变电站设备在线监测课件.ppt

1、变电站设备在线监测变电站设备在线监测变电站设备在线监测变电站设备在线监测 在线监测概述 在线监测与状态检修 电气设备绝缘的在线监测 变压器油中溶解气体在线监测 GIS局部放电在线监测变电站设备在线监测变电站设备在线监测 在线监测概述 在不影响设备正常运行的前提下，对设备工作时的状况连续或定时进行的监测，通常这些监测可以自动进行。 在线监测的主要特征是检测装置（至少是采样装置）与被监测设备同在生产线上运行。变电站设备在线监测变电站设备在线监测 在线监测概述 在线监测按构成可分二种：集中式和分布式。前者通过线缆将信号传输至中央控制站；后者是仅在就地显示，也可以就地打印。还有的仅在设备上装传感器，有

2、待人员手执指示仪表去测取信息数据，这种也可以称之为分布式半在线。变电站设备在线监测变电站设备在线监测 在线监测概述 带电检测：对在运行中的设备，使用专用仪器，由人员参与进行的测量。 所有己经或可能实现在线监测的项目都可以带电检测。 带电检测还包括若干至今尚难实现在线监测的项目。变电站设备在线监测变电站设备在线监测 在线监测概述 离线测试：将设备撤出运行，由专业测试人员使用专用仪器和试验电源（有的仪器内附试验电源）进行的测量。 离线测试的特征：被试设备退出了生产线，测试设备也不在生产线上。预规中的大部分测试项目都是离线测试。变电站设备在线监测变电站设备在线监测 在线监测概述 巡视检查：运行人员通

3、过眼看、耳听、鼻嗅、手摸等方式，来获得设备状态的信息，作好运行记录。 巡视检查历来是电气运行人员的一项主要工作。变电站设备在线监测变电站设备在线监测 在线监测概述 带电检测和在线监测是巡视检查的延展和提升，可获得更准、更细、更确定的信息。 特别要强调：至今电力设备的缺陷不少于一半是巡检发现的。由于现场特殊性和复杂性，即使实现了无人值守的变电站，定期和特殊的巡视检查都是不可取消的。变电站设备在线监测变电站设备在线监测 在线监测概述 在线监测系统的发展阶段：1.集中式模拟量传输；2.就地A/D转换，现场总线技术；3.分层分布结构变电站设备在线监测变电站设备在线监测 在线监测概述 在线监测系统的发展

4、阶段：1.集中式模拟量传输 较早的集中式在线监测系统都采用模拟量传输，即通过大量的屏蔽电缆将较微弱的被测信号直接引入系统主机，然后由主机进行集中检测及数据处理。为减少电缆的用量，后期推出的监测系统采用分区集中方式，按照变电站内设备的分布情况将被测信号分为若干个区域，分别进行汇集及信号选通，然后通过一根特殊设计的多芯屏蔽电缆把选通的模拟信号传送到主机，由主机进行循环检测及处理。这样的方式虽然可以减少电缆的用量，但同样不能解决模拟信号在长距离传输后所导致的失真问题；而且存在现场工作量大、维修困难等缺点。变电站设备在线监测变电站设备在线监测 在线监测概述 在线监测系统的发展阶段：2.就地A/D转换，

5、现场总线技术 为了解决模拟信号在长距离传输后所导致的失真问题，现在倾向于将微弱的模拟信号就地模数转换，采用现场总线技术，由主机进行循环检测及处理。现有的系统现场采用RS485 通信方式则不属于现场总线范畴。变电站设备在线监测变电站设备在线监测 在线监测概述 在线监测系统的发展阶段：3.分层分布结构 更近的集中式系统则采用分层分布结构，采用模块化设计和现场总线控制技术。它由安装在变电站内的数据采集系统和安装在主控室内的数据分析和诊断系统两部分组成，通过公共电话网络，可把若干个变电站的监测数据汇集到上层的数据管理诊断系统，实现对多个变电站内的电气设备状态的实时在线监测。变电站设备在线监测变电站设备

6、在线监测 在线监测概述 在线监测装置运行情况： 中国电科院1998 年对国内部分省、市电力部门安装的57 套集中型在线监测系统的调查结果，属于正常或比较正常的监测系统仅占30%，而确定不能正常运行或处于瘫痪状态的占35左右。 变电站设备在线监测变电站设备在线监测 在线监测概述 在线监测技术面临的主要问题：1.监测装置运行可靠性差，本身质量问题导致数据失效或传输故障，起不到监测设备状况的作用；2.测试精度及其稳定性校验是在线监测系统面临的一个重要技术问题；3.传感器的特性是在线监测的关键，研制高精度、高稳定、零相位差的传感器仍是一个非常重要的研究课题 ；4.基准电压的特性将影响监测结果的分析；

