淺談電氣設備的絕緣在線監測與狀態維修探究及產品選型

更新時間：2023-05-25

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胡冠楠

安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定

摘要：在線監測是控制好電氣設備絕緣的重要方式，為電力系統穩定奠定重要基礎。在線監測電氣設備時，要利用檢測技術促進電力系統運行效率提升，讓電氣設備在具體工作過程中發揮更大作用。本次研究中主要分析了電氣設備絕緣在線監測系統原理和系統設計、實現方法，再研究電氣設備狀態維修技術。

關鍵詞：電氣設備；絕緣；在線監測；狀態維修

在對電力系統的整體性能情況進行評價過程中，對電氣設備的絕緣性能評價是十分重要的構成內容。絕緣性情況會對電氣設備運行情況產生直接影響，如果電氣設備絕緣性比較弱，會嚴重威脅到相關工作人員的生命安全。傳統定期停電監測雖然也是一種方式，但是此種安裝方式與時代發展的新需求不相符合，也很難適應。此背景下產生了電氣設備在線監測技術。這一技術讓傳統監測技術存在的缺陷被有效彌補，促進電氣設備維修效果提升，為電力系統更加安全平穩的運行提供保障。

1電氣設備絕緣在線監測系統原理分析

1.1電氣設備絕緣情況

電氣設備在長時間運行當中，絕緣會出現明顯的物理變化、化學變化等，導致電氣、機械等相關性能逐漸劣化，破壞絕緣情況。電氣設備的使用壽命很大程度上與絕緣壽命密切相關。破壞絕緣的原因比較多，如機械力、電、熱等，另外還有微生物、水分、氧化、射線等因素。這些因素大多數情況同時存在，彼此影響，讓絕緣被損壞的過程加速。

1.2電氣設備絕緣監測項目分析

1.2.1靜止類項目監測

因為電氣設備的種類很多，結構也存在很大差別，因此在線監測絕緣相關項目也都不相同。結合傳感器與設備等特點差異，研究常見的在線監測靜止類設備項目。

1.2.2動作設備項目監測

需要在線監測的動作設備名稱和項目如表2所示。

結合斷路器開斷次數、電流以及機械振動情況、輔助電路線圈電流等綜合數據信息開展判斷，對常規機械故障、壽命狀態等進行診斷。實時監測和診斷變電站當中所有的輔助電路、觸頭電壽命、機械故障等，給出更加明確的狀態信息。

1.2.3原理框架圖

在線監測電氣設備絕緣情況的原理框架圖如圖1所示。

由于電氣設備不同，在線監測項目絕緣情況不同，需要采用差異化的傳感器，抽取被測量的信號，將其轉變成能夠檢測的信號，經過電纜送入到檢測裝置當中[3]。現代化的檢測裝置當中，大都采用微機系統、數字化測量技術完成處理，需要采用A/D轉換被測信號，經過數字波形式完成采集裝置。為了讓系統抗干擾性能持續提升，還要使用光電耦合器隔離輸入信號，甚至還需要使用光纖傳輸技術。

2電氣設備絕緣在線監測系統設計與實現

2.1電氣設備絕緣在線監測系統設計

2.1.1設計溫升在線監測電路

本次構建的溫升在線監測電路，配備了3面柜子，在每個柜子當中設計的結構是含三響環氧套筒，設計的監測路數分別是10和9路，對每相母線相互連接位置的溫升進行監測，實際溫度為1路監測柜體內溫度。結合開關柜所設置的配置，讓測溫路數增加，便于不同客戶需求有效滿足。在已經采集的溫度，采用測溫分機使用紅外通訊方式，把數據傳遞到接受分機端中，通過RS485通信，將數據傳遞到主控電腦上。這就不需要監測人員實際到現場，只需要采用主控電腦就能監測整個環網柜系統溫升情況，更加及時發現可能會存在的問題，預判事故，促進供電可靠性提升。圖2為溫升在線監測電路設計圖。

2.1.2設計數據采集單元電路

在線監測系統當中，絕緣監測對于實時性的要求很高。因此在本次研究當中針對監測系統的實時性高、采集路數多等特點，設計相應的數據采集單元。此單元設計的采樣路是16路，單路信號采樣頻率設置為200KHz，數據采集時所有線路同時工作。設計采樣的芯片為DSP+CPLD+FIF0等。DSP芯片選擇的是TI公司的TMS320F2812，此芯片的數字處理能力十分強大，事件管理能力也明顯更強，主頻能夠達到150MHz，被廣泛應用在電子技術、儀器儀表、智能化儀表等領域。選擇的CPLD芯片包含的GLB有32個，I/O有64個，ORP有4個，GRP有1個。輸入線有4個時鐘型和8個直通型。選擇的模擬多路開關為美國AD公司生產的高精度模擬轉換開關，使用的模擬多路復合器為8選1，開關切換時間只有10ns，采用AD976A型AD芯片，此芯片轉換器為16位，功耗低、高速且為單電源供電，轉換速度能達到200kPs，使用的FIFO芯片有Cypress公司生產，容量設置為4k×9。圖3為數據采集單元框架圖。

