特高压一次设备在线监测测量装置试验研究

韩祎菲 刘益江 张永良

［DOI］10.3969/j.issn.1672-0407.2023.23.064

［摘 要］特高压一次设备在电力系统中起着至关重要的作用，对于确保电力系统的稳定运行和电能传输具有重要意义。然而，由于设备具有复杂性和高压高电流的特点，特高压一次设备面临着各种故障和失效风险，可能导致设备的停运和电力系统的中断。为了提高特高压一次设备的运行可靠性，传统的定期检修和维护已经无法满足实时监测和故障预警的需求。因此，引入特高压一次设备的在线监测测量装置十分必要。在线监测测量装置可以实时监测设备的运行状态和关键参数，通过数据采集和分析，提供准确的设备健康状况信息，为运维人员提供及时的决策支持。

［关键词］特高压；一次设备；在线监测；测量装置；试验

［中图分类号］TM93文献标志码：A

本文旨在对特高压一次设备的在线监测测量装置进行试验研究，探索其在提高设备可靠性和运行安全性方面的应用；通过试验和评估装置的性能和可行性，为特高压一次设备的运维管理提供新的思路和方法；通过对特高压一次设备的在线监测测量装置进行研究，希望能够提高设备的可靠性和运行安全性，为电力系统的稳定运行作出贡献。在线监测测量装置将为设备的实时监测和故障预警提供有效手段，为运维人员提供准确的数据支持，实现设备的及时维护和故障排除。

1 特高压一次设备的重要性

第一，特高压一次设备能够实现高电压和大电流的传输，提供更大的电能传输能力，可以有效解决长距离电能传输的问题，降低输电损耗，提高电网的能源利用效率。第二，特高压一次设备能够在高压高电流的工况下稳定运行，具有较高的抗干扰能力和抗电磁暂态能力，可以保持电力系统的稳定性，避免电压波动和电流失控等问题，保证可靠的电力供应。第三，特高压一次设备能够连接大容量的电源和负载，支持大规模的电力输送和供电，可以满足工业、城市和乡村等不同场景的用电需求，促进经济发展和社会进步。第四，特高压一次设备可以实现电力系统之间的互联互通，促进能源资源的共享和优化调度，可以连接不同地区的电网，实现跨区域的电能交换和平衡，提高电力系统的可靠性和稳定性。第五，特高压一次设备通过提高输电效率和降低损耗，可以减少对环境的影响^［1］，减小输电线路的占地面积和环境破坏，降低电网建设和运行对生态环境的影响。

2 特高压一次设备的故障风险

2.1 绝缘故障

绝缘故障可能导致设备的电气性能下降、绝缘损坏、电弧和闪络等问题，进而影响设备的正常运行和电力系统的稳定性。第一，长期运行或环境因素的影响可能导致设备绝缘材料的老化和退化，可能导致绝缘强度下降、介电损耗增加，进而引发设备的绝缘击穿和故障。第二，特高压一次设备暴露在恶劣的环境中，如沙尘暴、湿润环境等，容易受到污染。污秽和污闪可能导致绝缘材料表面形成导电层，增加电介质的损耗，进而导致设备的绝缘性能下降。第三，当设备的电压和电流超过一定阈值时，可能会发生电弧和放电现象，导致设备的局部绝缘破坏，产生高温和电弧等危险，进一步加剧设备的损坏。第四，当绝缘材料无法承受设备所受的电压应力时，可能发生闪络和击穿，会导致绝缘系统失效，使设备停运或造成设备的损坏。

2.2 电力设备故障

特高压一次设备中的电力设备可能面临各种故障情况，这些故障可能导致设备的正常运行受到干扰甚至停运。第一，特高压一次设备中的开关设备，如断路器、隔离开关等，可能发生接触不良、触头磨损、弹簧失效等故障，可能导致设备的开关操作不准确或无法正常操作，从而影响设备的运行和电路的通断。第二，特高压一次设备中的变压器是电力系统中的重要组成部分，可能发生绕组短路、绝缘击穿、冷却系统故障等故障，导致设备的电气性能下降、温度升高，甚至引发设备故障或停运。第三，特高压一次设备中的电缆是电能传输的关键部分，可能发生电缆绝缘老化、接头脱落、绝缘子破损等故障，可能导致电缆的电气性能下降、接触不良，从而影响电能的传输和设备的正常运行。第四，特高压一次设备中的开关柜可能发生控制回路故障、过电压、过电流等问题，可能导致设备的控制功能失效、电气元件损坏，影响设备的运行和保护。

