绝缘状态在线监测系统在电厂的应用

王 新

（台州发电厂，浙江省 台州市，31800）

0 引言

台州发电厂已运行20多年，部分主要电气设备绝缘状况有所下降，存在着一定的安全隐患。在加强技术改造的同时，为了弥补定期预防性试验的不足，投入运行了HVM2000智能型变电站绝缘状态监测及诊断系统（以下简称“HVM2000系统”），使在线监测和预防性试验相结合，保证设备安全可靠运行。由于主要电气设备数量众多，HVM2000系统主要针对运行时间较长的设备进行在线监测，包括：6台220 kV主变、8组220 kV油纸电容型电流互感器（current transformer，CT）、11组110 kV和220 kV氧化锌避雷器（metal oxide arrester，MOA）、4组110 kV和220 kV电压互感器（potential transformer，PT）等。

HVM2000系统采用分层分布式结构，利用数字信号处理器（digital signal processor，DSP）技术，实现绝缘参数就地数字化采集，并引入参考相测量方法，使系统的抗干扰性能力、测量的准确性和稳定性得到了保证。HVM2000系统包含远方管理层、控制层和就地智能监测单元。

1 电容型设备的绝缘状况监测

对于体积较小、内部结构相对简单的电容器、套管等电容型设备，其介损和电容量能够反映出其内部潜在缺陷。对于在线介损数据分析应采用相对比较法和趋势分析法相结合的方法[1]。相对比较法就是要与同电压基准、同相、同类型设备比较分析，尽量排除现场干扰因素；趋势分析法既要看介损绝对值波动，更要研究介损发展趋势，全面、准确地评价设备绝缘状况。图1为4组电容器同期的A相介损在线监测值，其中：曲线1为220 kV联络一线的A相介损曲线；曲线2为龙台2353线的A相介损曲线；曲线3为州泽2357线的A相介损曲线；曲线4为3号主变220 kV的A相介损曲线。数据曲线反映出这4组设备的A相介损在相同的PT、电压基准、环境条件的变化趋势十分近似。正常工况下电容型设备的介损变化具有同步性和稳定性，在相对长期的变化趋势上能正确反映设备的绝缘状况。

2 MOA绝缘状况在线监测

2.1 系统电压对MOA阻性电流的影响

阻性电流是判断MOA内部绝缘状况的重要参数，也是在线监测的重点项目。正常条件下，阻性电流异常增大可能是因MOA内部受潮或阀片老化引起。图2为天气状况变化相对较小时，系统电压起伏对MOA阻性电流产生的影响。当系统电压波动明显时，会引起阻性电流相应变化，但电压并不是引起阻性电流变化的唯一原因。

图3所示曲线分别为110 kV正母避雷器阻性电流Ir1、220 kV正母一段避雷器的阻性电流Ir2、污秽电流I和环境湿度。由图3可知：环境湿度和瓷套表面的污秽电流对MOA阻性电流的影响最大，但湿度在雨天通常会有钝化现象，污秽电流与阻性电流间最具有同步性。

运行中偶然出现的阻性电流和泄漏电流明显偏小现象，经现场检查均为并接在避雷器接地回路的端子接触不良，导致分流引起，经处理即恢复正常。

2.2 屏蔽环对阻性电流的影响

在110 kV副母避雷器A相底部瓷裙上加装了表面电流屏蔽环，用于污秽电流监测，可用它进行MOA的阻性电流分析。通过比较发现，未加屏蔽环的其他间隔MOA三相间的阻性电流差值稳定且波动一致。而110 kV副母避雷器A相的阻性电流波动幅度比B、C相明显小得多，屏蔽环对MOA表面污秽电流引起的阻性分量增加有明显抑制作用。图4为110 kV副母避雷器的阻性电流变化趋势，由于A相加装了屏蔽环，其阻性电流数值及波动幅度均相对较小。图中2处尖峰是受台风泰利和台风卡努登陆影响，证明屏蔽环在潮湿环境下消除表面电流干扰的作用明显。

