GIS和電器開關(guān)的在線監(jiān)測GIS和電器開關(guān)的在線監(jiān)測1概述1電氣設(shè)備的絕緣故障及其危害性電氣沒備是組成電力系統(tǒng)的基本元件，是保證供電時靠性的基礎(chǔ)，無論是關(guān)鍵設(shè)備如發(fā)電機(jī)、變壓器，還是小型沒備如電力電容器、絕緣子、高壓開關(guān)等．一旦發(fā)生失效，必將引起局部甚至全部地區(qū)的停電。大量資料表明，導(dǎo)致沒備失效的主要原因是其絕緣性能的劣化。由于絕緣引起的事故68%。概述1電氣設(shè)備的絕緣故障及其危害性2電力設(shè)備，特別是大型設(shè)備故障會造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，有直接損失和間接損失，給整個社會造成的損失將更大，而且會造成非常不好的社會影響。有些非大型設(shè)備雖自身價值并不昂貴，但故障后果嚴(yán)重。例如互感器、電容器、避雷器常因絕緣故障發(fā)生爆炸和起火，不僅會波及鄰近設(shè)備，且由于故障的突發(fā)性，會因爆炸而造成人員傷亡。鑒于絕緣故障在故障中所占的比重及其后果的嚴(yán)重性，電力運(yùn)行部門歷來十分重視電氣設(shè)備的絕緣監(jiān)督。各省、市電力局均設(shè)有絕緣監(jiān)督的專職工程師，上至地區(qū)、部，也均有相應(yīng)的機(jī)構(gòu)、人員管理設(shè)備的絕緣監(jiān)督工作，并規(guī)定每年春天對設(shè)備進(jìn)行一次全面的絕緣性能檢查。電力設(shè)備，特別是大型設(shè)備故障會造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，有直接損失3在線監(jiān)測與狀態(tài)維修的必要性及意義

預(yù)防性維修和試驗從經(jīng)濟(jì)角度看，定期試驗和大修均需停電，不僅會造成很大的直接和間接的經(jīng)濟(jì)損失，而且增加了工作安排的難度。狀態(tài)維修和在線監(jiān)測對運(yùn)行中電氣設(shè)備的絕緣狀況進(jìn)行連續(xù)的在線監(jiān)測(或稱狀態(tài)監(jiān)測)，隨時獲得能反映絕緣狀況變化的信息。在進(jìn)行分析處理后，對設(shè)備的絕緣狀況作出診斷，并根據(jù)診斷的結(jié)論安排必要的維修，也即做到有的放矢地進(jìn)行維修。在線監(jiān)測與狀態(tài)維修的必要性及意義預(yù)防性維修和試驗4在線監(jiān)測技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展概況及趨勢

在線監(jiān)測這一設(shè)想由來已久。早在1951年，美國西屋公司的約翰遜(JohnS.Johnson)針對運(yùn)行中發(fā)電機(jī)因槽放電的加劇導(dǎo)致電機(jī)失效，提出并研究了在運(yùn)行條件下監(jiān)測槽放電的裝置，這可能是最早提出的在線監(jiān)測思想。20世紀(jì)60年代，美國最先開發(fā)監(jiān)測和診斷技術(shù)；日本等國研究分析油中溶解氣體，這有利于發(fā)現(xiàn)早期故障，日本、前蘇聯(lián)、歐洲等國的在線監(jiān)測技術(shù)起步并發(fā)展于20世紀(jì)70年代；到了20世紀(jì)80年代，局部放電的監(jiān)測技術(shù)已有較大發(fā)展。加拿大安大略水電局研制了用于發(fā)電機(jī)的局部放電分析儀(PDA)；自20世紀(jì)80年代以來，我國的在線監(jiān)測技術(shù)也得到了迅速發(fā)展。

