容性設備在線監測數據可靠性分析與運維

張 霖 楊 超

（貴陽供電局，貴陽 550002）

隨著城市電網隨著經濟發展而不斷發展擴大，電網安全可靠運行指標要求也不斷提高。檢修作為保障電網設備健康運行的必要手段，它的合理實施關系到設備的使用效率、運行壽命、人力物力財力的消耗及用戶負荷的損失。同時，計劃檢修的弊端與不斷增長的設備預試定檢任務導致試驗人員緊缺及工作量大等矛盾。因此，加快在線監測和狀態檢修工作勢在必行。

為加強設備安全運行的技術監督，有效彌補定期停電試驗所不具備的及時性、等效性、靈敏性，對電氣設備尤其是容性設備運行狀態進行有效地實時監測成為推行狀態維修的必要途徑。同時，試驗人員結合帶電測試、在線監測和防預性試驗，根據在線監測的結果可合理安排預試時間，延長電氣設備預試及大修周期，為設備狀態維護打下基礎。

1 容性在線監測裝置應用分布

截止2013年初，某供電局容性在線監測技術的應用已逐步開展推廣。據統計，已運行容性在線監測裝置在500kV 變電站覆蓋率為33.3%、220kV 變電站覆蓋率為22.2%、110kV 變電站覆蓋率為1.4%；涵蓋到2012年基建項目，該裝置在500kV 變電站覆蓋率為100%、220kV 變電站覆蓋率為44.4%。具體變電站監測類型、電壓等級、數量如表1、圖1所示。

表1 某供電局容性在線監測裝置數量統計表

容性設備絕緣監測已投入運行的變電站有500kV 變電站一座、220kV 變電站三座和110kV 數字化變電站一座共計六座變電站，其運行情況良好，能正常采集監測信號，周期性巡檢，能保證數據的安全，現場報警功能正常，除筑東變其余5 個站數據上傳正常。當前正在施工安裝的變電站有500kV變電站兩座、220kV 變電站三座共計六座變電站。涉及設備項目有變壓器套管介損及電容量、電流互感器介損及電容量、耦合電容器（電容式電壓互感器）介損及電容量、避雷器交流泄漏電流。

圖1 某供電局容性設備在線監測裝置分布圖

2 容性在線監測裝置測量方法

目前，容性在線監測裝置基本采用穿芯方式的電流傳感器作為信號取樣方式。但是，正常運行情況下電容型設備、特別是金屬氧化物避雷器泄漏電流較小，應用傳統CT 以穿芯方式取樣，難以保證測量準確度，更主要的是原、副邊信號相角差遠遠不能滿足測量要求。因此，要求提供高精度小電流傳感器，在穿芯方式下能夠測量300μA～50mA 的交流電流，且幅值測量精度達到0.1 級，相角不確定度<2’。鑒于戶外使用，要求環境溫度在-35℃～65℃范圍內，測量結果滿足準確度要求?？紤]到避雷器動作等特殊情況下的安全問題，要求電流傳感器能夠安全耐受8/20μs 10kA 的沖擊電流。

電容量的測量采用絕對值法，既分別測量系統電壓的幅值U和電容電流I，計算電容量C=I/2πfU。計算過程分三步：第一步，電容型設備監測單元n在本地采集計算末屏電流幅值Icn；第二步，系統電壓單元同步采集計算系統電壓的幅值U1；第三步，統電壓單元將結果U1發送到電容型設備監測單元電容型設備監測單元n接收U1，利用公式C=I/2πfU計算出電容量Cn=Icn/2πfU1。

設備介損值一般采用分布式相對介損在線測量方法，那是由于電壓互感器角差受二次負荷等因素影響，變化較大，0.2 級的電壓互感器角差允許為±10’，引起的介損變化范圍為±0.28%；而0.5 級的電壓互感器角差允許為±20’，引起的介損變化范圍為±0.56%；而且會隨著電壓互感器二次負荷（繼電保護負荷）等因素的變化產生較大的變化。因此，電壓互感器的二次電壓信號不能作為介損測量的基準[1]。

介損測量采用相對值法。即測量電容型設備n的電容電流Icn與相同母線段上的一組電容型設備1的電容電流Ic1的相位差，計算相對介損值tgδ相對=tg(δIcn-δIc1)。每個監測單元都設有基準電流傳感器，通過取樣電阻將220V 的供電電源電壓變換成電流信號[2]。

