绝缘在线监测技术

绝缘在线监测技术（共8篇）

绝缘在线监测技术 篇1

1 引言

变电设备绝缘在线监测技术对于无人值守变电站十分适宜, 在实际应用中, 能够对有缺陷或怀疑有缺陷的设备进行有选择、有目的停电试验及检修, 进而大大减少停电次数和重复性工作。因此, 探究其技术原理和实际应用具有十分重要的现实意义。

2 绝缘在线监测技术的原理

电力设备在线监测技术指的是通过运行状态, 对高压设备绝缘实际情况进行检测试验的方法。通常情况下, 一种电力设备的在线监测仪器或者系统, 是由传感器系统、信号采集系统以及分析诊断系统所构成的。信号采集系统的主要作用是将传感器得到的模拟量转换为数字量, 然后进行传输, 并且使用数字滤波技术对采集到的信号进行滤波处理, 从而抑制外界干扰和背景噪声, 提取真实信号, 并进行信号还原处理, 引入光电传输和光纤传输, 能够有效解决高压隔离的问题;分析诊断系统的主要作用是对所采集的信号进行分析、处理和诊断, 获得监测电力设备绝缘的当前状况, 并根据需要进行绝缘诊断和寿命评估。在线监测的基本流程如图1所示。

3 应用实例

我国对电气设备绝缘在线监测重要性的认识较早, 20世纪60年代以后就提出并开展了不少在线监测项目。本文将以IM-2、WYJ-Ⅰ型在线监测装置为研究实例, 详细探究变电设备绝缘在线监测技术应用。

3.1 IM-2、WYJ-Ⅰ型在线监测装置简介

3.1.1 IM-2型在线监测系统组成及工作原理

IM-2型便携式绝缘在线监测系统由主机和传感器组成, 主机部分包括二台586便携式计算机和一台数据采集器及相应附件, 传感器需固定在被检测设备的接地线上, 主机部分由技术人员携带到现场进行在线监测工作。IM-2型便携式绝缘在线监测系统的总体结构如图2所示。

电压传感器输入端与母线电压互感器二次侧1001~3端子连接, 此信号经隔离、变换后进入数据采集器, 电流互感器安装在被检测设备的地线上, 被检测设备的绝缘泄漏电流流过地线, 此电流信号被电流传感器隔离、变换后进入数据采集器, 高精度数据采集的信号调理模块对输入的传感信号进行跟随、I/V转换、低通滤波、程控放大等预处理, A/D转换芯片在控制逻辑的控制下对U、I交流信号轮流进行采样及A/D转换并将转换结果存入存储器, 便携机通过打印口与数据采集器相连接, 从而实现对数据采集器的控制及数据传送, 传感器采集到的电压信号U (t) 和电流信号i (t) 通过屏蔽电缆传送到数据采集器的电压、电流信号输入端, 然后由便携机控制对信号进行放大、滤波、采样及模数转换 (A/D) 等, 最后由便携式计算机用DSP算法对电压、电流两个数字序列进行分析计算, 从而得到U、I、f、C等各种绝缘参数和谐波参数并显示到计算机屏幕上。

3.1.2 WYJ-Ⅰ型在线监测系统

(1) 系统组成及工作原理

系统主要由系统主屏、数据采集系统、站端主控系统、远程监视系统、信号传感器、信号传输电缆以及各类仪表组成, 监测系统构成卿。

系统主屏: (2360×800×600) 一台, 以下设备置于主屏内:站端主控系统、数据采集系统、稳压电源, UPS、调制解调器及各类仪表及接线端子等。

信号传感器:传感器分穿芯式和分压式两种类型, 每组传感器 (A, B, C) 配备一台信号处理控制单元 (亦称智能前端) 。

信号传擂电缆:电缆由三种不同类型组成, 一种为双屏蔽同轴电缆, 主要用作测量信号的传擂, 外屏蔽接地, 内屏蔽用作信号接地, 芯线作信号线;第二种为二芯屏蔽双纹线 (截面积在0.5~0.75mm2) , 作程控信号线;第三种为二芯屏蔽线 (截面积在1mm2) , 作智能前端电源线。

远程监视系统:根据实际情况配置, 数据传送模式根据实际情况可选为使用调制解调器经电话网传翰, 也可直接进局域网等。

(2) 功能及监测参数

本系统适用于运行中的110~500k V电压等级的电流互感器、电压互感器、主变套管、藕合电容器、主变铁芯、避雷器等。如表1所示。

(3) 系统的主要功能

①实时自动检测功能

实时检测110k V以上电压等级的CT, PT, OY、主变套管的介质损耗值、泄漏电流、母线电压、等值电容。实时检测氧化锌避雷器的全电流、阻性电流。

②手动检测功能

手动完成实时自动检测选定设备各参数。

③统计及绘图功能

对被检测设备的历史数据进行统计, 并绘出其特性曲线。

④智能分析功能

误差分析:对所选设备的参数值进行误差分析, 给出误差概率分布曲线。

⑤对比分析

对所选设备的参数值进行横向或纵向比较, 得出各参数的变化规律, 判断设备的绝缘状况。

⑥报警功能

在对所监测的设备经过分析判断后, 自动给出警示信号。

3.2 在线监测系统实际运行情况

3.2.1 全系统已通过专家鉴定

IM-2型便携式绝缘在线监测系统, 于1998年正式运行运行。1999年7月通过电力局组织的专家鉴定, 评比为同类产品国内领先水平, 并获1999年度省电力局科技进步二等奖。WYJ-Ⅱ型微机集中式绝缘在线监测系统, 于2002年4月正式投入运行, 该产品2000年10月通过省电力局组织的专家鉴定, 评价为同类产品国内领先水平, 在全系统内运行几年来一直正常。

3.2.2 运行稳定, 并有效发现一起绝缘缺陷

(1) 运行稳定, 数据可靠

IM-2, WYJ-Ⅱ型绝缘在线监测装置运行中的各种性能基本稳定, 所监测的系统数据及参数具有很高的参考价值, 与预试结果大致相同, 电容量的测量结果数值稳定, 基本上没有分散性, 和预试结果接近, 有较高的可信度;介损的测量结果数值稳定, 分散性较小, 和预试测量的结果也较为接近。

例1:J村变#2727CT试验结果如表2所示。

A相电容测试值偏小, A相介损值偏大, 根据分析研究, 这主要是A相藕合电容器带有电压互感器, A相祸合电容器接地点有两个, 一为A相下节基座固定接地, 另一接地为A相一下节3点通过结合滤波器接地, 在线监测系统在安装过程中无法将固定接地线引入传感器, 正常运行时, 固定按地点有电流通过, 导致电容值测试结果偏小。同时, 运行中的电压互感器有电流流经传感器, 该电流将影响系统对祸合电容器真实结果的测量。