7、5.抗干扰问题是影响在线监测系统安全可靠运行的重要因素； 6.缺乏运行经验，无法确定报警值以及相应的监测标准。变电站设备在线监测变电站设备在线监测 在线监测概述 在线监测装置配置策略：1.使用在线监测装置要进行效益分析 利：A 、减少日常维护工作量；B 、对设备故障能快速反应；C 、能提前发现设备故障；D 、不损失供电；E 、设备可用率提高；F 、决策能实时决策；G 、预测设备长远的运行情况。变电站设备在线监测变电站设备在线监测 在线监测概述 在线监测装置配置策略：1.使用在线监测装置要进行效益分析 弊：A 、在线监测一次性投资成本较高；B 、在线监测装置每年要折旧；C 、在线监测装置要维护及

8、修理；D 、有时传出错误信息，还要进行判断。变电站设备在线监测变电站设备在线监测 在线监测概述采用该在线监测系统时的投入一产出分析不采用时的费用采用时的费用由于风险所致的损失$常规检查工作的支出$完成维修任务的支出$对故障进行调查及消除的支出$对故障设备进行监测所得知识的得益B监测评估及选用的支出$监测设备的投资及运行费用$设备负荷最大利用能力的提高$基于对少量的检测而可获得大量的该类设备性能的得益B对运行人员安全性的改善$对环境保护的改善$各栏累加后，可得采用该在线监测系统前后的费用及得益?注：一支出，60)； 耐压力； 透气性好； 如要专门测定某种气体，最好对该气体有选择性的渗透。变电站设

9、备在线监测变电站设备在线监测Teflon AF 的结构及性能 变电站设备在线监测变电站设备在线监测一些主要的高分子膜的透气率 高分子膜P H2P CO2P COP H2OP CH4P C2H2聚丙烯氰Polyarylonitrile0.0008300高压聚已烯Polyethylene ( high density )1.11.80.15120.29低压聚已烯Polyethylene ( low density ) 7.49.51.1682.2聚丙烯Polypropylene 41.29.265聚酞亚胺Polyimide 1.10.020.01聚四氟已烯Polytetrafluoroethyle

10、ne ( Teflon ) 6.5-7.412.70.83.30.560.2聚碳酸脂Polycarbonate 1281400聚已烯对苯二酸脂Polyethylene terephthalate 3.20.017175聚2,6二甲基 1,4氧化苯己烯Poly(2,6dimethyl 1,4 phenylene oxide)11275.74060天然橡皮Natural Rubber1532600硅橡胶Silicone Rubber348243032300712Teflon AF (87mol% copolymer )240028004026435480变电站设备在线监测变电站设备在线监测 变压器

11、油中溶解气体在线监测气体传感器/气体分析仪性能要求： 性能可靠稳定，能连续的运行而不需要频繁的效正； 气体灵敏度高，同时动态测量范围大，能在气相中测定从百万分之几到百分之几的浓度而基本不牺牲测定的精度； 气体灵敏度不因环境媒体的变化而受到影响； 气体灵敏度不因变压器及环境湿度的变化而受到影响。类型例子供应商可测气体操作温度工作原理电阻型电阻电桥PdNi 电阻线Sandia /DCH0.1-100% H2氢分子在钯表面离解，原子氢进入钯本体，改变晶体结构，导致导电性变化pd 电阻膜ORNLH2室温Pt 丝Morgan Schafl，电科院H2,CO及CxHy燃烧温度气体在铂丝上燃烧，发热，其电阻

12、值发生变化若使用惰性气体如氦气作为载气，则导热性好的氢气会降低电阻丝的温度金属氧化物半导体SnO2Figaro, CapteurH2,CO及CxHy100-300气体的氧化使得吸附于微晶界面的氧分子/原子释放出电子，从而改变微晶界面的导电性。ZnO2H2,CO及CxHy100-300Ga2O3H2,CO及CxHy300-900高分子复合材料碳黑/高分子CalTec/Cyrano SCIENCE有机物蒸汽室温吸附了蒸汽的高分子基体因溶涨，体积增加而导致碳黑颗粒间的导电通道断裂，电阻增加栅场效应过渡金属及合金MISFET (PdNi CMOS)Sandia/DCH/M icromonitor1-1