3 容性在線監測數據誤差分析與防范

在長達兩年監測這些大量的數據統計中發現，監測容性設備的介質損耗tgδ值，介損的測量結果數據相對比較穩定，分散性也較小，但與停電預防性試驗相的比較，其絕對值差異較大，且無規律性。通過數據分析研究發現基準電壓信號取樣精度誤差、外界電磁干擾、空間干擾、環境干擾、設備絕緣狀況變化都是導致在監測數據尤其是介損測量結果及精度的嚴重變化。究其原因有以下幾種。

1）互感器角差的影響

采用“PT 基準信號法”雖然能獲得絕對的tgδ，但因PT 的副邊和原邊有一定的角差，即使二次繞組準確等級是0.2 級的，其角差δ<20 分，相當于0.58%弧度，而正常電容型設備的介質損耗通常較小，僅在0.2%～0.6%之間，顯然這會嚴重影響檢測結果的真實性。

2）PT 二次負荷變化的影響

電壓互感器的測量精度與其二次側負荷的大小有關，如果PT 二次負荷不變，則角差基本固定不變。目前，國內絕大多數母線PT 二次側為兩個線圈，其中一個0.5 級的線圈供繼電保護和測量儀表共用一個線圈，另一個1.0 級線圈供開口三角形使用。由于介損測量時基準信號的獲取只能與繼電保護和測量儀表共用一個線圈，且該線圈的二次負荷主要由繼電保護決定，故隨著變電站運行方式的不同，所投入使用的繼電保護會作相應變化，故PT 的二次負荷通常是不固定的，這必然會導致角、比差變化，從而影響介損測試結果的穩定性，歷次測量數據可比性重較差，故難以準確判斷設備的絕緣性能[3]。

3）環境溫度及外絕緣污穢程度的影響

電容型設備瓷套表面污濕嚴重時，將影響內、外絕緣的整體電場分布，介質損耗隨之變化；如果抽壓小套管絕緣受潮，因分流作用，同樣也會導致介損測試結果失真。因此，在線檢測工作必須在瓷套表面干燥清潔時進行，最好選擇雨后過天晴后的一段時間，并同時記錄下測量時的環境溫度、相對濕度及變電站的運行方式，以便對測試結果進行縱向對比。監測數據受濕度影響較大，晝夜溫差會導致數據規律性變化，如圖2所示。

圖2 容性在線監測數據圖 （受環境溫度及外絕緣污穢影響）

4）變電站電場干擾對測試結果的影響

變電站內的運行電氣設備除了要承受工作電壓的作用，還會受相鄰的其它電氣設備產生的電場影響。對于“一”字形排列的電氣設備，通常的表現方式是A 相測試結果偏大，B 相結果中，C 相測試結果偏小。如果變電站的運行方式不變，則電場干擾對測試結果的影響也是較為固定的。因此，前后兩次的在線測試工作最好在同一運行方式下進行，以便對測試結果進行縱向比較。

5）參考電壓與被測設備不在同一母線上造成測量誤差

受母線不同運行方式的影響，當分段運行時，母線電壓角差導致非運行于當前采集電壓母線的被監測設備數據出現一致性偏差。圖3為220kV 變電站110kV II 母電容式電壓互感器2011年10月12日至13日的介損數據變化趨勢。

圖4為220kV 變電站110kV I 母電容式電壓互感器2011年10月12日至13日的介損數據變化趨勢。據分析：該變電站變110kV 母線運行方式為分段運行，在線監測系統采集的參考電壓為110kV II 母，所以運行于II 母的CVT 介損數據較運行于I 母的CVT 更接近真實值，需要強調的是II 母CVT 介損數據較離線測量值偏大，也是由于CVT 二次繞組的角差導致的。

圖3 容性設備介損數據變化趨勢圖

圖4 容性設備介損數據變化趨勢圖

6）傳感器取樣信號接頭BNC 由于焊接工藝不良造成測試數據誤差時好時壞

通過一年多年的試運行，三個220kV 變電站已發現大量運行裝置因取樣傳感器接頭BNC 接觸不良造成數據異常問題，分析其原因在于該公司同批次接頭焊接工藝普遍存在工藝質量低，屬產品質量問題。

7）在線監測裝置部分信號線插頭接觸不良造成數據異常

如表2所示，某220kV 變電站220kV 峰扎I 回線203 電流互感器在運行時，監測裝置在2012年8月13日10 時9 分發現其C 相介損超標達9.908%，同時該相電壓僅為123.2kV。經過現場進行裝置檢查，排查出該裝置多路開關C 相37 針插頭有松動，且C 相參考電壓控制開關也存在接觸不良，最終造成電壓、介損數據都超標現象， 經過處理該異常數據在2012年8月13日11 時44 分恢復正常。