(2) 能有效地发现设备绝缘缺陷

实例:2004年2月20日, 对某变电所进行在线监测测试时, 发现110k VⅠ段母线避雷器的C相监测数据异常, 随后进行了停电试验, 测试数据如表3所示。

经检查原因为C相氧化锌避雷器上盖密封不严, 致使进水受潮, 绝缘损坏, 从而避免了一起设备潜在事故的发生, 并为进一步开展在线监测工作提供了宝贵的经验。

3.2.3 积极开展技术攻关活动

电气设备的绝缘在线监测是近年推广应用的新技术, 它的成熟需要在实践中不断的研究和改进。因此, 必须高度重视生产工作中的疑难问题, 并妥善解决, 积极有效的开展了许多技术攻关活动, 取得较好的成绩。

4 结语

随着人工智能的发展以及新型传感器、计算机技术、信息处理技术的不断融合, 在线监测技术迎来很多发展机遇, 运用在线监测技术进一步深化状态检修的可行性较高。该技术的推广应用必将促进电力科技进步, 改善电力生产管理模式, 保障电网连续、安全、可靠供电。

参考文献

[1]路长禄, 林刚.变电站高压电气设备绝缘在线监测技术探析[J].电子技术与软件工程, 2015 (09) :122.

[2]张灿.在线绝缘监测技术在牵引变电所的应用[J].电源技术应用, 2015 (05) :49~51.

[3]李贤琳.电网中变电设备在线监测及检测技术应用现状[J].文摘版:工程技术, 2015 (36) :110.

绝缘在线监测技术 篇2

现代电力系统中电网规模巨大, 电力设备结构多样, 以往通过停电对设备进行预防性试验的方式不仅影响电力系统正常运行, 而且代价高昂[1], 因此以实时状态监测为主要方式的电力设备检测技术备受关注[2]。

作为牵引供电系统中的重要组成设备, 牵引变压器运行是否稳定、状态是否正常直接影响系统供电的可靠性, 而判断牵引变压器是否正常运行的关键性因素是掌握其绝缘状态。此前, 对牵引变压器绝缘状态的判断主要通过定期的预防性试验。 该方式下, 由于试验电压低于运行电压, 因此试验结果难以准确反映被试设备真实的绝缘状况, 同时, 单纯定期检测会产生 “过剩维护”, 造成设备利用率下降及人力、物力的浪费[3]。为此, 通过在线监测技术对牵引变压器的绝缘状态进行实时监测, 并及时对故障作出判断是非常必要的手段。目前, 对牵引变压器绝缘状态进行监测的技术包括脉冲电流法、红外检测法、光测法等, 但在工程实践中并不是所有方法都适用。本文就介绍一种牵引变压器绝缘在线监测系统。

1 系统设计

1.1 总体设计

牵引变压器绝缘在线监测系统具有高灵敏性, 能区分多种气体的组分和含量。整套系统共有四大功能:一是进行油气分离;二是对充油设备色谱进行检测;三是采集数据和自动控制;四是后台机数据管理系统。图1为牵引变压器绝缘在线监测系统的内部结构图。

油气分离模块采用高分子膜法[4]。 高分子膜能够阻挡绝缘油渗透, 膜两侧气体有压力差, 绝缘油里的气体能够通过高分子膜脱离出来, 即把油中的溶解气体 (包括CH4、C2H4、C2H6、C2H2、H2、CO、CO2等) 从变压器油中分离出来。高分子膜通过接口装置安装于变压器油循环回路中。

色谱检测模块把从绝缘油中分离出的混合气体按照黏滞性不同进行区分, 然后把气体含量数据转换为电信号, 供测量回路测量。该模块通过复合色谱柱、热导检测器来实现这个功能。

数据采集及自动控制模块主要实现电信号采集、系统工作温度控制、数据上传等功能, 集信号预处理、A/D转换、通信接口、CPLD和控制电路等为一体的测控装置构成此模块。

数据管理软件的主要作用包括两大部分:一是从数据采集板获取绝缘油中气体的色谱数据, 并建立数据库;二是对色谱数据结果进行分析, 通过判断得出结论。

1.2 工作流程

根据绝缘在线监测系统的内部结构图, 设计了绝缘油色谱数据采集工作流程, 如图2所示。

具体工作流程如下:

(1) 主计算机发出检测工作开始的指令, 启动系统开始工作。

(2) 控制载气通断的电磁阀2, 通入载气。载气先进入气路以排除外界空气, 因为外界空气滞留热导和气路系统会造成系统中热导元件的氧化或烧断。

(3) 加热元件开始工作, 色谱仪工作元件温度升至要求温度。

(4) 数据采集模块获取热导检测器信号, 判断基线平稳状态。

(5) 基线平稳后通入混合气体。 混合气体样品穿过色谱柱, 色谱柱固定相将混合样品进行逐一分离。一段时间后, 色谱柱分离过程完成, 停止采样, 同时数据采集板开始采集、上传数据。

(6) 上传数据完成后, 首先关闭热导检测器, 待其降至常温, 关闭载气。

(7) 一次采集过程结束。

2 现场应用基本步骤

2.1 数据采集

首先使用牵引变压器绝缘在线监测装置按照上述流程对正在运行的牵引变压器进行数据采集。现场采集装置实物如图3所示。

2.2 数据分析

得到油中气体组分和含量数据后, 分析数据, 以评估变压器绝缘状态。目前公认的油中气体分析方法主要有特征气体法、产气速率法和三比值法。

2.2.1 特征气体法

根据牵引变压器长期运行经验, 变压器绝缘油中含有不同类型的气体, 气体组成不同, 则变压器内部故障类型也不相同, 见表1[5]。

特征气体法先将绝缘油中所含的各种气体浓度与表2中给出的注意值相比较, 根据比较结果判断变压器内部是否发生故障, 再根据绝缘油中各类气体组成的结构及含量判断故障类型。其中, 总烃指绝缘油中4种烃类气体的总含量。该方法一般用于初步判断故障类型。

2.2.2 产气速率法

产气速率法主要计算每月或每两月绝缘油中某种气体含量增加数值的百分数, 即相对产气率, 其计算式为:

式中, γr为相对产气率, %/月;Ci1为第一次取样气体含量;Ci2为第二次取样气体含量;Δt为两次取样间隔时间, 月。

如果变压器绝缘油中总烃的相对产气率大于10%/月, 那么可判定存在故障。

2.2.3 三比值法

三比值法是评估油浸变压器故障特性的主要方法[6], 目前普遍采用的三比值法是改良三比值法, 即改良电协研法。该方法推测绝缘的故障类型及严重程度的依据是油中溶解的气体组分浓度的相对比值 (5种气体的三对比值) , 表3、表4对应为改良电协研法的编码规则和故障类型判别方法。

