胡冠楠

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 

   摘要：在線監(jiān)測(cè)是控制好電氣設(shè)備絕緣的重要方式，為電力系統(tǒng)穩(wěn)定奠定重要基礎(chǔ)。在線監(jiān)測(cè)電氣設(shè)備時(shí)，要利用檢測(cè)技術(shù)促進(jìn)電力系統(tǒng)運(yùn)行效率提升，讓電氣設(shè)備在具體工作過(guò)程中發(fā)揮更大作用。本次研究中主要分析了電氣設(shè)備絕緣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)原理和系統(tǒng)設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)方法，再研究電氣設(shè)備狀態(tài)維修技術(shù)。

   關(guān)鍵詞：電氣設(shè)備；絕緣；在線監(jiān)測(cè)；狀態(tài)維修

   在對(duì)電力系統(tǒng)的整體性能情況進(jìn)行評(píng)價(jià)過(guò)程中，對(duì)電氣設(shè)備的絕緣性能評(píng)價(jià)是十分重要的構(gòu)成內(nèi)容。絕緣性情況會(huì)對(duì)電氣設(shè)備運(yùn)行情況產(chǎn)生直接影響，如果電氣設(shè)備絕緣性比較弱，會(huì)嚴(yán)重威脅到相關(guān)工作人員的生命安全。傳統(tǒng)定期停電監(jiān)測(cè)雖然也是一種方式，但是此種安裝方式與時(shí)代發(fā)展的新需求不相符合，也很難適應(yīng)。此背景下產(chǎn)生了電氣設(shè)備在線監(jiān)測(cè)技術(shù)。這一技術(shù)讓傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)技術(shù)存在的缺陷被有效彌補(bǔ)，促進(jìn)電氣設(shè)備維修效果提升，為電力系統(tǒng)更加安全平穩(wěn)的運(yùn)行提供保障。

1電氣設(shè)備絕緣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)原理分析

1.1電氣設(shè)備絕緣情況

   電氣設(shè)備在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行當(dāng)中，絕緣會(huì)出現(xiàn)明顯的物理變化、化學(xué)變化等，導(dǎo)致電氣、機(jī)械等相關(guān)性能逐漸劣化，破壞絕緣情況。電氣設(shè)備的使用壽命很大程度上與絕緣壽命密切相關(guān)。破壞絕緣的原因比較多，如機(jī)械力、電、熱等，另外還有微生物、水分、氧化、射線等因素。這些因素大多數(shù)情況同時(shí)存在，彼此影響，讓絕緣被損壞的過(guò)程加速。

1.2電氣設(shè)備絕緣監(jiān)測(cè)項(xiàng)目分析

1.2.1靜止類項(xiàng)目監(jiān)測(cè)

   因?yàn)殡姎庠O(shè)備的種類很多，結(jié)構(gòu)也存在很大差別，因此在線監(jiān)測(cè)絕緣相關(guān)項(xiàng)目也都不相同。結(jié)合傳感器與設(shè)備等特點(diǎn)差異，研究常見(jiàn)的在線監(jiān)測(cè)靜止類設(shè)備項(xiàng)目。

1.2.2動(dòng)作設(shè)備項(xiàng)目監(jiān)測(cè)

   需要在線監(jiān)測(cè)的動(dòng)作設(shè)備名稱和項(xiàng)目如表2所示。

   結(jié)合斷路器開(kāi)斷次數(shù)、電流以及機(jī)械振動(dòng)情況、輔助電路線圈電流等綜合數(shù)據(jù)信息開(kāi)展判斷，對(duì)常規(guī)機(jī)械故障、壽命狀態(tài)等進(jìn)行診斷。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和診斷變電站當(dāng)中所有的輔助電路、觸頭電壽命、機(jī)械故障等，給出更加明確的狀態(tài)信息。

1.2.3原理框架圖

   在線監(jiān)測(cè)電氣設(shè)備絕緣情況的原理框架圖如圖1所示。

   由于電氣設(shè)備不同，在線監(jiān)測(cè)項(xiàng)目絕緣情況不同，需要采用差異化的傳感器，抽取被測(cè)量的信號(hào)，將其轉(zhuǎn)變成能夠檢測(cè)的信號(hào)，經(jīng)過(guò)電纜送入到檢測(cè)裝置當(dāng)中[3]。現(xiàn)代化的檢測(cè)裝置當(dāng)中，大都采用微機(jī)系統(tǒng)、數(shù)字化測(cè)量技術(shù)完成處理，需要采用A/D轉(zhuǎn)換被測(cè)信號(hào)，經(jīng)過(guò)數(shù)字波形式完成采集裝置。為了讓系統(tǒng)抗干擾性能持續(xù)提升，還要使用光電耦合器隔離輸入信號(hào)，甚至還需要使用光纖傳輸技術(shù)。