13、000ppm H2100-170氢分子在钯或钯合金表面离解，原子氢进入金属膜并吸附到金属/绝缘介质介面上，形成偶极层，导致金属和半导体之间的势垒的变化。如果绝缘层的厚度20A，可测定开启电压(MISFET，即晶体管）的变化；如果绝缘层的厚度2A，可测反向和正向加偏压电流（Schottky diode，即二极管）MISCAP (PdPt/SiO2/Si)Linkopin 大学100-230Schottky diode (PdAg )NASA230电压电流电化学/燃料电池3-电极MSAH2,CO及CxHy100氢气等气体在阳极氧化，而空气中的氧气在阴极还原，如把二个电极连在一起就会产生电流。电流强

14、度和气体浓度成正比2-电极GE,City TechnologiesH2,CO及CxHy100光学（红外）非色散红外气体分析仪使用单个，二个或四个滤色镜Usi/RayChem具有红外活性的气体60不同的气体在特定的红外波段上由于分子基团的振动而吸收能量，导致红外能量的损失，这个能量损失可以用热电(pyroelectric）或热电堆(thermopile）传感器来测定。付里叶转换红外光谱仪多气体分析Bomen,on-line Technologies, Midac常用的气体传感技术 变电站设备在线监测变电站设备在线监测 GIS局部放电在线监测 GIS局部放电产生的原因 高压导体上存在金属针毛刺；

15、外壳上存在金属毛刺； 内部存在自由运动的金属颗粒； 绝缘表面上存在固定的金属微粒； 内部存在悬浮电位体，或者导体间连接点接触不好； 绝缘体内部或者表面存在气隙或裂纹。变电站设备在线监测变电站设备在线监测 GIS局部放电在线监测 GIS局部放电产生的原因ProtrusionElectrically floatingshieldParticle on spacerFree particleProtrusion on earth potentialVoid in spacer变电站设备在线监测变电站设备在线监测 GIS局部放电在线监测 GIS局部放电的特性 GIS 中发生局部放电时，SF6气体的击穿

16、导致导体中流过一个短时的电流（ns 级）。电流流过GIS 的特征阻抗，在导体上产生一个脉冲电压，从局放源传播开来。据试验可知，在SF6中一次局放的放电电流时间很短，局放脉冲电流的波头上升时间约为35Ops-3ns，而且脉冲持续时间仅为1ns-5ns ，其等效的频宽约为300MHz -3GHz。由于局放信号的上升时间很短、频带宽，传播过程中会在GIS腔体内引起电谐振，从而激发电磁波。局放发生后，离子气体通道急速膨胀，产生声音压力波。伴随着局放还有受激原子产生的光发射和化学击穿产物。因而局放的影响是多方面的，有物理的，化学的和电气的，原则上，它们中的任何一个都可以用来揭示局放的存在。变电站设备在线

17、监测变电站设备在线监测 GIS局部放电在线监测 GIS局部放电的光学检测方法特点： 光电倍增器可以检测甚至一个光子的发射，因此，在所有的诊断技术中，检测放电产生的光可能是最灵敏的方法； SF6气体和玻璃对射线有强烈地吸收作用，因此有“死角”出现。在检测时需要采用石英透镜，并且要选择适当短的路径。 该方法对于己知放电源位置的监测比较有效，但不具备对故障的定位能力。 GIS光滑的内壁引起反射，造成灵敏度降低； 传感器需要安装到GIS内部，实现在线监测应用比较困难。变电站设备在线监测变电站设备在线监测 GIS局部放电在线监测 GIS局部放电的化学检测方法特点： 通过检测SF6 击穿分解后的生成物来间

18、接检测局部放电，常用的分析气体有SOF2 和SO2F2 两种； GIS中的吸附剂和干燥剂会影响分解物含量，从而影响化学方法的测量； 断路器正常开断时产生的电弧产生的气体分解物，会影响测量结果的判断： 脉冲放电产生的分解物会被大量的SF6 气体所稀释，检测灵敏度低，从发生局放到由检测出分解物所需时间长； 化学检测方法不受电气干扰的影响。变电站设备在线监测变电站设备在线监测 GIS局部放电在线监测 GIS局部放电的声学检测方法特点： GIS内部产生局放时，会产生冲击振动及声音，因此，可以用外壁上安装的振动或声发射（AE）传感器来测量局部放电； 声学方法为非侵入式，可对局放源进行定位； 较少受GIS

19、 外部噪声源影响， 声音信号在SF6 气体中的传输速率很低，高频部分衰减很快，在通过不同物质的时候传播速率不同，在不同材料的边界处发生反射，因此信号模式复杂。要求有一定的操作技能。 是目前除UHF方法之外比较成熟的GIS 局放监测方法变电站设备在线监测变电站设备在线监测 GIS局部放电在线监测 GIS局部放电耦合电容检测特点： 又称为脉冲电流法（IEC270 )，是国际电工委员会于1981 年正式提出并广泛使用的局放测试方法； 通过在GIS外部并列安装一个耦合电容传感器，可以测得发生局放时的放电量（频率范围为40k1MHz）； 结构简单，便于实现； 可实现对局部放电的定量测量； 为获得现场测试