同时, 应用三比值法需要注意以下问题:当变压器正常运行无故障时, 气体含量的比值是没有意义的;只有当气体含量超过注意值, 经鉴定确认变压器发生内部故障时, 用三比值法对故障性质进行判断才是有用的。

在实际应用中, 由于牵引变压器的故障类型是多种多样的, 造成故障的因素也是不同的, 因此在分析判断故障时, 需要利用多种方法, 以求得具有更高准确率的诊断结果[7]。

3 实例分析

变压器绝缘在线监测系统通过采集绝缘油中气体数据, 利用三比值法、特征气体法、产气速率法等对变压器内部绝缘故障进行综合判断分析。下面以大秦线某牵引变电所为例进行介绍。

相关数据采自大秦铁路线上某变电所的80MVA110kV牵引变压器 (SFPL-80000/110) , 该变压器在2014年6月11日C2H2含量已达5.27μL/L, 之后逐渐递增, 到2014年8月28日已达7.3μL/L。在此期间, 总烃含量则由95.74μL/L上升为182.17μL/L。这两项指标都超过了试验规程 (DL/T 596—1996) 中的绝缘油中气体含量注意值 (220kV以下变压器中, H2注意值为150μL/L、C2H2注意值为5μL/L、总烃注意值为150μL/L) , 油色谱分析数据如图4所示。

由图4可知, 2014年6~8月内, 绝缘油中H2含量没有明显变化;C2H2含量增长但未发生突变, 增长呈规律性;总烃含量在7月28日前是合格的, 但CO含量剧烈增长;依据特征气体法, 固体绝缘局部过热会造成此类异常, 据此可判定变压器内部故障类型。

实践证明, 故障点的温度与各种气体间的比例关系密切, 因此还可以利用三比值法评估故障的性质, 见表5。

由表5可推断此变压器的故障性质为在某些部件上主磁通及漏磁通形成涡流发热或引线接头的不良焊接及铁心多点接地造成的环流效应。最后, 利用故障点功率与产气量的相关性[8], 采用式 (1) 分别计算出2014年6月11日~2014年7月7日、2014年7月28日~2014年8月28日的总相对产气率, 分别是18.7%/月、21.2%/月。这个结果已大幅超过规程 (DL/T 596—1996) 中相对产气速率每个月10%的规定值, 因此可以判定这台变压器内部存在明显故障, 而且有可能继续劣化。

根据上述判断结果, 对该故障变压器进行检查。通过吊芯发现在中性点绝缘的包扎部分有严重的过热痕迹, 同时主变高压侧C相引出线绝缘处也有类似问题。进一步打开内部绝缘包层, 发现铝线焊接点存在焊接不良问题, 导致局部固体绝缘过热, 同时发现铁心穿芯螺丝接地。经吊芯试验的验证后, 有针对性地对该牵引变压器进行了维修 (重新焊接故障点及绝缘包扎) , 维修后投用的变压器油色谱跟踪检测数据均满足要求。

4 结束语

牵引变压器绝缘在线监测系统依据高分子膜油气分离技术及机电转换原理研制开发, 具有高灵敏度, 能采集和区分多种气体组分和含量, 本文对其总体设计、关键技术和工作流程进行了阐释。该系统已应用于大秦和北同蒲铁路线部分牵引变电所, 对大秦线某牵引变电所主变绝缘状态的实时监测验证了该系统的可靠性, 为其广泛应用提供了工程依据。

摘要：为了实时掌握牵引变压器的绝缘状态, 从而对其运行状态进行有效地评估, 有必要对具有高灵敏度、能采集和区分多种气体组分和含量的油色谱在线监测系统进行研究。将其运用于大秦铁路线上正在运行的牵引变压器的故障诊断, 经吊罩试验验证了该系统的可靠性, 为油色谱在线监测技术的广泛应用提供了工程依据。

关键词：牵引变压器,绝缘状态,油色谱,在线监测,故障诊断

参考文献

[1]朱德恒, 谈克雄.电绝缘诊断技术[M].北京:中国电力出版社, 1999

[2]许婧, 王晶, 高峰, 等.电力设备状态检修技术研究综述[J].电网技术, 2000, 24 (8) :48~52

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[6]廖瑞金, 杨丽君, 郑含博, 等.变压器油纸绝缘热老化研究综述[J].电工技术学报, 2012, 27 (5) :1~12

[7]杨丽君.变压器油纸绝缘老化特征量与寿命评估方法研究[D].南京:南京理工大学, 2010

绝缘在线监测技术 篇3

电气设备的绝缘监测技术对电力系统的安全稳定运行有着重要意义，保证绝缘在线监测是保障电力系统安全稳定运行的关键，因此这项技术成为了国内外高电压技术人员所研究的重点，同时在电力系统的状态检修方式也是一个比较热门的研究课题。

随着这项技术的广泛运用，能够有效监测出电气设备在早中期绝缘方面的问题，从而延长设备使用期限，并最终降低一些不必要情况的发生。

1 绝缘在线监测技术的发展历程

1.1 带电测试时期

绝缘在线监测技术主要起始于带电测试时期，最早是在20世纪的六、七十年代，当时的研究人员通过一些比较简单的设备仪器来对带电设备的绝缘参数进行测量。

不过，受到技术不成熟、仪器设备落后等局限性因素，导致其进行测试的灵敏度偏低，而且所测试出来的结果也不够精准，所需开展的工作难度较大，很难获得广泛的推广和应用[1]。

1.2 传感器测试时期

绝缘在线监测技术的发展阶段是传感器测试时期，主要是从20世纪80 年代开始，随着科技和社会不断的进步和发展，出现了很多专用的监测仪器，那时人们从传统的模拟试验直接步入了数字化的发展时代，可以真正实现不重复的将仪器和相关的回路进行连接，而传感器只需要将被监测的数据参数全部转化成电子信号，这样操作起来比较简单、安全、可靠。

1.3 微机多功能绝缘在线监测时期

在20 世纪90 年代，随着计算机技术的迅速发展，在这一时期当中已经出现并使用微机多功能的绝缘在线监测，同时计算机和相关的传感器也直接有效的结合在一起，这就真正实现了针对更多绝缘参数数据的在线监测，而且各种监测测量的方式都能够被这种监测系统进行循环测量和审查，满足了电气设备检测量大、监测速度快以及用途广泛的要求，真正实现了自动化绝缘监测，这是一种技术上的飞跃[2] 。

2 绝缘在线监测系统的构成及特点

2.1 在线监测系统组成技术

电气设备的在线监测系统的组成技术主要有：

(1) 在线监测传感器，传感器是在线监测系统当中的最重要的组成部件，在进行配备时，必须选择那些质量优异的传感器来配备安装，这样才能真正提高其测量结果的精准度，不过需要注意的是，在传感器步入工作状态时，必须要确保传感器的正常灵敏度。