2電氣設(shè)備絕緣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1電氣設(shè)備絕緣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1.1設(shè)計(jì)溫升在線監(jiān)測(cè)電路

   本次構(gòu)建的溫升在線監(jiān)測(cè)電路，配備了3面柜子，在每個(gè)柜子當(dāng)中設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)是含三響環(huán)氧套筒，設(shè)計(jì)的監(jiān)測(cè)路數(shù)分別是10和9路，對(duì)每相母線相互連接位置的溫升進(jìn)行監(jiān)測(cè)，實(shí)際溫度為1路監(jiān)測(cè)柜體內(nèi)溫度。結(jié)合開(kāi)關(guān)柜所設(shè)置的配置，讓測(cè)溫路數(shù)增加，便于不同客戶需求有效滿足。在已經(jīng)采集的溫度，采用測(cè)溫分機(jī)使用紅外通訊方式，把數(shù)據(jù)傳遞到接受分機(jī)端中，通過(guò)RS485通信，將數(shù)據(jù)傳遞到主控電腦上。這就不需要監(jiān)測(cè)人員實(shí)際到現(xiàn)場(chǎng)，只需要采用主控電腦就能監(jiān)測(cè)整個(gè)環(huán)網(wǎng)柜系統(tǒng)溫升情況，更加及時(shí)發(fā)現(xiàn)可能會(huì)存在的問(wèn)題，預(yù)判事故，促進(jìn)供電可靠性提升。圖2為溫升在線監(jiān)測(cè)電路設(shè)計(jì)圖。

2.1.2設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集單元電路

   在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)當(dāng)中，絕緣監(jiān)測(cè)對(duì)于實(shí)時(shí)性的要求很高。因此在本次研究當(dāng)中針對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性高、采集路數(shù)多等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集單元。此單元設(shè)計(jì)的采樣路是16路，單路信號(hào)采樣頻率設(shè)置為200KHz，數(shù)據(jù)采集時(shí)所有線路同時(shí)工作。設(shè)計(jì)采樣的芯片為DSP+CPLD+FIF0等。DSP芯片選擇的是TI公司的TMS320F2812，此芯片的數(shù)字處理能力十分強(qiáng)大，事件管理能力也明顯更強(qiáng)，主頻能夠達(dá)到150MHz，被廣泛應(yīng)用在電子技術(shù)、儀器儀表、智能化儀表等領(lǐng)域。選擇的CPLD芯片包含的GLB有32個(gè)，I/O有64個(gè)，ORP有4個(gè)，GRP有1個(gè)。輸入線有4個(gè)時(shí)鐘型和8個(gè)直通型。選擇的模擬多路開(kāi)關(guān)為美國(guó)AD公司生產(chǎn)的高精度模擬轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，使用的模擬多路復(fù)合器為8選1，開(kāi)關(guān)切換時(shí)間只有10ns，采用AD976A型AD芯片，此芯片轉(zhuǎn)換器為16位，功耗低、高速且為單電源供電，轉(zhuǎn)換速度能達(dá)到200kPs，使用的FIFO芯片有Cypress公司生產(chǎn)，容量設(shè)置為4k×9。圖3為數(shù)據(jù)采集單元框架圖。

2.1.3設(shè)計(jì)信號(hào)采樣調(diào)理電路

   測(cè)量泄漏電流的系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)過(guò)程中，選擇ETCR5100系列電流傳感器，這是專門用來(lái)對(duì)泄漏電流情況進(jìn)行測(cè)量的傳感器，分辨率能夠達(dá)到1uA，可以達(dá)到1%，能夠比較好的滿足測(cè)量泄漏電流的需求。因?yàn)樵谛孤╇娏鳒y(cè)量時(shí)，電流一般只有幾十微安，數(shù)值偏低；傳感器的輸出電壓信號(hào)也很低。這就需要在電路設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)信號(hào)進(jìn)行2級(jí)放大，把信號(hào)放到與AD采樣相適合的范圍當(dāng)中，采用低通濾波器濾波，將信號(hào)送入到AD當(dāng)中。其他的電流信號(hào)、母線電壓等這些調(diào)理電路的相關(guān)原理與這一原理接近。DSP信號(hào)是直接送入，需要考慮AD輸入范圍，在電路調(diào)理過(guò)程中，將偏置電壓加入其中，避免由于超出電壓信號(hào)范圍，把AD燒壞。