表2 在線監測數據清單表

4 典型容性在線監測裝置故障分析與處理

下面介紹幾種典型裝置內部故障數據分析樣本。

1）圖5、圖6兩張圖中數據異常，經過故障排查分析：在線監測裝置內工頻交流單元故障，造成采樣電壓不穩，數據發生異常。

圖5 容性設備在線監測數據圖

圖6 容性設備在線監測數據圖

2）圖7、圖8兩張圖中數據異常,經過分析：2號主變220kV 套管C 相電容偏小且電流偏?。ǘ嗦烽_關接頭存在接觸不良）。

3）圖9表示 2 號主變220kV 套管C 相數據異常（因接頭接觸不良導致數據異常已處理好），圖10表示1 號主變220kV 套管C 相無信號（BNC 接頭接觸不良）。

圖7 容性設備在線監測數據圖

圖8 容性設備在線監測數據圖

圖9 容性設備在線監測數據圖

圖10 容性設備在線監測數據圖

因電壓互感器二次角差帶來的影響導致數據部穩定，可考慮采用相對比較法測量相對介損。即用同相兩個電容型設備的介質損耗進行比較，一臺做為基準，另一臺被測，基準電壓直接就是母線電壓。各臺電容型設備在正常情況下的介質損差別不大，在同樣的環境、氣候、干擾和PT 角差的情況下，介質損的變化量相當，根據變化量的大小來反映絕緣狀況。這樣可以避免了PT 角差的影響，并且減少環境溫度、濕度、操作電壓、負荷條件和操作條件等因素的干擾，具有較好的一致性和重復性，可以根據其變化趨勢判斷設備的絕緣性能。

5 典型容性在線監測裝置故障分析

以某500kV 變電站為例，容性設備在線監測系統共安裝了42 套監測設備，其每個監測設備監測3個參量，數據采樣頻率為每小時一次，一年下來共計有（39×3+2）×24×365=1042440 個監測數據，每年產生約為一百萬個數據記錄。參照計算，某一220kV 變電站每年產生容性設備在線監測數據：（30×3+7）×24×365=849720 個監測數據，每年產生約為85 萬個數據記錄；某二220kV 變電站每年產生容性設備在線監測數據：（43×3+17）×24×365= 1278960 個監測數據，每年產生約為128 萬個數據記錄；某三220kV 變電站每年產生容性設備在線監測數據：（31×3+7）×24×365=876000 個監測數據，每年產生約為87 萬個數據記錄。四個變電站累計每年產生出4047120 個監測數據，見表3。

表3 在線監測數據量統計表

以某一220kV 變為例，以2011/7/21-2012/6/26（341 天）為一個計算周期，容性設備在線監測系統分別在7.27~8.2；9.4~9.7；9.23~10.10；10.12~11.1；11.5~11.10；12.4~12.9；12.11~12.19；12.28~12.29；1.9~1.11；3.3~3.5；3.20~3.25；4.25~5.5；（96 天）時間內發生裝置異常、數據未采集上傳等故障，數據丟失率累計為28.15%，監測裝置年正常運行率僅為71.85%。

某500kV 變參照此統計，以2011/7/27-2012/6/26（365 天）為一個計算周期，容性設備在線監測系統分別在7.20~7.26；8.27~9.8；9.13~9.19；9.23~10.11；11.13~1.4；5.31~6.25（141 天）時間內發生裝置異常、數據未采集上傳等故障，數據丟失率累計為38.63%，監測裝置年正常運行率僅為61.37%。

6 結論

在加強現有在線監測裝置運維管理情況下，在線監測數據可以作為停電預防性試驗的重要補充，某些試驗項目甚至可以替代進行，如變壓器油色譜項目、電容型設備介損、等值電容量，避雷器的泄露全電流等。在線監測系統得到良好的管理和維護，能準確地保證在線監測系統的良好的運行，確保其在線監測數據能真實地反映的一次設備的運行情況。要定期安排在線監測系統的檢測工作及裝置運行維護工作，保證在線監測系統和裝置正常使用和數據的準確性，必要時可以使用帶電測試進行對比校驗，作為設備狀態評價的必要手段。在合適條件下，可安排專人長期開展在線數據監測及分析，保障數據及時準確。

[1] 史保壯,楊莉,馮德開,等.智能技術在絕緣在線診斷系統中的應用[J].高壓電器,2001,37(1):32-34.

[2] 嚴璋.電氣絕緣在線檢測技術[M].北京:水利電力出版社,1995.

[3] 成永紅.電力設備絕緣檢測與診斷[M].北京:中國電力出版社,2001.