传感器在传输信号的过程当中必须保证信号的正常传输，且不能将其失真的转换成被测信号。

常用的在线监测传感器主要是穿磁通技术传感器、光纤传感器以及自补偿式零磁通电流传感器等。

(2)通信技术，绝缘在线监测将计算机和自动化技术相结合，从而形成了现代先进性的通信技术以满足通信的要求。

通常计算机在进行多路选通开关间需要将通信程序设置得更加的简单来保证其稳定性和可靠性。

在数据波形的采集装置当中则需要将计算机的串口和端口两者紧密连接在一起，以进行较为正常的在线监测技术，并对其加以应用[3]。

(3)数据处理技术，数据处理主要依赖计算机来进行，通常数据处理技术可以使用傅立叶变换和小波变换等方式来进行，这两种方式的共同点是都能够保证从一些复杂的干扰信号波当中将某些不规则的信号直接略去，因此也可以称之为一种滤波技术。

通过滤波技术来将相应的干扰信号去除，并将所需的所有正确检测信号从中提取而出，因为这种数据处理的方式较为精准，所以真正运用起来比较广泛。

(4)数据分析技术，数据分析是整个工作当中的重点内容，首先需要将监测系统所采集的数据直接传输至信息分析处理系统中，并通过相应的计算机来对信号中的故障进行分析和处理，然后将分析处理的各种故障结果通过数据和图像的形式表现出来，这样将帮助工作人员更好的对数据和图像作出最直观的判断和分析。

(5)电气设备非电量绝缘在线监测技术，在进行状态检修时，如果只是通过电量来进行在线监测技术是远远不够的，还应当从实时性和进行投资的保障性来进行考虑，所以在目前的状态检修当中，就需要将一些非电量的在线监测技术有机的结合在一起，这样才能真正的满足工作测量的要求，并促使其实现意想不到的效果。

如今最常用的非电量在线监测技术主要有超声波探测技术、远红外测温技术以及介质分析技术等，这些技术都能够有效的促进在线监测技术的快速发展。

2.2 电气设备在线监测系统的特点

电气设备绝缘在线监测在进行状态检修的同时，通常具有较为明显的特点，主要表现在：

(1)停电时间以及开关控制相应减少，通过这种设置能够有效的提高电力系统的持续供电，从而为后续工作的顺利开展提供极大的便利，也间接的提高了经济方面的效益。

(2)在进行状态维修的同时合理安排时间进行维修工作，能够有效的避免此类维修问题的发生，从而减少相应的劳动力及维修间，并节约了维修资金。

在进行监测的工作当中能够及时的发现绝缘当中出现的缺陷和问题，从而减少突发性事故，加强其安全性和可靠性。

绝缘在线监测技术 篇4

1 系统结构

在线绝缘监测系统一般采用分层分布式结构, 由设备监测层、站端监控层和远方监控层组成 (见图1) 。设备监测层采用系统电压监测单元、电压互感器绝缘监测单元、电流互感器绝缘监测单元、氧化锌避雷器绝缘监测单元、变压器监测单元、断路器绝缘监测单元对牵引变电所高压 (220 kV) 侧电气设备提供状态在线监测及诊断。设备监测层和站端监控层之间采用现场总线 (RS485/CAN/Wireless) 连接。站端监控层和远方监控层可采用网线或光纤组成局域网, 实现远距离监控。

2 系统功能及主要特点

2.1 设备监测层

设备监测层采用就地智能监测单元, 与被检测设备融为一体, 具有数据采集和处理功能。监测单元采用32位数字信号处理器、16位A/D转换、自动程控放大、FPGA自动同步控制等先进技术, 与主设备之间通过单匝穿芯式传感器连接, 既可降低相位的绝对误差, 也可降低温度变化引起的相位漂移。传感器与信号调理电路、CPU和通信都集中在智能监测单元, 在设备现场连续实时地对监测参数就地进行信号转换、采集和处理, 实现数字化测量监测参数。

(1) 电压监测单元:通过检测系统三相电压的幅值、相位和频率, 为其他监测单元提供基础数据。

(2) 互感器绝缘监测单元:分为电压互感器和电流互感器绝缘监测单元2种。通过获取电流信号和电压信号基波的相位差来检测互感器的末屏电流、介质损耗和等值电容等参数, 反映互感器整体绝缘特性状况, 可灵敏地发现设备绝缘缺陷。

(3) 氧化锌避雷器监测单元:氧化锌避雷器可能因结构不良、密封不严使内部结构和阀片受潮, 或电阻片长期承受工频电压作用而产生劣化, 引起电阻特性变化, 使泄漏电流增加, 导致保护特性下降。氧化锌避雷器监测单元通过对母线电压信号和避雷器泄漏电流信号进行分析, 求取阻性电流的基波分量等手段来实时监测避雷器的绝缘状况。

(4) 变压器监测单元:通过检测变压器套管CT末屏电流、介质损耗、等值电容和铁芯接地电流等参数实时监测变压器的绝缘状况, 可以发现变压器套管的绝缘老化状况和铁芯的多点接地故障。

(5) 断路器监测单元:适用于真空、SF6和少油或多油等不同类型的断路器, 通过检测开断电流、动作录波最大时间来监测断路器的机械特性和电寿命。

(6) 环境监测单元:主要监测高压设备运行的环境, 包括温度和湿度。高压设备状态检测系统在处理分析监测数据时, 将综合当时的环境因素, 对设备状态做出准确判断。

2.2 站端监控层

站端监控层一般设在牵引变电所监控室内, 通过现场总线与设备监测层的各个单元通信, 分析采集的数据, 建立实时数据库, 对数据按时间序列进行存盘, 还可通过网线或光纤与远方监控层通信。站端监控层具有下述功能:

(1) 数据管理功能:对变电所内各高压电气设备的实时、历史数据和诊断信息进行分类管理。

(2) 打印功能:打印各设备的数据、图形、曲线和报表等。

(3) 显示功能:实时显示各设备的监测数据、高压开关的位置状态及各类告警信息。

(4) 查询功能:查询高压设备的实时状态数据、不同时段各参数变化曲线和故障信息, 并提供历史数据查询服务。

(5) 数据分析功能:分析各高压设备技术参数的变化趋势, 诊断设备健康状况。

(6) 数据传输功能:可进行数据共享, 上层用户可对下层系统数据处理层实现数据实时对接。

2.3 远方监控层

远方监控层一般设在牵引供电调度端, 是牵引供电调度台管辖范围内高压电气设备状态信息的数据中心, 也是设备状态信息的发布平台, 使在线绝缘监测系统由一个孤立的、静止的实验性系统过渡到全局的、网络化、智能化的综合状态检测、诊断和服务管理系统。远方监控层具有实时监测和图形浏览功能、历史曲线查询和分析功能、设备预警和报警管理功能、设备对象全景监测功能、设备状态对比分析功能、设备评估、状态检修和故障诊断等高级应用。