2.3 过载和热失控

特高压一次设备面临着过载和热失控的风险，这可能导致设备的性能下降、热损耗增加甚至设备损坏。第一，过载是指设备承受的电流超过其额定容量的情况，可能由电网负荷增加、短路故障等原因引起。过载会导致设备的电流密度增加、温升加剧，使设备处于超负荷运行状态。长时间的过载可能导致设备的绝缘老化、设备元件的损坏，甚至引发设备的热失控。第二，热失控是指设备在运行过程中由于散热不良或其他原因，导致温度升高超过设计范围，无法有效地散热。热失控可能由冷却系统故障、环境温度过高、设备负荷过大等引起。热失控会导致设备温度升高、绝缘性能下降，进而影响设备的正常运行和寿命。

2.4 机械故障

特高压一次设备中的机械部件可能面临各种机械故障，导致设备的损坏和停运。第一，特高压一次设备中的电缆连接头是电缆与设备之间的关键连接部件，若出现脱落、松动、磨损等问题，则会导致连接不良和电缆断路^［2］。第二，特高压一次设备中的绝缘子起着支撑和绝缘作用，一旦发生破裂、断裂、绝缘子串间放电等故障，则会影响设备的正常运行和绝缘性能。第三，设备的机械部件，如接触器、隔离开关、弹簧等，一旦发生磨损和疲劳断裂，则可能导致设备的操作不准确、接触不良和短路等故障。第四，由于设备长期运行、震动和温度变化等因素，设备中的螺栓、螺母和连接件可能松动。松动的设备可能导致接触不良、电气性能下降，进而引发设备故障。

2.5 外部因素影响

特高压一次设备还面临来自外部因素的风险，这些因素可能对设备的正常运行和可靠性产生影响。第一，特高压一次设备通常是高耸的结构，容易成为雷击的目标。雷击会导致设备的绝缘击穿、设备元件的损坏，甚至引发火灾和爆炸等严重后果。第二，在寒冷地区或冬季，特高压一次设备可能受到冰雪的覆盖。冰雪的重量和风力会导致设备的机械负荷增加、机械部件的损坏和绝缘性能下降。第三，强降雨和洪水可能导致特高压一次设备的水淹和湿润，影响设备的绝缘性能和电气性能。水淹可能导致设备的短路、设备元件的腐蚀和绝缘老化。第四，地震可能对特高压一次设备产生严重影响，如导致设备的位移、振动和变形，从而损坏设备的结构和导致设备的断裂和破损。第五，特高压一次设备暴露在大气环境中，可能受到环境污染的影响。大气中的污染物和化学物质可能对设备的表面和绝缘材料产生腐蝕和损害，降低设备的绝缘性能。

3 特高压一次设备的在线监测测量装置

3.1 温度监测装置

温度监测装置是特高压一次设备中常用的在线监测测量装置之一，用于实时监测设备的温度变化，通过传感器或探头将设备的温度信号转化为电信号，并传输给监测系统进行数据采集和分析。监测系统可以根据实时数据进行分析和处理，及时发现温度异常和危险情况，使预警运维人员采取相应的措施。温度监测装置通常支持多点监测，可以同时监测设备的多个关键部位的温度。

温度是评估设备运行状态的重要指标之一。通过监测设备的温度变化，可以了解设备的负荷情况、散热效果和热稳定性，评估设备的运行状态。当设备温度超过设定阈值时，监测系统会及时通知运维人员，以使他们采取相应的措施，如降低负荷、增强散热等，避免设备的损坏和故障。温度监测装置可以用于监测设备的绝缘状态。绝缘材料的温度变化可以反映绝缘状态的变化。通过对设备绝缘部位的温度监测，可以及时发现绝緣老化、绝缘损坏等问题，采取相应的绝缘处理措施^［3］。

3.2 压力监测装置

压力监测装置是特高压一次设备常用的在线监测测量装置之一，用于实时监测设备的压力变化，通过传感器或探头将设备的压力信号转化为电信号，并传输给监测系统进行数据采集和分析。监测系统可以根据实时数据，及时发现压力异常和危险情况，使预警运维人员采取相应的措施。压力监测装置通常支持多点监测，可以同时监测设备的多个关键部位的压力。

压力监测装置可以用于监测设备的冷却系统的压力情况。冷却系统的压力变化可以反映冷却剂的流量和冷却效果。通过监测冷却系统的压力，可以判断冷却系统的运行情况，及时发现压力异常和故障问题。特高压一次设备中的油箱通常装有绝缘油或冷却油。通过压力监测装置监测油箱的压力变化，可以了解油箱内部的油液状态，及时发现油液泄漏或气体产生等问题，并采取相应的维护措施。特高压一次设备中常用气体绝缘设备，如气体绝缘开关设备。通过压力监测装置监测气体绝缘设备的压力变化，可以判断设备的气体充填情况和绝缘状态，及时发现压力异常和气体泄漏问题。

