电气设备在线监测技术的研究与发展

冯志伟

（河北 唐山 063500）

一、预防性试验与在线监测

现行的定期维修制度并不适用于所有设备。对于有些初始运行状态很好的设备，经过带有一定盲目性的检修后，反而破坏了原有的良好状态，造成大量人力、物力的浪费。传统预防性试验由于试验电压低，而且是在离线停电状态下进行的，无法真实反映运行电压下的绝缘性能和整个设备工况，所以最终检测结果的可信度大大降低，这就是虽然整体预防性试验合格，但仍时有故障发生的原因。

二、供电设备在线监测

电力系统中的供电设备种类繁多，数量庞大，目前实施在线监测的主要有变压器、断路器、避雷器和互感器等。所有这些在线监测装置，都是为了能更好地帮助我们分析和判断设备的运行状态，减少工作中的盲目性和随意性。

（一）变压器在线监测

变压器在长期运行中，由于绝缘的劣化及潜伏性故障，使其在运行电压下产生光、电、声、热等一系列的化学反应。变压器在线监测主要包括油中气体在线监测、局部放电在线监测和绝缘在线监测等。

1.油中气体在线监测

自从1952年Martin等人提出气相色谱法以来，很快被广泛应用于石油、化工研究和生产部门。1961年Pugh和Wagner等人首先提出用气相色谱法检测变压器绝缘油中的气体，为以后应用气相色谱法检测变压器早期故障奠定了基础。变压器油气色谱在线监测是监测分析变压器油中溶解气体的组分及浓度，物理过程是油中的固体有机绝缘材料(纸和纸板等)在运行电压作用下，因电、热、氧化和局部电弧等多种因素作用会逐渐变质，裂解出包括H2、CO、CH4、C2H2、C2H4、C2H6在内的多种气体。

2.局部放电在线监测

局部放电(PartialDischarge，PD)既是设备绝缘老化的先兆，也是造成绝缘老化的一个重要原因。大量统计资料表明，影响变压器可靠性的关键因素是绝缘性能的劣化，其中一个重要特征是局部放电信号的变化，油中气体分析法可以从一个方面反映局部放电，而专门对部放电进行测量也是设备状态监测的一个重要内容，很多故障都可以从放电量和放电模式的变化中反映出来。

3.绝缘在线监测

变压器绝缘在线监测是保证变压器可靠运行的手段之一，变压器绝缘的老化、失效是一个缓慢发展的潜伏性故障。绝缘在线监测系统能够不间断地对变压器的泄漏电流、介质损耗、等值电容、运行电压、环境温度和湿度进行在线监测，最终对绝缘性能是否正常做出评价。变压器绝缘在线监测主要有外壳接地线电流，高、低压套管接地引下线电流和铁心接地线电流等的监测。电容套管监测是为了检测套管的正常运行电容电流、电容量的变化和介损的变化；外绝缘泄漏电流监测是为了监测变压器套管外绝缘的积污程度，并通过纵向、横向的比较进行判断；铁心接地在线监测装置能及时监视主变压器铁心接地的情况。介绍了大型变压器绝缘在线监测报警装置，能监测5000pC以上的故障放电及铁心多点接地故障，自动显示、记录局部放电幅值及工频电流参量、报警次数。阐述了变压器寿命管理的重要性，指出变压器寿命终结的根源是绝缘的老化，并对老化的原因进行了分析。

（二）其他设备的状态监测

电容型设备绝缘在线监测是对电容器的电容电流、介质损耗、泄漏电流进行监测。利用现场带电检测仪定期对运行设备的泄漏电流Ig、介质损耗tgW等绝缘参数进行检测可以达到及时发现绝缘缺陷的目的。高压电缆大多以交联聚乙烯作为绝缘材料，优点是电气性能好，高温下热变形小；缺点是劣化后形成水树，极易击穿和破坏绝缘。电缆的带电测试主要是带电劣化诊断，有直流成分法、直流重叠法、带电tgW法和复合判断法等多种方法。绝缘子在运行过程中因长期经受机电负荷、日晒雨淋、冷热变化等作用，可能出现绝缘电阻降低、开裂甚至击穿，对供电可靠性带来潜在威胁，线路绝缘子在线监测因其安装位置的特殊及分布区域的广泛性一直是绝缘在线监测的一个难点。至今，以超声波检测法、激光多普勒振动法及红外热像法为代表的非电量测量法和以电压分布检测法、绝缘电阻法及脉冲电流法为代表的电量测量法已被尝试用于解决绝缘子在线监测问

三、在线监测发展前景

信号处理技术、人工智能和专家系统的应用依然是研究的热点，今后在线监测发展的方向主要在以下几个方面：

（一）电力系统监测与前沿性技术成果的紧密结合。随着计算机技术、人工智能和电力电子技术的发展，为在线监测提供了巨大的技术支持，今后高速度的运算处理器结合人工智能技术如神经网络、模糊逻辑和专家系统将应用于状态监测和故障诊断。这就需要研究人员在开发过程中，联系供电企业的实际情况，追求经济效益的同时，使用先进技术来促进供电技术的不断提高。

（二）由以单台设备为目标的在线监测向整体监测延伸。电网是一个由众多设备组成的有机整体，设备通常具有一定独立性，但电网的发展趋向于很强的相互依赖性。维修管理将不再局限于某一设备个体，因为一台设备的停运检修影响到整个输电和变电系统的运行，特别是大电网的停运检修还影响到整个区域的运行方式和电力供求关系的调整。

（三）设备状态的远程监测和网络化跟踪。随着分布式计算技术、大型数据库技术、面向对象的软件技术和宽带数字通信技术的长足发展，基于因特网的设备故障监测将成为现实，将设备诊断技术与计算机网络技术相结合，采集设备状态数据，实现对设备故障的早期诊断和及时维修。