3 系统应用

新建福厦高速铁路牵引供电系统220 kV侧高压电气设备运用在线绝缘监测技术, 对牵引变电所内的变压器、互感器、断路器和避雷器等设备进行现场监测, 实时监测设备绝缘状态。

(1) 电压监测单元接线:在牵引变电所PT端子箱中引出一组PT二次侧信号, 经过空气开关接入电压监测单元。

(2) 电压互感器监测单元接线:用10 mm2电缆从电压互感器的末屏引出, 穿过穿芯式单匝传感器后接到电压互感器的原接地处, 获取末屏接地电流信号, 接入电压互感器监测单元。

(3) 电流互感器监测单元接线:用10 mm2电缆从电流互感器的末屏引出, 穿过穿芯式单匝传感器后接到电流互感器的原接地处, 获取末屏接地电流信号接入电流互感器监测单元。

(4) 避雷器监测单元接线:将避雷器下引线穿过穿芯式单匝传感器后, 接到避雷器的原接地处, 放在避雷器接地端与计数器之间, 传感器的输出信号线接入避雷器监测单元。

(5) 变压器监测单元接线:用50 mm2的电缆从变压器铁芯的接地端引出, 穿过穿芯式单匝传感器后, 接到电流互感器的原接地处, 传感器的输出信号线接入变压器监测单元;用10 mm2电缆从高压套管的末屏引出, 穿过穿芯式单匝传感器后, 接到套管末屏的原接地处, 传感器的输出信号线接入变压器监测单元。

(6) 断路器监测单元接线:在CT的A, B, C三相二次回路安装穿芯式单匝传感器, 测量高压侧电流信号;在控制回路的合、分闸回路上安装穿芯式单匝传感器;从现场断路器辅助节点信号引入断路器监测单元, 从传感器输出的信号线接入断路器监测单元。

(7) 环境监测单元接线:在变电所内高压设备现场安装专用百叶窗, 内置温 (湿) 度传感器和环境监测单元, 用以监测现场的温 (湿) 度。

(8) 远程通信及试验调试:各监测单元监测的数据通过通信线路上传至站端监控主机, 通过站端监控层实现数据分析、处理及远程通信;在站端监控主机对各个就地监测单元逐一调试, 直至全部功能正常运行。

4 结束语

近年来, 在高速铁路牵引供电电源接入220 kV国家电网后, 在线绝缘监测技术在电气化铁路牵引变电所中得到更为广泛的应用。在线绝缘监测技术为供电段运营管理带来较大方便。一方面, 克服了定期维修的盲目性, 减少了检修频次, 降低了检修费用;另一方面, 为电气化铁路设备实现“状态修”提供了检修依据, 达到“少维护, 免维修”的目的。

参考文献

[1]武汉华工先舰电气股份有限公司.变电站高压设备状态在线监测系统技术说明, 2009

[2]严璋.电气绝缘在线监测技术[M].北京:中国电力出版社, 1995

GIS绝缘在线监测 篇5

GIS是电力生产与输变电设施的主要设备之一, 使用六氟化硫 (SF6) 作为绝缘和灭弧介质, 具有占地面积小, 安装简单、功能全面的特点。随着我国电力工业的发展, GIS的使用还会日渐增多。GIS设备一旦发生故障, 引起的停电时间长, 检修费用高, 损失巨大。现场使用经验表明, 大部分故障是可以预先监测的, 因此采用先进的GIS在线故障诊断技术, 可以大幅度减少GIS的故障率。

2 在线监测意义

GIS在线监测可分为两部分, 一为SF6微水密度在线监测, 二为局部放电在线监测。

2.1 SF6密度微水在线监测

SF6气体的湿度、密度两项物理指标是否处于额定范围之内, 决定着SF6气体的绝缘和灭弧性能的有效与否。

SF6气体含有超标的水分后, 在一些金属物的参与下, 在200℃以上温度时可使SF6发生水解反应, 生成活泼的氢氟酸 (HF) 和有毒的SOF2、SO2F2、SF4和SOF4等低价硫氟化物, 在高温拉弧的作用下, 还将分解产生温室气体之一的二氧化硫 (SO2) 和氢氟酸 (HF) 。它们将腐蚀绝缘件和金属部件, 并产生热量从而导致气室内气体压力的危险升高, 断路器耐压强度和开断容量下降, 严重情况下将导致断路器爆炸,

电力相关规程规定:每日巡回监视气体密度, 每1-2年对SF6气体的含水量进行检测。含水量检测通常采用露点仪进行现场停电检测, 检测时按标准取样气体流量, 即30-40升/小时计算, 一次测试需排放SF6气体约35升。

安装SF6微水密度在线监测可时时监测SF6状态, 提前发现状况, 避免发生事故。

2.2 局部放电在线监测

局部放电是反映GIS绝缘性能的主要参数之一, 它是绝缘劣化的征兆和表现形式, 也是绝缘进一步劣化的主要原因。常规检测需要长时间的停电, 放气, 对电力行业的正常运行造成影响, 安装局部放电在线监测能发现其内部的早期缺陷, 以便采取措施, 避免其发展。

3 在线监测装置组成

3.1 SF6微水密度在线监测

SF6微水在线监测主要分为现场变送、信号传输、后台分析三部分。

现场变送:将SF6密度、微水、温度等参数转化为电信号, 经信号传输电缆传送到后台监测主机, 有后台分析软件分析当前设备运行状态。

3.2 局部放电在线监测

GIS内部发生局部放电, 会在外壳产生微弱电流, 在设备接地线上有高频电流通过, 局部放电还会使气室内压力突然增大, 产生超声波, 并且有电磁信号辐射。这些变化特征都可作为局部放电的检测对象, 目前常用的有以下几种方法。

(1) 耦合电容法:GIS内部产生局部放电时通过分布电容耦合, 在设备接地线上产生脉冲电流, 通过HFCT传感器采集到该信号, 能够检测到设备内部的局部放电状况, 检测频带为100KHz~30MHz。

(2) 超声法:GIS产生局部放电时会产生超声波, 超声波会通过外壳传出, 将超声传感器贴到GIS外壳上, 能够检测到设备内部是否发生局部放电。该方法最大的优势是可以通过电声或声声配合的方法实现对设备内部的放电点定位。

(3) 超高频法 (UHF) :局部放电产生时会向空间辐射特高频电磁波, 可利用UHF传感器接收频带为300MHz-1.5GHz的放电信号, 由于检测频率较高, 受环境的干扰小, 由于GIS封闭式金属外壳, 电磁波不容易传出, 可将UHF传感器安装在盆式绝缘子上, 接收GIS内部产生的局部放电信号。