2.2電氣設(shè)備絕緣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2.2.1硬件設(shè)計(jì)干擾措施分析

   第一，屏蔽傳感器。嚴(yán)格測(cè)試與篩選在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器，分析其熱穩(wěn)定性和傳輸比特性，針對(duì)傳感器自身制定專門的評(píng)比措施。在雙層屏蔽金屬盒當(dāng)中放置好傳感器。第二，屏蔽信號(hào)線。盡量縮短信號(hào)傳輸線，這是因?yàn)樾盘?hào)傳輸線更長(zhǎng)的話，更容易被電磁環(huán)境干擾。選擇質(zhì)量更優(yōu)的屏蔽線，選擇雙層屏蔽方式，降低地線回路環(huán)境干擾。第三，電子電路抗干擾分析。擺放好電子元器件，分開(kāi)放置高速電路和低速電路，讓其遠(yuǎn)離噪聲比較大的元器件。不能讓不同電源平面實(shí)現(xiàn)重疊。

2.2.2絕緣特征量監(jiān)測(cè)結(jié)果

   為了驗(yàn)證此次研究中設(shè)計(jì)的電氣設(shè)備絕緣狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)際成效，基于現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)條件構(gòu)建起相應(yīng)的綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。固體環(huán)網(wǎng)柜是此次監(jiān)測(cè)中的重要對(duì)象，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)當(dāng)中包含采集電流、電壓電路，信號(hào)調(diào)理電路、溫升監(jiān)測(cè)電路以及放電次數(shù)監(jiān)測(cè)電路。在線監(jiān)測(cè)局部放電次數(shù)，使用的在線檢測(cè)儀器為北京雙杰公司生產(chǎn)。研究中采用溫度校驗(yàn)?zāi)M方式開(kāi)展，在恒溫箱當(dāng)中模擬溫度試驗(yàn)。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)在測(cè)量范圍當(dāng)中，系統(tǒng)測(cè)量誤差低于1℃，溫度校準(zhǔn)曲線與數(shù)字溫度傳感器所測(cè)量得出的曲線有比較好的吻合度，能讓測(cè)量精度需求得到有效滿足。

3電氣設(shè)備狀態(tài)維修方法分析

3.1轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)檢修模式

   狀態(tài)檢修本就是從較深層次變革傳統(tǒng)的定期檢修管理體制，想要更好地開(kāi)展?fàn)顟B(tài)檢修工作，需要對(duì)傳統(tǒng)檢修管理模式進(jìn)行改革。構(gòu)建起更加獨(dú)立的負(fù)責(zé)狀態(tài)檢修組織，明確組織職責(zé)，提高運(yùn)轉(zhuǎn)效率。利用更加網(wǎng)絡(luò)化和開(kāi)放化的變電運(yùn)行與檢修信息集成診斷系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)設(shè)備參數(shù)與發(fā)展趨勢(shì)工作，定期分析狀態(tài)報(bào)告。為制定更準(zhǔn)確的檢修決策，提供重要參考。

3.2引入可行狀態(tài)監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)

   促進(jìn)狀態(tài)檢修成效的關(guān)鍵條件是選擇更加可靠和適用的狀態(tài)監(jiān)測(cè)方式，結(jié)合監(jiān)測(cè)設(shè)備損壞模式、特點(diǎn)以及重要程度，對(duì)比綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，選擇更有效的監(jiān)測(cè)方法。針對(duì)正在管理與電氣設(shè)備轉(zhuǎn)型的變電站，狀態(tài)檢修工作開(kāi)展時(shí)，可以先針對(duì)設(shè)備開(kāi)展點(diǎn)檢修訂制，使用自動(dòng)化程度較低、一般的設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)和分析方式，通過(guò)持續(xù)完善與形成機(jī)制的方式，再引入更先進(jìn)的自動(dòng)化儀器檢測(cè)設(shè)備，最終引入高度計(jì)算機(jī)化設(shè)備狀態(tài)檢修機(jī)制。在選擇相關(guān)分析診斷軟件系統(tǒng)過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)著重考慮其兼容性、開(kāi)放性以及集成性特點(diǎn)，以更加直觀的方式向決策者提供信息，便于做出更加準(zhǔn)確的判斷。