3 影响在线监测结果的因素

影响在线监测数据的因素较多，如电压基准、相间和相邻设备干扰、操作方式、运行电压及环境温湿度等[3]。在线监测的电压基准取自母线PT二次侧，因此PT固有角差和二次负载变化对相关联设备数据测量的影响相同。同组设备相间存在彼此杂散电容干扰，但因空间位置固定而影响相对稳定。相邻间隔设备若相距较远、电压等级较低，则相互干扰较小。查看在线数据发现，多数间隔无论运行或停电，对其相邻设备的介损、阻性电流等数据均无明显影响。而短时间的系统操作，或运行方式、系统电压基准改变，均会导致相关联设备在线数据波动，但不会影响其长期趋势。因220 kV母线检修需要，6号主变220 kV CT切换母线运行，引起CT三相介损短时间内发生明显变化，如图5所示。但原运行方式恢复后，介损数据逐步趋于正常。

从现场情况看，影响电容型设备介损、MOA泄漏电流和阻性电流等在线数据的最显著因素是环境湿度和污秽电流，而环境温度的直接影响较小。如果排除阴雨天气干扰，天气晴好时升压站内瓷套表面的污秽电流、温度、湿度的对应关系见图6。图中显示，环境湿度与污秽电流变化趋势相一致，环境温度与污秽电流趋势相反。环境监测记录显示，每天环境湿度变化有其周期性，最大值出现在05∶00～09∶00，最小值通常出现在14∶00～17∶00。这些规律有助于分析在线数据变化的原因。

4 HVM2000系统运行异常情况的排除

4.1 通信速度缓慢应答超时故障的排除

台州发电厂HVM2000系统有2条RS485总线，分别通往110 kV、220 kV升压站及站外主变、MOA等设备，实现控制层与各就地监测单元信息交换。由于需接入机组设备数量较多，无法做到一次性停电接入系统，因此结合设备停电机会陆续加入其中。这期间每次新进设备后系统通信都正常，但当所有就地监测单元均投入运行后，220 kV通道开始出现通信异常：应答超时，无法获取监测数据。现场检查发现，虽然220 kV通道上只有23台就地监测单元，低于为保证长期稳定运行的设计值25台，但由于220 kV设备监测点较为分散，现场布线又尽量利用原有的电缆沟及桥架，因此总线电缆施放量超出设计较多，造成传输距离过长。当把通道末端3台就地监测单元从系统中脱开后发现通信恢复正常。因此，通信故障的原因是通信线路过长导致压降过大。在通道的首尾端分别加装100 Ω的配匹电阻，用来提高通信线路电压，从而解决了这个问题。

4.2 防止就地监测单元地址更改措施

就地监测单元是通过RS485总线接受指令并向后台传输数据。为了控制层区分设备，每一就地监测单元都有唯一的地址来表明其身份，该地址原来是通过软件写在看门狗里面。在系统运行过程中，曾出现部分装置受现场干扰发生地址被更改现象，导致地址重复，数据无法交换。为此厂家对主板进行改进，地址采用8421拨码的方式来设置，此后更改地址问题未再出现。

5 结论

HVM2000系统投入运行后，经受了厂站电磁干扰、高温、台风及潮湿等不利条件考验，系统工作正常。运行实践表明，其提供的在线数据的稳定性、准确性较好。对于现场一些难以排除的干扰因素，运用对比法和趋势分析法来降低其影响，使在线监测数据能够比较客观地反映出被监测设备的健康水平，HVM2000系统的应用达到了预期目的。

[1]徐小宇，蒋玉红.高压设备绝缘在线监测的误差环节分析[J].电力建设，2003，24（1）：61-64.

[2]李虹山，史 阳.金属氧化锌避雷器(MOA)的在线监测及故障诊断[J].电力建设，2008，29（4）：28-32.

[3]史保壮，史轶华.高压设备在线监测系统技术的原则框架[J].高电压技术，2005，31（6）：24-26.

[4]彭向阳，周华敏，郑晓光.架空线路在线监测系统建设及运行分析[J].电力建设，2009，30（9）：20-24.

[5]张 翔.大型透平发电机轴电压在线监测系统[J].电力建设，2008，29（12）：80-82.

[6]周文华，杨晓芳，徐青龙.氧化锌避雷器阻性电流在线测试中的误差分析[J].江苏电机工程，2009，28（2）：20-22.

[7]史保壮.在线监测电容型设备绝缘方法研究[J].高电压技术，2002，28（4）：24-25.

[8]章 涛，邝以云，陈文业.变电站在线监测系统在三水电网中的运用[J].电力建设，2005，26（12）：64-66.

[9]燕 立，吴袆琼，王 芳.晋东南1000 kV变电站电气控制和监视的几个特点[J].电力建设，2010，31（2）：21-24.