3.3 在线监测方法的综合运用

由于引起GIS设备绝缘老化的原因有多种, 每种在线监测方法的都有它的优势和局限性, 采用多种监测方法综合运用, 能够提高GIS绝缘在线监测的准确性。

4 数据分析

在线监测是一个长期积累的过程, 通过数据的长期积累, 对检测数据的分析, 评估设备的运行状态, 因此数据的处理尤其重要。下面介绍几种常见的数据处理方法。

(1) 趋势图

将监测数据按时间显示, 可观察设备的运行状态走势, 判断当前设备的运行状态。

(2) 专家识别系统

将典型放电类型定义为一种放电模式, 通过对比, 识别当前局部放电类型, 对设备的运行状态进行评估。

(3) 综合评估系统

将在线监测中微水、局部放电信息集中到一起, 综合评估当前设备运行状态。

5 总结

高压绝缘子在线监测系统应用 篇6

对超高压线路的运行绝缘子暂无可靠的监测数据来指导安排清扫周期。绝缘子在使用过程中, 不断地受到强电场, 高温日照, 机械应力, 湿度, 污秽物影响, 当在线运行中的绝缘子表面附盐密度达到一定的程度, 就会降低绝缘子的绝缘性能, 增加绝缘子的表面放电系数, 导致绝缘面行成固态行电小桥, 引起闪络, 出现火花, 导致整条电力传输线以及整个配电网发生故障。据统计, 国内的大多数110kV以上的线路发生了不明原因的闪络, 导致了线路的重合闸动作失败, 其所占比例高达22%。对电力系统的稳定性带来了不良的影响。以下对高压绝缘子的传统监测方法和在线监测方法进行分析。

2 绝缘子监测方法

2.1传统监测方法

1) 离线的盐密监测法:

将待测绝缘子从现场取回后, 对表面的污物用蒸馏水 (或去离子水) 清洗, 用电导率仪测其电导率, 同时测量污液温度, 然后换算成标准温度 (20℃) 下的电导率值, 再通过电导率和盐密的关系, 计算出等值含盐量。

2) 绝缘电阻测定法:

用高电阻接至带电的绝缘子上, 使测量绝缘电阻的绝缘电阻表处于地电位, 从测得的绝缘电阻中减去高电阻杆的电阻值, 即为被测绝缘子的绝缘电阻值, 检测“零”或“低”值绝缘子有相当的准确性。然而, 利用绝缘电阻表检测零值或低值绝缘子也有一些弊端。对少数绝缘子进行检测较方便, 但对大量绝缘子进行检测则工作量太大。另外, 绝缘电阻的测量必须在空气相对湿度低于80%、绝缘子表面无凝露的条件下进行, 监测数据不准。

3) 分布电压测定法:

用测定电压分布的方法检出劣质绝缘子, 必须与相应电压等级下良好绝缘子串的标准分布电压值作比较。应在空气的相对湿度低于80%、且绝缘子表面无凝露的条件下测量。否则, 潮湿的绝缘子串其电压分布要改变, 特别是绝缘子表面具有污秽且又潮湿的情况下, 绝缘子串上的电压分布将不按电容分布, 而按电阻分布。污染与潮湿度愈均匀, 绝缘子串上的电压分布也愈均匀。

4) 交流耐压法:

是判断绝缘子抗电强度教好的方法。可以利用它检验前述几种方法的有效性和鉴别检出劣质绝缘子的真伪。这种方法需要一套高压试验电源, 且需要将试品从运行现场卸下来测量, 对于输电线路绝缘子的检测工作量太大。

5) 超声波劣质绝缘子检测法:

将绝缘子串电压分布的实测结果与良好绝缘子串的标准电压分布相比较, 检出劣质绝缘子, 由于该装置的抗干扰的能力较强, 且输入电容量较小 (实测为l～2PF) , 因此可以在500kV输电线路上进行测量, 且能保证测量的精度。但该方法需登塔与探头和瓷绝缘子接触, 500kV绝缘操作杆较长, 对耐张申的劣质绝缘子的检测很不方便。

综合上述方法:在以往的离线监测方法对绝缘子的性能作一定的评测, 但是工作量非常大, 测量精度不够高。不能实时获得绝缘子的实际应用状况。还不能达到对绝缘子的安全监测, 科学安排生产, 减少线路维护费用。

2.2 在线监测系统

工作原理图简单说明:

系统对运行绝缘子的泄漏电流采样从绝缘子的第二片将泄漏电流截取 (如图1所示, 如用户使用的是合成绝缘子, 可加装一片瓷绝缘子来截取泄漏电流) , 泄漏电流经过具有很强抗干扰性能的专用铠包电缆, 到系统的主保护单元, 再经过保护和传感单元进行A/D转换, 再到微处理器进行分析, 运算, 见图1。

2.2.1 系统数据分析

1) 数据采样:数据采样分为电气量和非电气量, 电气量包括了绝缘子在线运行时的泄漏电流, 绝缘子表面局部放电脉冲;非电气量包括了绝缘子串所处环境的温度、湿度、雨量测量。

a.电气量测量:该系统的数据采样传感单元根据需要, 采用阶段性不间断采集绝缘子表面泄漏电流, 和局部放电脉冲, 见图2。局部放电脉冲装置是通过一个特定同步的时钟装置将不同时间内叠加在泄漏电流上的局部放电脉冲经过门槛设定值记录, 原理见图3。

b.非电气量的测量: 绝缘子表面的泄漏电流、局部放电脉冲在线运行时受到绝缘子所处的环境因素影响较大, 系统在分析数据时将综合考虑, 计算盐密。

2) 系统软件:由于本系统配备了自动应答的手机调制解调器, 该系统的分析软件能进行自动、手动的远程数据下载, 同时也可进行远程参数设定, 如数据的采样时间、采样频率等。 同时, 系统软件界面可进行预设报警设置, 当瓷绝缘子的等值附盐密度达到0.1时, 绝缘子表面的平均泄漏电流大约为30mA见图4, 同时, 据图5所示, 在系统电压下发生闪络的可能性非常大。由此, 能简单地进行系统软件的简单设定。

实际应用举例:

3 结束语

绝缘的可靠性、安全性是满足电力系统的安全运行条件, 该系统采用直观的泄漏电流、局部放电脉冲参数取代了国内原先离线的盐密测量方法, 对电力系统的安全生产提供了保障。

摘要：对目前高压绝缘子安全监测方法做一介绍, 对在线监测系统作简单阐述。

关键词：高压绝缘子,在线监测,泄漏电流,局部放电,闪络,科学安排生产

参考文献

[1]商国才, 电力系统自动化[M].天津大学出版社, 1998.

[2]杨奇逊, 变电站综合自动化技术发展趋式[J], 电力系统自动化, 1998, (10) .