在線監(jiān)測技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展概況及趨勢在線監(jiān)測這一設(shè)想由來已久5在線監(jiān)測系統(tǒng)的技術(shù)要求(1)系統(tǒng)的投入和使用不應(yīng)改變和影響一次電氣設(shè)備的正常運(yùn)行；(2)能自動地連續(xù)進(jìn)行監(jiān)測、數(shù)據(jù)處理和存儲；(3)具有自檢和報警功能；(4)具有較好的抗干擾能力和合理的監(jiān)測靈敏度；(5)監(jiān)測結(jié)果應(yīng)有較好的可靠性和重復(fù)性，以及合理的準(zhǔn)確度；(6)具有在線標(biāo)定其監(jiān)測靈敏度的功能；(7)具有對電氣設(shè)備故障的診斷功能，包括故障定位、故障性質(zhì)、故障程度的判斷和絕緣壽命的預(yù)測等。在線監(jiān)測系統(tǒng)的技術(shù)要求(1)系統(tǒng)的投入和使用不應(yīng)改變和影響一6監(jiān)測系統(tǒng)的組成(1)信號的變送（傳感器類）(2)信號的處理(3)數(shù)據(jù)采集(4)信號的傳輸(5)數(shù)據(jù)處理(6)診斷

監(jiān)測系統(tǒng)的組成(1)信號的變送（傳感器類）7GIS和電器開關(guān)的在線監(jiān)測課件8GIS和高壓斷路器的

在線監(jiān)測與故障診斷以SF6作絕緣介質(zhì)的氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備簡稱為GIS，也稱封閉式組合電器和氣體絕緣變電站。它是將變電站中除變壓器外的電氣設(shè)備，包括斷路器、隔離開關(guān)、接地(快速)開關(guān)、電流互感器、電壓互感器、避雷器、母線(三相或單相)、連接管和過渡元件(SF6一電纜頭、SF6一空氣套管、SF6～油套管)等全部封閉在一個接地的金屬外殼內(nèi)，殼內(nèi)充以0.34MPa~0.4MPa的SF6氣體作為絕緣和滅弧介質(zhì)。GIS和高壓斷路器的

在線監(jiān)測與故障診斷以SF6作絕緣介質(zhì)9GIS在線監(jiān)測的主要內(nèi)容包括絕緣特性、斷路器的動作特性、接地故障、導(dǎo)體發(fā)熱、氣體參數(shù)等。就重要性而論，前三項是主要的。SF6斷路器是GIS中的主要設(shè)備，它的監(jiān)測內(nèi)容和SF6落地罐式斷路器以及常規(guī)高壓斷路器是相同的，故本章所討論的高壓斷路器的監(jiān)測與診斷技術(shù)也適用于一般高壓斷路器；GIS在線監(jiān)測的主要內(nèi)容包括絕緣特性、斷路器的動作特性、接地10高壓斷路器的監(jiān)測內(nèi)容1．?dāng)嗦菲骱筒賱訖C(jī)構(gòu)機(jī)械特性的監(jiān)測(1)監(jiān)測合分閘線圈的電流(2)斷路器行程的監(jiān)測(3)斷路器振動信號的監(jiān)測2．合分閘線圈回路通路監(jiān)測3．操動機(jī)構(gòu)的儲壓系統(tǒng)4．滅弧室和滅弧觸頭電磨損監(jiān)測5．絕緣監(jiān)測6．?dāng)嗦菲髦饔|頭及導(dǎo)電部分監(jiān)測