2.1.3設計信號采樣調理電路

測量泄漏電流的系統硬件設計過程中，選擇ETCR5100系列電流傳感器，這是專門用來對泄漏電流情況進行測量的傳感器，分辨率能夠達到1uA，可以達到1%，能夠比較好的滿足測量泄漏電流的需求。因為在泄漏電流測量時，電流一般只有幾十微安，數值偏低；傳感器的輸出電壓信號也很低。這就需要在電路設計過程中對信號進行2級放大，把信號放到與AD采樣相適合的范圍當中，采用低通濾波器濾波，將信號送入到AD當中。其他的電流信號、母線電壓等這些調理電路的相關原理與這一原理接近。DSP信號是直接送入，需要考慮AD輸入范圍，在電路調理過程中，將偏置電壓加入其中，避免由于超出電壓信號范圍，把AD燒壞。

2.2電氣設備絕緣在線監測系統實現

2.2.1硬件設計干擾措施分析

第一，屏蔽傳感器。嚴格測試與篩選在線監測系統傳感器，分析其熱穩定性和傳輸比特性，針對傳感器自身制定專門的評比措施。在雙層屏蔽金屬盒當中放置好傳感器。第二，屏蔽信號線。盡量縮短信號傳輸線，這是因為信號傳輸線更長的話，更容易被電磁環境干擾。選擇質量更優的屏蔽線，選擇雙層屏蔽方式，降低地線回路環境干擾。第三，電子電路抗干擾分析。擺放好電子元器件，分開放置高速電路和低速電路，讓其遠離噪聲比較大的元器件。不能讓不同電源平面實現重疊。

2.2.2絕緣特征量監測結果

為了驗證此次研究中設計的電氣設備絕緣狀態在線監測系統的實際成效，基于現有實驗條件構建起相應的綜合實驗平臺。固體環網柜是此次監測中的重要對象，監測系統當中包含采集電流、電壓電路，信號調理電路、溫升監測電路以及放電次數監測電路。在線監測局部放電次數，使用的在線檢測儀器為北京雙杰公司生產。研究中采用溫度校驗模擬方式開展，在恒溫箱當中模擬溫度試驗。研究結果發現在測量范圍當中，系統測量誤差低于1℃，溫度校準曲線與數字溫度傳感器所測量得出的曲線有比較好的吻合度，能讓測量精度需求得到有效滿足。

3電氣設備狀態維修方法分析

3.1轉變傳統檢修模式

狀態檢修本就是從較深層次變革傳統的定期檢修管理體制，想要更好地開展狀態檢修工作，需要對傳統檢修管理模式進行改革。構建起更加獨立的負責狀態檢修組織，明確組織職責，提高運轉效率。利用更加網絡化和開放化的變電運行與檢修信息集成診斷系統，監測設備參數與發展趨勢工作，定期分析狀態報告。為制定更準確的檢修決策，提供重要參考。

3.2引入可行狀態監測診斷系統

促進狀態檢修成效的關鍵條件是選擇更加可靠和適用的狀態監測方式，結合監測設備損壞模式、特點以及重要程度，對比綜合技術經濟性，選擇更有效的監測方法。針對正在管理與電氣設備轉型的變電站，狀態檢修工作開展時，可以先針對設備開展點檢修訂制，使用自動化程度較低、一般的設備狀態檢測和分析方式，通過持續完善與形成機制的方式，再引入更先進的自動化儀器檢測設備，最終引入高度計算機化設備狀態檢修機制。在選擇相關分析診斷軟件系統過程中，應當著重考慮其兼容性、開放性以及集成性特點，以更加直觀的方式向決策者提供信息，便于做出更加準確的判斷。

3.3引入先進性更高計算機檢修系統

狀態檢修當中使用更加先進的計算機檢修系統，能夠讓檢修管理水平得到提升。所謂的檢修系統本質上屬于應用管理軟件，在引入之后要開展客戶化處理，完成更多更加細致的基礎性工作。比如，檢修標準文件包、設備編碼、收集和整理相關歷史數據等。由于該系統所具有的先進性特點，在實際應用當中可能和傳統管理模式有很多不適應地方，要做好相關的適應工作。

4絕緣監測及絕緣故障定位產品

4.1絕緣監測及絕緣故障定位產品

AIM-T系列工業用絕緣監測儀