高压电气设备绝缘性能在线监测 篇7

1 高压电气设备绝缘性能在线监测技术的发展

绝缘性在线监测技术从70年代就已经存在了, 伴随着绝缘性在线监测技术的不断发展, 已经出现了很多不同的监测方法, 以前是运用传感器以及数据采集系统进行在线监测的, 但是速度相对来说是非常慢的, 而且效果不是特别的好。近几年, 它的发展是极为快速的, 随着芯片的出现, 它可以直接与计算机相互连接, 然后利用计算机进行在线监测, 这种监测技术效率高, 还可以对一些参照数据进行打印和审核以及数据的远传和越线报警等, 从本质上已经实现了变电站电气设备监测的自动化, 目前在电力系统设备中还是被广泛的运用, 一直都在发挥着巨大的作用。

2 电气设备绝缘性能在线监测基本原理

在目前变电站的绝缘性能监测中普遍采用的还是以氧化锌避雷器来进行绝缘的, 但是不再是用串联间隙的方式, MOA在运行过程中难免会有一些漏电, 然而漏电的电流通过了阀片, 就一定会加快阀片的老化, 通过在线监测数据处理算法就会能够及时的了解电流情况, 通过电流就可以看出MOA的现在绝缘状况, 如果在监控中已经发展MOA已经严重的老化和漏电, 那么就要及时对这些存在的隐患进行尽快的修复和维护。如果当阀片老化了以后, 避雷器受潮, 内部绝缘件就会受到严重的影响, 这样容性电流的变化就不是很多, 对电流的阻性反而大大的增加。所以一定要预防氧化锌避雷器在运行中漏电的情况, 及时的掌握绝缘方面的信息。

3 高压电气设备绝缘性能在线监测的应用案例

在变电站已经安装了一套在线监测装置, 在高压设备绝缘状态的选择中已经选用了一定的变压器套管, 电容式电压互感器, 以及电流互感器, 还有氧化锌避雷器以这些设备来作为主要被测的设备, 其中避雷器测量泄露全电流以及其容性和阻性分量, 变电压套管, 电容式电压互感器, 电流互感器测量其漏电流和介质损耗相对变化量, 铁心检测漏泄电流, 同时检测和记录现场的温度, 根据以上问题来对运行情况进行一定的分析和探讨。

比如在直流耐压试验中, 在对试验的电压选取时, 要根据绝缘的工频交流耐压试验电压和交直流击穿强度的比例进行选取。发电机定子绕组应当以2-2.5倍额定电压为准;而对于10KV的电缆, 则需要选择5-6倍的额定电压;对20-35KV的电缆则应当选择4-5倍额定电压;35KV以上的电缆则应当选择3倍额定电压。当进行直流耐压试验时, 使电流持续5分钟, 则可以通过电流数据来判断其存在的缺陷。由此也可以判断出, 直流比交直流耐压性更强大。

实行绝缘在线监测系统中是分为三个部分的, 第一部分是关于信号采集, 第二部分是关于前台处理, 而第三部分是为远程数据分析的。还有传输系统的, 前台处理系统坏死通过工业总线控制的, 它是以多种形式显示的, 是由内部局域网对远程数据进行分析和传输的, 可以诊断软件通过远程下载变电站当前、以及历史数据, 并可接入某个地区超高压公司的系统当中, 然后协助有关专业人员作出管理和分析。在传感器方面是分为绝缘信号传感器还有电压信号传感器的。在传感器的问题上, 一定要准确的选择和应用, 容易受温度和压力等外界环境影响的稳定性比较差的, 是影响系统精度还有系统稳定性的重要原因, 电磁的烦扰情况, 因为电气设备处在电场非常强的环境中, 一定会给数字采集系统带来一定的影响和状况, 所以要控制电磁的干扰, 在设备问题中, 在目前的电气设备中有很多还没有实行和运用在线监测, 因为缺少设备不足的现象存在, 所以无法全方位的实行绝缘监测。

4 高压电气设备绝缘性能在线监测数据处理算法功能及特点

4.1 必须拥有多种多样测试功能, 这样可以对电容型设备和一

些电容量进行及时的检查和测试, 还可以通过对比来测试氧化锌避雷器的电流参数。

4.2 在设计中一定要设置一定的高功率的电流传感器, 然后采

用特别的自检技术, 自行的对传感器进行自动的校验和检查, 然后通过在外部连接的一些电阻所测量的参数, 从而实现对电压信号的测量。

4.3 电流的传感器一定要采用穿透的结构, 阻抗外力的能力一

定要强, 能够承受一定量的电流。的冲击, 从而满足可以实行在线监测和分析。

4.4 提供至少两种以上的在线检测方法, 这样可以同时对几个不同的电容形设备进行监测和对比, 从而来实现监测的目的。

4.5 完善一定的电磁干扰措施, 掌握一定的数字处理方法, 只有

保持这样的方式和方法, 才能够保证测试的结果和参数不被干扰, 才能够保证参数的准确性和真实性。

4.6 必须提供两种以上的电阻监测方法, 保持一定的电阻监测

方法, 才能够在数据传播过程中进行更好的测试和监测, 能够准确测量MOA的全电流、容性电流、阻性电流及其基波与三次谐波分量等多种参数。

4.7 运用先进的数字化处理方法, 来完成避雷器容性电流的补

偿, 很在很大程度上降低了MOA端电压谐波分量对阻性电流峰值测试结果的影响。

4.8 具有互相干扰自行补充能力, 在电场测试中要遵行一定的

规则, “一”字形排列避雷器, 可正确测得两个边相的阻性电流及其基波分量的峰值。

4.9 补充自我校验功能和高效率高精度电流传感器, 为了能够确保测试结果真实可靠, 检测精度基本不受环境温度变化的影响。

4.1 0 采用方便携带的方式进行操作, 必须让操作简单化, 合理

化, 能够让机器可以在电池的帮助下可以完成长时间的工作。从而来满足现场监测和维护的工作。

5 结束语

为了能够让变电站电气设备绝缘性能在线监测数据处理法更好的运用和实行, 保证我们的供电安全性以及可靠性, 我们通过一些科学合理的办法, 来对我们的电气设备运行进行有效的监测和控制, 希望这种方式能够得到更快的发展, 在我们今后的电气设备运行中多做贡献。

摘要：高压电气设备在电网中运行时, 如果其内部存在因制造不良、老化以及外力破坏造成的绝缘缺陷, 会发生影响设备和电网安全运行的绝缘事故。因此, 在设备投运后, 传统的做法是定期停电进行预防性试验和检修, 以便及时检测出设备内部的绝缘缺陷, 防止发生绝缘事故。文章论述了高压电气设备绝缘性能在线监测技术的发展, 电气设备绝缘性能在线监测基本原理等, 最后指出了高压电气设备绝缘性能在线监测数据处理算法功能及特点。

关键词：变电站,绝缘性能,在线监测,数据处理

参考文献

[1]《Q/CSG10007-2004电力设备预防性试验规程》.中国南方电网有限责任公司发布.[1]《Q/CSG10007-2004电力设备预防性试验规程》.中国南方电网有限责任公司发布.