高壓斷路器的監(jiān)測內(nèi)容1．?dāng)嗦菲骱筒賱訖C(jī)構(gòu)機(jī)械特性的監(jiān)測11絕緣監(jiān)測主要是局部放電的監(jiān)測。局部放電常作為主要絕緣故障(對地?fù)舸?的前兆現(xiàn)象，通常發(fā)生在以下幾種情況：(1)澆鑄絕緣件內(nèi)部存在空洞或雜質(zhì)。(2)金屬或絕緣表面有尖端或突起。(3)由于安裝不慎或開關(guān)分合產(chǎn)生顆粒狀或絲狀的金屬微粒，它可附在絕緣表面或落在外殼底部；在外殼底部的金屬微粒在電場作用下不斷移動或作不規(guī)則的跳躍，當(dāng)金屬微粒騰空時會帶有電荷，下落時則會產(chǎn)生局部放電。(4)金屬屏蔽罩固定處接觸不良。(5)觸頭接觸嚴(yán)重不良會在觸頭間產(chǎn)生局部放電。絕緣監(jiān)測主要是局部放電的監(jiān)測。局部放電常作為主要絕緣故障(對12GIS絕緣故障的監(jiān)測與診斷GIS的內(nèi)部故障以絕緣故障的比例為多，且后果嚴(yán)重。絕緣故障產(chǎn)生的原因可能有以下幾種：(1)固體絕緣材料如環(huán)氧樹脂的澆鑄件內(nèi)部缺陷損傷造成；(2)由于制造工藝不良、滑動部分磨損、觸頭燒損和安裝不慎等因素在GIS內(nèi)部殘留的金屬屑末(或稱導(dǎo)電微粒)引起的放電；(3)高壓導(dǎo)體表面的突出物(由于偶然因素遺留在導(dǎo)體表面造成的高場強(qiáng)點(diǎn))引發(fā)的電暈放電；(4)由于觸頭接觸不良，金屬屏蔽罩固定處接觸不良造成浮電位而引發(fā)重復(fù)的火花放電。GIS絕緣故障的監(jiān)測與診斷GIS的內(nèi)部故障以絕緣故障的比13上述現(xiàn)象一般均會產(chǎn)生局部放電，分解SF6氣體，產(chǎn)生電場畸變，使絕緣材料損傷日趨嚴(yán)重。金屬微粒在交流電壓作用下會直立(對較長的微粒)、旋轉(zhuǎn)、舞動(不斷跳起落下及移動)，在落下時會出現(xiàn)局部放電；撞擊到GIS外殼上則會使外殼振動，還會造成導(dǎo)電通道。金屬微粒產(chǎn)生的各種效應(yīng)，一般強(qiáng)于絕緣材料缺損產(chǎn)生的效應(yīng)，最嚴(yán)重時會導(dǎo)致?lián)舸?。可見GIS內(nèi)的局部放電是絕緣故障普遍的早期征候，是監(jiān)測絕緣故障的主要項目。上述現(xiàn)象一般均會產(chǎn)生局部放電，分解SF6氣體，產(chǎn)生電場畸變，14局部放電會在GIS外殼上產(chǎn)生流動電磁波，在接地線上流過高頻電流，使外殼對地顯現(xiàn)高頻電壓，在周圍空間產(chǎn)生電磁波。局部放電會使通道氣體壓力驟增，在氣體中產(chǎn)生超聲波；傳到金屬外殼上會反射透射，并在金屬外殼上出現(xiàn)各種聲波，包括縱波、橫波、表面波等。這種金屬外殼上的聲波也可稱為外殼的機(jī)械振動。局部放電會產(chǎn)生光和使SF6氣體分解，伴隨局部放電出現(xiàn)的這些物理和化學(xué)變化是監(jiān)測的依據(jù)。目前普遍采用電氣法(包括特高頻法)和振動法來監(jiān)測局部放電。局部放電會在GIS外殼上產(chǎn)生流動電磁波，在接地線上流過高頻電15電氣法監(jiān)測局部放電1．外復(fù)電極法在GIS外殼上敷絕緣薄膜與金屬電極，外殼與金屬電極形成的小電容作為拾取信號的耦合器，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。局部放電引起的脈沖信號通過小電容耦合到監(jiān)測阻抗上，經(jīng)放大后被監(jiān)測出來。小電容和監(jiān)測阻抗對低頻信號還起到隔離作用。另一種觀點(diǎn)則認(rèn)為GIS內(nèi)的局部放電將在導(dǎo)電桿及外殼上產(chǎn)生流動波。