变电设备在线监测及带电监测技术在电网中的应用

张红梅孔琳琳邵慧燕苏纯宝王金肖

摘要：随着科学技术的快速发展，我国电力系统向高电压、大容量、智能化发展已经是必然趋势，所以电力系统对安全可靠性指标的要求也变得越来越高，电网设备在线监测及带电检测是指在设备运行状态下，通过监测或检测装置直接获取设备状态信息从而对设备健康情况进行科学判断，与传统巡检和停电试验相比，其在发现设备潜伏性运行隐患方面具有显著优势。变电设备的状态检修、电网设备运行的可靠与安全性以及相应的设备事故的发生预测性和如何更好的延长设备使用与利用的时限的这些问题越来越突出。为解决这些问题，通过对变电设备在线监测及带电检测存在的问题进行大数据分析与研究，从而找到在线监测及带电检测技术在电网实际运用中的不足与缺陷，提出更为有效的改进措施和对策，以便能更好的提高电网设备运行的稳定性、安全性与可靠性。

关键词：变电设备；线监测；带电监测技术；电网；应用

1常用的在线监测技术

1.1在线监测局部放电的方法

1.1.1常规脉冲电流法

脉冲电流法也就是借助于测量电流传感器和阻抗，来对电力设备及其部件内部信号诱发的局部放电脉冲电流进行检测，从而达到可视放电量的成效。局部放电会随着电荷移动而移动，移动电荷可以在外围脉冲电流作用下，通过对脉冲电流实施测量就能够完成局部放电的检测结果。脉冲电流法是一种广泛使用且最为成熟的监测方法，其使用电流传感器为耦合电容或电流传感器，当对脉冲电流频率区进行测量选择时，低频段通常是最好选择，保证测量值在数kHz至百kHz范围内，最大能够达到MHz范围值。常规脉冲电流法在变压器型式试验和预防交接试验以及变压器局部放电试验等的应用最为普遍，它的主要特点就是高灵敏度测量，也可获得局部放电量（如可视放电量、放电次数、放电相位）等。

1.1.2超声波探伤法

超声波是借助电力设备局部放电的测试值，来测量局部放电的大小和位置。在实际应用的监测过程中，超声波传感器主要利用体外检测的方式在电气设备外壳上进行监测。超声波法主要适用于局部放电在线监控监测频带保持在20~230kHz之间。超声波检测法的主要优点是：在变压器局部放电监测中，可以很容易地实现在线监测和便捷的空间定位，在实际的监测中，超声波法可以对模式进行系统识别和定量分析，并能准确地实现测量放电信息值。

1.1.3射频测试法

射频测试是通过使用罗氏线圈传感器对变压器、发电机中的检测设备提取相应信号，在高频条件下，罗氏线圈传感器消耗小，适用于高频率的工作环境，在实际的测量过程中，大大提高测量频率、效率。同时，罗氏线圈传感器具有体积小、安装方便、兼容性强等优点，在发电机在线监测领域得到广泛应用。但由于它只能检测单个信号，在对于三相变压器局部放电的测量中并不适用。

1.2监测变压器绕组变形情况的监测方法

1.2.1频率响应分析法

频率响应可以称之为“频响”，它是借助电子仪器系统输入一个量化振幅，当频率信号发生变化时，监测系统的输出会发生相应。频响通常由相频特性及幅频特性组成，其主要特性通常通过系统响应的幅度（分贝）和相位（弧度）来表示。频率响应分析方法主要是通过对绕组变形的电容值和电感值等网络变化值，通过使用正弦波扫描，监测到的绕组传递函数即是绕组运行状况。频率响应分析方法是目前国际上一种比较先进的在线监测绕组变形技术方法，其抗干扰能力强，灵敏度高，因此可以监测弱绕组变形，但目前尚未明确定量标准判断。

1.2.2振动信号分析法

振动信号分析法主要是针性分析振动传感器测量绕组和铁芯在正常运行过程中产生的振动信号，并根据测量所得的测量变化值来反映绕组和铁芯的具体情况。振动信号系统和电压器的无电气连接可用于对传感器铁芯结构构造是否完整及绕组是否变形进行统一系统监测。在振动信号分析中，“振动”表示为一种动态参数，也可以表示为振动特性，振动信号分析是将收集的原始信号进行数字分析和处理，使其成为一种振动故障诊断图。振动信号分析法主要包括有时域分析、振幅域分析、频域分析和模态分析等方法。

