1、GIS和电器开关的在线监测概述1 电气设备的绝缘故障及其危害性电气没备是组成电力系统的基本元件，是保证供电时靠性的基础，无论是关键设备如发电机、变压器，还是小型没备如电力电容器、绝缘子、高压开关等一旦发生失效，必将引起局部甚至全部地区的停电。大量资料表明，导致没备失效的主要原因是其绝缘性能的劣化。由于绝缘引起的事故68%。电力设备，特别是大型设备故障会造成巨大的经济损失，有直接损失和间接损失，给整个社会造成的损失将更大，而且会造成非常不好的社会影响。有些非大型设备虽自身价值并不昂贵，但故障后果严重。例如互感器、电容器、避雷器常因绝缘故障发生爆炸和起火，不仅会波及邻近设备，且由于故障的突发性，会
2、因爆炸而造成人员伤亡。鉴于绝缘故障在故障中所占的比重及其后果的严重性，电力运行部门历来十分重视电气设备的绝缘监督。各省、市电力局均设有绝缘监督的专职工程师，上至地区、部，也均有相应的机构、人员管理设备的绝缘监督工作，并规定每年春天对设备进行一次全面的绝缘性能检查。在线监测与状态维修的必要性及意义 预防性维修和试验 从经济角度看，定期试验和大修均需停电，不仅会造成很大的直接和间接的经济损失，而且增加了工作安排的难度。状态维修和在线监测 对运行中电气设备的绝缘状况进行连续的在线监测(或称状态监测)，随时获得能反映绝缘状况变化的信息。在进行分析处理后，对设备的绝缘状况作出诊断，并根据诊断的结论安排必
3、要的维修，也即做到有的放矢地进行维修。在线监测技术的国内外发展概况及趋势 在线监测这一设想由来已久。早在1 9 5 1年，美国西屋公司的约翰逊(John S.Johnson)针对运行中发电机因槽放电的加剧导致电机失效，提出并研究了在运行条件下监测槽放电的装置，这可能是最早提出的在线监测思想。20世纪60年代，美国最先开发监测和诊断技术；日本等国研究分析油中溶解气体，这有利于发现早期故障，日本、前苏联、欧洲等国的在线监测技术起步并发展于20世纪70年代；到了20世纪8 0年代，局部放电的监测技术已有较大发展。加拿大安大略水电局研制了用于发电机的局部放电分析仪(PDA)；自20世纪80年代以来，我
4、国的在线监测技术也得到了迅速发展。在线监测系统的技术要求(1)系统的投入和使用不应改变和影响一次电气设备的正常运行；(2)能自动地连续进行监测、数据处理和存储；(3)具有自检和报警功能；(4)具有较好的抗干扰能力和合理的监测灵敏度；(5)监测结果应有较好的可靠性和重复性，以及合理的准确度；(6)具有在线标定其监测灵敏度的功能；(7)具有对电气设备故障的诊断功能，包括故障定位、故障性质、故障程度的判断和绝缘寿命的预测等。监测系统的组成(1)信号的变送（传感器类）(2)信号的处理(3)数据采集(4)信号的传输(5)数据处理(6)诊断 GIS和高压断路器的在线监测与故障诊断 以SF6作绝缘介质的气体
5、绝缘金属封闭开关设备简称为GIS，也称封闭式组合电器和气体绝缘变电站。它是将变电站中除变压器外的电气设备，包括断路器、隔离开关、接地(快速)开关、电流互感器、电压互感器、避雷器、母线(三相或单相)、连接管和过渡元件(SF6一电缆头、SF6一空气套管、SF6油套管)等全部封闭在一个接地的金属外壳内，壳内充以0.3 4 MPa0.4 MPa的SF6气体作为绝缘和灭弧介质。GIS在线监测的主要内容包括绝缘特性、断路器的动作特性、接地故障、导体发热、气体参数等。就重要性而论，前三项是主要的。SF6断路器是GIS中的主要设备，它的监测内容和SF6落地罐式断路器以及常规高压断路器是相同的，故本章所讨论的高
6、压断路器的监测与诊断技术也适用于一般高压断路器；高压断路器的监测内容 1断路器和操动机构机械特性的监测 (1)监测合分闸线圈的电流 (2)断路器行程的监测 (3)断路器振动信号的监测2合分闸线圈回路通路监测3操动机构的储压系统4灭弧室和灭弧触头电磨损监测5绝缘监测 6断路器主触头及导电部分监测 绝缘监测主要是局部放电的监测。局部放电常作为主要绝缘故障(对地击穿)的前兆现象，通常发生在以下几种情况：(1)浇铸绝缘件内部存在空洞或杂质。(2)金属或绝缘表面有尖端或突起。(3)由于安装不慎或开关分合产生颗粒状或丝状的金属微粒，它可附在绝缘表面或落在外壳底部；在外壳底部的金属微粒在电场作用下不断移动或