3.3 绝缘监测装置

绝缘监测装置具有高精度的测量能力，能够准确测量设备的绝缘电阻和绝缘损耗，通常以精密的绝缘电阻计或绝缘损耗仪为测量设备，以确保测量结果准确、可靠。绝缘监测装置能够实时监测设备的绝缘状态，并提供实时反馈数据。监测系统可以根据实时数据进行分析和处理，及时发现绝缘异常和危险情况，为运维人员提供及时的预警和决策支持。绝缘监测装置通常支持多点监测，可以同时监测设备的多个关键部位的绝缘状态^［4］。通过在不同位置安装多个绝缘传感器，可以全面了解设备的绝缘分布情况，发现局部异常和不均衡问题。

绝缘监测装置主要用于监测设备的绝缘状态和绝缘性能。通过测量绝缘电阻和绝缘损耗等参数，判断设备的绝缘状态是否正常。及时发现绝缘异常，如绝缘老化、绝缘击穿等问题，并采取相应的绝缘处理措施。绝缘监测装置能够提前发现绝缘异常情况，如绝缘击穿的风险。当绝缘状态出现异常，接近或达到击穿阈值时，监测系统会发出预警信号，及时通知运维人员采取相应的措施，避免设备的损坏和故障。通过长期的绝缘监测数据分析，可以了解设备绝缘状态的变化趋势，评估绝缘老化情况。基于绝缘状态评估结果，制订合理的维护计划，定期进行绝缘处理和维修，延长设备的使用寿命和提高设备的可靠性。

3.4 振动监测装置

振动监测装置具有高灵敏度的测量能力，能够捕捉到设备微小的振动信号，通常采用高精度的振动传感器，如加速度计或振动速度计，以确保测量结果准确、可靠。振动监测装置能够实时监测设备的振动变化，并提供实时数据反馈。监测系统可以根据实时数据进行分析和处理，及时发现振动异常和危险情况，使预警运维人员采取相应的措施。振动监测装置通常支持多点监测，可以同时监测设备的多个关键部位的振动情况。通过在不同位置安装多个振动传感器，可以全面了解设备的振动分布情况，发现局部异常和不均衡问题^［5］。

振动监测装置主要用于监测设备的振动情况，帮助发现设备的机械故障。通过分析振动数据，可以检测设备的异常振动模式，如不平衡、松动、轴承故障等，及时采取维修措施，避免设备的进一步损坏和停运。通过长期的振动监测数据分析，可以了解设备的振动趋势和变化规律，评估设备的健康情况和寿命。

4 结语

综上所述，特高压一次设备的在线监测测量装置在提高设备可靠性和运行安全性方面具有潜力。通过对设备的实时监测和测量，可以及时发现设备异常情况，并采取相应的维护和修复措施，从而提高设备的可用性和可靠性。然而，还需要进一步的研究和实践，以完善装置的设计和应用，保障其在实际运行中的有效性和可行性。

参考文献

［1］徐肖伟，王科，马仪，等. 特高压一次设备在线监测测量装置试验研究［C］. 云南电网公司. 云南省电机工程学会. 2010云南电力技术论坛论文集（优秀论文部分）. ［出版者不详］. 2010：4.

［2］李坤. ±1100kV特高压直流电压互感器电压测量装置及其在线监测系统研究［D］. 武汉：华中科技大学，2017.

［3］常勇，谢佳妮，张雍赟. 特高压变电站在线监测系统的实践与分析［J］. 电力建设，2012，33（2）：84-87.

［4］侯治华，刘凯. 特高压直流一次设备运行可靠性分析［J］. 轻松学电脑，2020（9）：1.

［5］芦灯，翟彬，王爱华，等. 特高压输电线路在线监测设计方案的技术研究［J］. 山东电力高等专科学校学报，2015，18（3）：17-22.

［作者简介］韩祎菲，女，陕西咸阳人，国网陕西省电力有限公司超高压公司，助理工程师，本科，研究方向：特高压输变电工程。

刘益江，男，陕西西安人，国网陕西省电力有限公司超高压公司，助理工程师，本科，研究方向：特高压输变电工程。

张永良，男，陕西西安人，国网陕西省电力有限公司超高压公司，工程师，硕士，研究方向：特高压直流工程规划与发展。