2变电设备在线监测及带电检测技术在电网中的应用

2.1抗干扰性及缺陷定性问题

由于这个行业的特殊性，加之我们国家在这一方面的起步又比较的晚，还有电磁信号的衰减、传感器灵敏度及传感器所采取的安装方式不同，导致不同在线监测及带电检测装置所探测出的结果往往存在较大差异，给实际运行带来较大困扰。现场干扰种类多，表现出的特性也不同，缺乏有效的抑制不同环境下不同干扰的有效方法。干扰信号的排除与检测往往同时进行，干扰抑制可从干扰源、干扰途径、信号后处理等方面考虑，但因现场不允许改变现有设备运行方式，因此详细分析干扰源和干扰途径效果有限。不能有效排除干扰的另一个弊端是影响缺陷定性，不同缺陷表现的特征不同，对设备损坏程度也不同。据现场实际运行经验看，大部分在线监测及带电检测设备不具备缺陷自动定性功能，即使有缺陷定性辅助判断功能，其缺陷定性准确度也很低，有时造成停运电力设备也找不到缺陷的情况发生。只有提高设备抗干扰性和缺陷定性的准确性才能进一步提高线监测及带电检测设备在运行中的可信性。

2.2运行稳定性有待提高

变电设备在线监测及带电检测由于技术不成熟导致运行稳定性比较差，一些老化装置没有及时更新换代，早期的装置存在架设不准确以及设计不合理等问题。电气设备在故障发生前或发生时，往往伴随着“热、声、光、电、水、气”等多种故障特征信息，针对不同的故障信息，衍生出红外热像监测、油中溶解气体分析、SF6气体检测、局部放电检测等一系列检测方法及装置。但受制于在线监测及带电检测装置安装时的技术水平和技术标准，一些早期安装的装置存在测量精度不足，运行稳定性差，频繁误报警，通信时常中断等问题，无形中增加了运行维护的成本，无法达到监测设备运行状况的目的。需要结合新技术、新工艺发展来完善、改进和提高装置水平，提高变电设备在线监测及带电检测的准确性及稳定性。

2.3在线监测及带电检测经济性与技术性对比

做技术优化以及管理改善的最终目的是为了对电网运行设备的真实运行状况能及时掌握，以更好的保证供电稳定与可靠性。与此同时还需要综合考虑在线监测及带电检测的经济性与技术性问题，带电检测和在线监测是电网设备状态检修的重要技术手段。技术层面两者存在一些共性，也存在一些差异。在线监测装置通过在电力一次设备上加装不同的传感器，对设备运行工况进行实时监测，可长期连续采集监测数据，上传监控主机并保存，其维护和运行成本较高。带电检测一般采用便携式仪器人工完成，数据是离散的，可通过短时多次对电力一次设备进行检测，掌握设备运行工况，具有投资小、主观因素较大等特点。在选取不同手段实现状态检修目的时，需综合考虑电力一次设备在电网中的重要性，检测技术发展水平，结合维护成本，维护量以及稳定性等多方面考虑，最终选取最合适的手段，以便能用最小的投入，实现最大的经济效益。

结论

综上所述，在电力系统实际应用中，变电设备在线监测技术具有非常重要的实际意义，为能够实现电力系统变电设备安全可靠的运行提供了必要的有利条件。随着我国智能电网的发展越来越快，在术有效运行的线监测技同时也为智能电网未来发展标准打下了牢固的基础，制定智能电网标准将在极大程度上促进了新兴新型踏入市场化，并逐步在全球行业公认的标准下实现产业化，为日后我国智能电网的建设发展，指明了发展方向，辟出了一条新的发展道路。

参考文献：

[1]王风雷.电力设备状态监测新技术[M].中国电力出版社，2016.

[2]张少涵.在线监测系统数据与预防性试验数据的分析及使用[J].赛尔变压器及仪器仪表，2016（2）：105~106.