，要研究判據(jù)，要有針對(duì)性。例如，變壓器的故障模式是：①有載開(kāi)關(guān)的故障占變壓器故障的近50%;②近幾年變壓器繞組變形的累積效應(yīng)引起的動(dòng)穩(wěn)定破壞事故較多;③套管定期取油樣反而易引起故障。斷路器的故障模式是：隨著少油斷路器的減少和改進(jìn)，絕緣拉桿受潮的故障幾乎沒(méi)有了，SFs泄露、液壓機(jī)構(gòu)漏油等故障較多，而斷路器的機(jī)械結(jié)構(gòu)故障幾乎占斷路器故障的近40%。容性設(shè)備的故障模式主要是絕緣受潮、絕緣工藝不良及MOA的閥片老化。
設(shè)備狀態(tài)應(yīng)包括：設(shè)備在線監(jiān)測(cè)的特征量、預(yù)防性試驗(yàn)的結(jié)果數(shù)據(jù)、設(shè)備的歷史運(yùn)行狀況和檢修情況，以及設(shè)備現(xiàn)在的運(yùn)行參數(shù)狀況等。建立在在線監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)上的故障診斷必須依據(jù)上述設(shè)備狀態(tài)，全面而客觀地進(jìn)行評(píng)價(jià)。
4 結(jié)束語(yǔ)
1)實(shí)現(xiàn)高壓電氣設(shè)備在線監(jiān)測(cè)的目的是能及時(shí)、有效地監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)設(shè)備的潛伏性故障，以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的狀態(tài)檢修。
2)計(jì)劃?rùn)z修和狀態(tài)檢修是2種不同的管理模式，與現(xiàn)場(chǎng)絕緣試驗(yàn)技術(shù)的水平及人們對(duì)設(shè)備的故障模式分析的掌握水平有關(guān)。但要實(shí)時(shí)地掌握設(shè)備狀態(tài)，必須以變電站電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)為基礎(chǔ)。一個(gè)安全、可靠、實(shí)時(shí)的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，無(wú)疑為狀態(tài)檢修提供更為有利的條件。
3)目前在線監(jiān)測(cè)得到的數(shù)據(jù)分析和綜合評(píng)判還處于初步狀態(tài)，即使強(qiáng)調(diào)橫向比較，注重趨勢(shì)分析，*終的結(jié)論還需要人的參與，這與在線監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)積累不夠充足有關(guān)。利用專家系統(tǒng)診斷是必然趨勢(shì)，但目前許多專家系統(tǒng)還不能做到將離線的信息和在線的信息有機(jī)結(jié)合起來(lái)，從而使所得的結(jié)論可信度不夠高。在數(shù)據(jù)的融合和判據(jù)的效用方面，還有許多工作要做。
4)實(shí)施狀態(tài)檢修與各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)觀念的更新與發(fā)展不無(wú)關(guān)系。同時(shí)，運(yùn)行單位要打破目前按一次設(shè)備，二次設(shè)備、計(jì)量和通信等專業(yè)劃分的運(yùn)行、檢修模式，要詳細(xì)地分析所有能得到的信息資料，綜合判斷設(shè)備的狀態(tài)。這對(duì)現(xiàn)場(chǎng)人員的綜合素質(zhì)提出了更高的要求。
5)將在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與變電站自動(dòng)化系統(tǒng)或MIS集成，不僅能夠提高狀態(tài)檢修的技術(shù)水平，更重要的是能夠提高高壓電氣設(shè)備的運(yùn)行可靠性。TBM的基礎(chǔ)是高壓電氣設(shè)備的預(yù)防性試驗(yàn)，而CBM的基礎(chǔ)則是高壓電氣設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)。在線監(jiān)測(cè)可以提高高壓電氣設(shè)備的利用率，有助于TBM向CBM的轉(zhuǎn)變，改善資產(chǎn)管理和設(shè)備壽命估計(jì)，加強(qiáng)故障原因分析。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，不僅使在線監(jiān)測(cè)成為可能，而且將其進(jìn)一步與變電站自動(dòng)化系統(tǒng)和MIS集合，則有望實(shí)現(xiàn)真正意義上的變電站無(wú)人值班和狀態(tài)檢修。