由于集膚效應(yīng)，在開始階段流動波只能在外殼內(nèi)壁流動，只有當(dāng)流動波達(dá)到外殼不連續(xù)處(如盆式絕緣子)時，才能泄露到外殼外表面。通過電容測量到的信號是泄漏出的流動波所產(chǎn)生的電壓差。電氣法監(jiān)測局部放電1．外復(fù)電極法16GIS和電器開關(guān)的在線監(jiān)測課件172．內(nèi)部電極法該法是將GIS法蘭稍加改造，在法蘭內(nèi)部加裝金屬電極與外殼形成電容，以此電容傳感器提取局部放電的脈沖信號。當(dāng)采用兩個電容傳感器(如圖3所示)時即可定位。定位原理系采用信號到達(dá)兩個傳感器的時間差確定。據(jù)稱定位準(zhǔn)確度可達(dá)l00mm，局部放電的監(jiān)測靈敏度可達(dá)7pC。英國電力研究中心將此法用于交接試驗。2．內(nèi)部電極法18另一種內(nèi)電極法是在盆式絕緣子內(nèi)的靠近接地端子處先埋設(shè)一個電極。我國華通開關(guān)廠生產(chǎn)的GIS盆式絕緣子即預(yù)埋有內(nèi)電極。此法靈敏度高，當(dāng)采取抗干擾措施時，可監(jiān)測出5pC的局部放電量。由于GIS通常是多處接地，因此不宜采用從外殼接地線上監(jiān)測脈沖電流的方法來測量局部放電。放電量的標(biāo)定需在停電離線條件下，參照國家標(biāo)準(zhǔn)GB／T7354—2000有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。另一種內(nèi)電極法是在盆式絕緣子內(nèi)的靠近接地端子處先埋設(shè)一個電極19GIS和電器開關(guān)的在線監(jiān)測課件20GIS和電器開關(guān)的在線監(jiān)測課件21GIS和電器開關(guān)的在線監(jiān)測課件22GIS和電器開關(guān)的在線監(jiān)測課件23GIS和電器開關(guān)的在線監(jiān)測課件24GIS和電器開關(guān)的在線監(jiān)測課件25機(jī)械振動法監(jiān)測局部放電局部放電會產(chǎn)生聲波。監(jiān)測到的聲波頻譜隨不同的電氣設(shè)備、放電狀態(tài)、傳播媒質(zhì)以及環(huán)境條件而不同。在GIS中，由于高頻分量在傳播過程中都衰減掉了，能監(jiān)測到的聲波含低頻分量比較豐富。在GIS中，除局部放電產(chǎn)生的聲波外，還有導(dǎo)電微粒碰撞金屬外殼、電磁振動以及操作引起的機(jī)械振動等發(fā)出的聲波，但這些聲波的頻率較低，一般都在10kHz以下。綜上所述，因局部放電產(chǎn)生的聲波傳到金屬外殼和金屬微粒撞擊外殼引起的外殼機(jī)械振動的頻率大約在數(shù)千到數(shù)十千赫之間。為去除其他的聲源的干擾，監(jiān)測頻率一般選為1kHz～20kHz。機(jī)械振動法監(jiān)測局部放電局部放電會產(chǎn)生聲波。監(jiān)測到的聲波頻譜隨26絕緣故障的診斷1．閾值診斷將監(jiān)測到的局部放電電信號的振幅與歷史數(shù)據(jù)或同類設(shè)備比較，通過放電量的標(biāo)定還可作出定量判斷。2．時域波形診斷3．頻率特性診斷4．指紋診斷絕緣故障的診斷1．閾值診斷27干擾的分析與抑制在運(yùn)行現(xiàn)場，由于電磁干擾和機(jī)械噪聲嚴(yán)重而使靈敏度顯著降低，甚至無法監(jiān)測。為此需對存在的各種干擾進(jìn)行分析和抑制。對電磁干擾信號的抑制一般采取屏蔽、監(jiān)測系統(tǒng)一點(diǎn)接地、差動放大、選用信噪比高的監(jiān)測頻帶(采用帶通濾波器，避開廣播頻帶)及軟件上進(jìn)行信號處理(例如時域平均技術(shù))等措施。抑制機(jī)械噪聲可選用合適的監(jiān)測頻帶以及時域平均技術(shù)等。干擾的分析與抑制在運(yùn)行現(xiàn)場，由于電磁干擾和機(jī)械噪聲嚴(yán)重而使