7、作不规则的跳跃，当金属微粒腾空时会带有电荷，下落时则会产生局部放电。(4)金属屏蔽罩固定处接触不良。(5)触头接触严重不良会在触头间产生局部放电。G I S绝缘故障的监测与诊断GIS的内部故障以绝缘故障的比例为多，且后果严重。绝缘故障产生的原因可能有以下几种：(1)固体绝缘材料如环氧树脂的浇铸件内部缺陷损伤造成；(2)由于制造工艺不良、滑动部分磨损、触头烧损和安装不慎等因素在GIS内部残留的金属屑末(或称导电微粒)引起的放电；(3)高压导体表面的突出物(由于偶然因素遗留在导体表面造成的高场强点)引发的电晕放电；(4)由于触头接触不良，金属屏蔽罩固定处接触不良造成浮电位而引发重复的火花放电。上述
8、现象一般均会产生局部放电，分解SF6气体，产生电场畸变，使绝缘材料损伤日趋严重。金属微粒在交流电压作用下会直立(对较长的微粒)、旋转、舞动(不断跳起落下及移动)，在落下时会出现局部放电；撞击到GIS外壳上则会使外壳振动，还会造成导电通道。金属微粒产生的各种效应，一般强于绝缘材料缺损产生的效应，最严重时会导致击穿。可见GIS内的局部放电是绝缘故障普遍的早期征候，是监测绝缘故障的主要项目。局部放电会在GIS外壳上产生流动电磁波，在接地线上流过高频电流，使外壳对地显现高频电压，在周围空间产生电磁波。局部放电会使通道气体压力骤增，在气体中产生超声波；传到金属外壳上会反射透射，并在金属外壳上出现各种声波
9、，包括纵波、横波、表面波等。这种金属外壳上的声波也可称为外壳的机械振动。局部放电会产生光和使SF6气体分解，伴随局部放电出现的这些物理和化学变化是监测的依据。目前普遍采用电气法(包括特高频法)和振动法来监测局部放电。电气法监测局部放电 1外复电极法 在GIS外壳上敷绝缘薄膜与金属电极，外壳与金属电极形成的小电容作为拾取信号的耦合器，其结构如图2所示。局部放电引起的脉冲信号通过小电容耦合到监测阻抗上，经放大后被监测出来。小电容和监测阻抗对低频信号还起到隔离作用。另一种观点则认为GIS内的局部放电将在导电杆及外壳上产生流动波。由于集肤效应，在开始阶段流动波只能在外壳内壁流动，只有当流动波达到外壳不
10、连续处(如盆式绝缘子)时，才能泄露到外壳外表面。通过电容测量到的信号是泄漏出的流动波所产生的电压差。2内部电极法 该法是将GIS法兰稍加改造，在法兰内部加装金属电极与外壳形成电容，以此电容传感器提取局部放电的脉冲信号。当采用两个电容传感器(如图3所示)时即可定位。定位原理系采用信号到达两个传感器的时间差确定。据称定位准确度可达l00mm，局部放电的监测灵敏度可达7 pC。英国电力研究中心将此法用于交接试验。另一种内电极法是在盆式绝缘子内的靠近接地端子处先埋设一个电极。我国华通开关厂生产的GIS盆式绝缘子即预埋有内电极。此法灵敏度高，当采取抗干扰措施时，可监测出5 pC的局部放电量。由于GIS通
11、常是多处接地，因此不宜采用从外壳接地线上监测脉冲电流的方法来测量局部放电。放电量的标定需在停电离线条件下，参照国家标准GBT 7 3 5 42000有关规定进行。机械振动法监测局部放电局部放电会产生声波。监测到的声波频谱随不同的电气设备、放电状态、传播媒质以及环境条件而不同。在GIS中，由于高频分量在传播过程中都衰减掉了，能监测到的声波含低频分量比较丰富。在GIS中，除局部放电产生的声波外，还有导电微粒碰撞金属外壳、电磁振动以及操作引起的机械振动等发出的声波，但这些声波的频率较低，一般都在10kHz以下。综上所述，因局部放电产生的声波传到金属外壳和金属微粒撞击外壳引起的外壳机械振动的频率大约在
12、数千到数十千赫之间。为去除其他的声源的干扰，监测频率一般选为1 k H z2 0 k H z。绝缘故障的诊断 1阈值诊断 将监测到的局部放电电信号的振幅与历史数据或同类设备比较，通过放电量的标定还可作出定量判断。2时域波形诊断 3频率特性诊断 4指纹诊断 干扰的分析与抑制 在运行现场，由于电磁干扰和机械噪声严重而使灵敏度显著降低，甚至无法监测。为此需对存在的各种干扰进行分析和抑制。对电磁干扰信号的抑制一般采取屏蔽、监测系统一点接地、差动放大、选用信噪比高的监测频带(采用带通滤波器，避开广播频带)及软件上进行信号处理(例如时域平均技术)等措施。抑制机械噪声可选用合适的监测频带以及时域平均技术等。局部放电的特高频监测 现场存在的大量的电磁干扰信号，经认证主要集中在300 MHz的频段，因此选择超高频(UHF)段的电磁信号(0.33 GHz)作为检测信号，可以避开常规放电监测方法中难以识别的电力系统中的干扰。特高频测量主要使用天线类传感器。谢谢！谢谢！