3.3引入先進(jìn)性更高計(jì)算機(jī)檢修系統(tǒng)

   狀態(tài)檢修當(dāng)中使用更加先進(jìn)的計(jì)算機(jī)檢修系統(tǒng)，能夠讓檢修管理水平得到提升。所謂的檢修系統(tǒng)本質(zhì)上屬于應(yīng)用管理軟件，在引入之后要開(kāi)展客戶化處理，完成更多更加細(xì)致的基礎(chǔ)性工作。比如，檢修標(biāo)準(zhǔn)文件包、設(shè)備編碼、收集和整理相關(guān)歷史數(shù)據(jù)等。由于該系統(tǒng)所具有的先進(jìn)性特點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中可能和傳統(tǒng)管理模式有很多不適應(yīng)地方，要做好相關(guān)的適應(yīng)工作。

4絕緣監(jiān)測(cè)及絕緣故障定位產(chǎn)品

4.1絕緣監(jiān)測(cè)及絕緣故障定位產(chǎn)品

        AIM-T系列工業(yè)用絕緣監(jiān)測(cè)儀

          AIM-T系列絕緣監(jiān)測(cè)儀主要應(yīng)用在工業(yè)場(chǎng)所IT配電系統(tǒng)中，主要包括AIM-T300、AIM-T500和AIMT500L三款產(chǎn)品，均適用于純交流、純直流以及交直流混合的系統(tǒng)。

   其中AIM-T300適用于450V以下的交流、直流以及交直流混合系統(tǒng)，AIM-T500適用于800V以下的交流、直流以及交直流混合系。AIM-T500L相比AIM-T500增加了絕緣故障定位功能。

4.2絕緣故障定位產(chǎn)品

   工業(yè)用絕緣故障定位產(chǎn)品配合AIM-T500L絕緣監(jiān)測(cè)儀使用，主要包括ASG200測(cè)試信號(hào)發(fā)生器，AIL200-12絕緣故障定位儀，AKH-0.66L系列電流互感器，適用于出線回路較多的IT配電系統(tǒng)。

4.3絕緣監(jiān)測(cè)耦合儀

   絕緣監(jiān)測(cè)耦合儀配合AIM-T500絕緣監(jiān)測(cè)儀使用，主要包括ACPD100，ACPD200，適用于交流電壓高于690V，直流電壓高于800V的IT配電系統(tǒng)。

5技術(shù)參數(shù)

5.1絕緣監(jiān)測(cè)儀技術(shù)參數(shù)

5.2測(cè)試信號(hào)發(fā)生器技術(shù)參數(shù)

5.3絕緣故障定位儀技術(shù)參數(shù)

5.4 AKH-0.66L系列電流互感器技術(shù)參數(shù)

5.5絕緣監(jiān)測(cè)耦合儀技術(shù)參數(shù)

6結(jié)語(yǔ)

   電氣設(shè)備絕緣監(jiān)測(cè)效果直接影響其使用效率和安全性，如果絕緣設(shè)備監(jiān)測(cè)不到位，很有可能會(huì)對(duì)工作人員人身安全產(chǎn)生威脅。隨著在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)建，應(yīng)彌補(bǔ)傳統(tǒng)絕緣設(shè)備監(jiān)測(cè)技術(shù)的弊端，提高電氣設(shè)備安全性。此次研究中設(shè)計(jì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)并分析其實(shí)現(xiàn)效果，同時(shí)研究電氣設(shè)備狀態(tài)維修措施，促進(jìn)電氣設(shè)備使用安全性提升。

參考文獻(xiàn)：

[1]王林.電氣設(shè)備在線監(jiān)測(cè)與狀態(tài)檢修技術(shù)[J].工程技術(shù):全文版,2020.

[2]劉霞.電氣設(shè)備在線監(jiān)測(cè)與狀態(tài)檢修技術(shù)[J].寫真地理,2020.

[3]王嵐.基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的電氣設(shè)備狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J].現(xiàn)代電子術(shù),2021,44(18):22-26.

[4]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2022.05版

[5]安科瑞 IT 系統(tǒng)絕緣監(jiān)測(cè)故障定位裝置及監(jiān)控系統(tǒng)（中英文）2020.01版