20、时的较高灵敏度，需将测试装置完全屏蔽，现场无法实施； 常规电测法无法对局放源进行定位，因而不适用在线监测。变电站设备在线监测变电站设备在线监测 GIS局部放电在线监测 GIS局部放电超高频检测特点： 通过检测局放发出的电磁波中的超高频段（3003000MHz）信号来检测局部放电，避开常规电气测试方法中难以避开的电力系统中的电晕等干扰，提高局部放电检测的信噪比。分为宽带(100M-2GHz)和窄带两种 内置的UHF传感器需要制造厂配合安装，对已运行设备无法实施； 外置UHF传感器的灵敏度和精度还有待进一步提高； 对局放源的识别和精确定位仍存在困难； 对UHF信号在GIS中的传播原理有待进一步研究

21、； 关于放电量的校核，仍需进一步的工作。变电站设备在线监测变电站设备在线监测 GIS局部放电在线监测监测方法耦合电容法超高频法声学检测法化学法光学法优点简单；灵敏度较高灵敏度高；可用于运行中设备灵敏度高；抗电磁干扰能力强不受电磁干扰：不受电磁干扰；缺点运行设备不能使用；信噪比低造价较高结构复杂；要求丰富经验的工程师操作灵敏度差；不能长期监测灵敏度差：需多个传感器可达精度5pClpC 2pC 很差差适用监测的放电源固定微粒；悬浮物；气隙和裂纹各种缺陷类型都适用自由移动的微粒；悬浮物，对气隙等局放量小的缺陷不敏感放电情况严重时的缺陷固定微粒；针状突出物能否故障定位不能精确度较高适用，但条件苛刻，需

22、多个传感器仅能判断哪个气室发生放电困难能否判别故障类型能能部分故障类型不能不能是否已经应用早期应用较多应用较广应用较广没有应用没有应用变电站设备在线监测变电站设备在线监测 GIS局部放电在线监测 UHF在线监测系统的关键技术： UHF 传感器； GIS中UHF电磁波的传播特性 UHF方法中局放源识别和定位变电站设备在线监测变电站设备在线监测 GIS局部放电在线监测 UHF传感器：盘型（内置） 变电站设备在线监测变电站设备在线监测 GIS局部放电在线监测 UHF传感器：连接闩型（外置） 变电站设备在线监测变电站设备在线监测 GIS局部放电在线监测 UHF传感器：窗口型（外置） 变电站设备在线监测

23、变电站设备在线监测 GIS局部放电在线监测 UHF传感器：半圆板偶极子 变电站设备在线监测变电站设备在线监测 GIS局部放电在线监测 UHF传感器：2次元对数周期型 变电站设备在线监测变电站设备在线监测 GIS局部放电在线监测 UHF传感器：圆板型传感器 变电站设备在线监测变电站设备在线监测 GIS局部放电在线监测 UHF传感器：圆环型传感器 变电站设备在线监测变电站设备在线监测 GIS局部放电在线监测 UHF传感器：双臂平面等角螺旋传感器 变电站设备在线监测变电站设备在线监测 GIS局部放电在线监测 GIS中UHF电磁波的传播特性： 电磁波在GIS 中传播的形式不是单一的，既有TEM 波，又

24、有TE波和TM波。目前一般近似用传输线模型来研究GIS中的局放信号传输特性； 有学者研究了较宽频率范围内GIS部件对电磁波的特性的影响，指出1.5G以上的电磁波主要通过外壳辐射，而不是通常认为的从绝缘子上的孔中辐射到外面； 国内大量GIS 出厂时没有安装内置UHF传感器，所以只有采用外置传感器。因此，研究电磁波在GIS外部的传输特性也非常重要，有待于广大科研工作者的进一步努力。变电站设备在线监测变电站设备在线监测 GIS局部放电在线监测 UHF方法中局放源识别与定位： 在合理的监测系统硬件设计前提下，利用数字信号处理技术判别常见的各种局放源准确率已可达95 以上； 由于电磁波以光速传播，时间差方法（Time of flight method )，即根据UHF 信号到达两个传感器的时间差及信号传播的速度来精确定位存在困难。为达到10cm的定位精度，需要的系统的时间分辨率为0.1ns，这理论上虽然可行，但实际在线监测应用中比较困难且成本很高； 实践中，可利用较低成本UHF法监测GIS中局部放电并进行初步定位（定位到间隔），然后利用精密仪器进行准确定位(10cm）。汇报结束汇报结束谢谢各位谢谢各位