[2]严璋.电气绝缘在线监测技术[M].北京电力出版社, 1995.[2]严璋.电气绝缘在线监测技术[M].北京电力出版社, 1995.

绝缘在线监测技术 篇8

目前, 用于电力电缆绝缘监测的方法主要有: 低频叠加法、直流分量法、电缆介质损耗法、直流电压叠加法、局部放电法等[2]。而煤矿供电系统中对电力电缆的在线监测方法多采用基于附加低频电源的监测方法即低频叠加法[3], 但由于此方法叠加的是交流信号, 因此系统杂散电容特别是杂散电容较大时会影响检测效果及检测灵敏度, 并且给正常运行的电缆注入外加信号, 长此以往, 同样会对电缆的寿命造成影响。

局部放电法是国内外专家以及电力权威机构一致推荐的用于XLPE电力电缆绝缘状况监测的最佳方法[4], 局部放电法已在城市电网得到了一定的范围的推广, 效果显著。但由于煤矿的复杂环境影响, 基于局部放电法的矿用高压电缆的在线监测系统一直处于探究阶段。本文研究设计了一种矿用高压电缆局部放电的无损在线监测系统, 提出了形态学滤波与小波阀值相融合的滤波方法, 并从理论分析、系统介绍、实验室模拟实验以及现场测试等方面进行讨论。与煤矿常用的低频叠加法相比, 该方法能够在不影响电缆正常运行的情况下, 根据电缆实时的局部放电信息, 真实地反映出电缆绝缘的损坏状况。

1 监测系统的基本原理与结构

系统的设计以电磁耦合原理的局部放电法为基础, 系统不与高压线路直接连接, 不改变正在运行电缆的结构, 通过安装于屏蔽接地线或电缆本体上的高频电磁耦合传感器, 来感应电缆屏蔽层中的局部放电 ( PD) 脉冲信号。监测系统采用模块化设计, 由高频电磁耦合传感器、采集与处理模块、通信模块和上位机4 部分组成。通过光纤双回路通信技术, 可以有效防止由通信故障造成的监测中断, 实现变电站电缆的同步远程在线监测。由于矿用高压电缆多采用MYJV型交联聚乙烯铜芯电缆, 所以将互感器 ( HFCT) 安装在电缆外层, 系统结构如图1 所示。

2 高频电磁耦合传感器

由于局部放电 ( PD) 脉冲信号具有持续时间短, 频谱宽等特点, 所以传感器应具有良好的灵敏度以及较宽的工作频带。该系统设计采用以自积分形式的罗氏线圈为基础的卡钳式高频电磁耦合传感器, 其结构与等效原理如图2 所示。

根据上述等效电路图, 采用高频小信号并联谐振回路理论对电缆局部放电信号进行分析[5], 可得其工作频率上下限分别为fH与fL, 见公式 ( 1) ( 2) 。

根据公式 ( 1) 、式 ( 2) 以及煤矿特殊环境的限制, 该套设备的高频电磁耦合传感器最终选用MnZn铁氧体材料的钳口形式, 线圈匝数为8 匝, 积分电阻为40 Ω, 其理论灵敏度为5 V/A; 外形尺寸分别为高50 mm、外径100 mm和内径60 mm; 适合于100kHz ~ 5 MHz的中频段局部放电测试。

3 数据采集与处理单元

数据采集与处理单元为系统的核心所在, 选用Xilinx公司生产的XC6SLX150 型号FPGA为主处理芯片, 采集后的信号先经过前置的形态学滤波电路的初级调理, 接着采用基于Sqtwolog ( 即长对数阀值法) 的小波阀值滤波法进一步去除白噪声干扰和窄带信号干扰[6,7,8]。

3. 1 形态学滤波器

形态滤波器 ( MF) 利用数学形态学变换把信号中的复杂成分分解为多个具有物理意义的部分, 使信号与背景分离并保持其全局或局部的主要形态特征[9,10,11]。MF的实现是基于数学形态学, 其中数学运算应用到信号和结构元素 ( SE) 中, 从而提取形态特征。设xn为一维信号x = ( 0, 1, 2, …, M - 1) , sn为结构元素s = ( 0, 1, 2, …, M - 1) ; 定义为腐蚀运算;为膨胀运算;为开运算;·为闭运算。

设计采用开—闭和闭—开滤波器组成交替混合滤波器来滤除白噪声和脉冲噪声。其定义如式 ( 7) 所示:

3. 2 基于Sqtwolog函数的小波阀值

长对数阀值法 ( Sqtwolog) 是一种统一阀值去噪的方法, 原理是: 如果多维独立正态变量联合分布时, 在维数上就会趋向于无穷, 然后在最值估计的限制条件下得到阀值的最优值, Sqtwolog阀值的计算公式为:

式中, N为待分析细节层的小波系数个数;为噪声标准差估计。

采用软阀值法对小波系数dnj的处理方法如下:

4 系统的实验室及现场性能测试分析

4. 1 实验室模拟实验分析

在实验室环境下, 建立6 kV矿用电缆放电模型 ( 图3) , 对所设计的监测系统进行模拟实验研究。

从图4 所示的实验波形可知, 由于实验室环境安静, 噪音干扰很小, 可以得到清晰的放电痕迹, 所以实验室模拟主要检验系统对局部放电信号监测的准确性。通过实验室模拟实验, 充分证明了该系统对PD监测的有效性与可靠性。

4. 2 现场调试效果分析

将监测系统安装于平煤股份十矿变电所, 并分析了系统降噪能力和绝缘监测系统的整体性能。图5 ( a) 为互感器安装图, 图5 ( b) 为现场监测系统整体调试图。

通过在6 kV配电柜正常运行的电缆上安装监测系统装置, 得到如图6 所示波形。由滤波前后效果对比, 以及现场数据的采集分析, 在最终显示的PD信号中, 噪声得到了很好抑制, 证明了监测系统具有很好的降噪能力。通过现场长时间的运行测试, 表明该检测系统整体运行稳定、性能良好。

5 结语

本文设计了一种矿用高压电缆无损在线绝缘系统, 并提出了形态学滤波器与小波阀值相融合的降噪方法。经过实验室以及对平煤股份十矿在运行电缆的现场测试, 表明该监测系统能够提高信噪比, 有效地去除矿用高压电缆局部放电的噪声干扰, 较好地保留了局部放电的宽频带特性, 提高了在线绝缘检测的可靠性, 能够满足煤矿复杂环境下在线连续绝缘监测的应用条件。

参考文献

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