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高电压设备远程绝缘在线监测研究 |
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| 高电压设备远程绝缘在线监测研究 |
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作者：佚名 文章来源：不详 点击数： 更新时间：2008-9-26 14:21:51  |
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摘 要 对高电压设备远程绝缘在线监测必要性进行论述，对国内外装置进行了分析，在此基础上提出基于无源传感器的绝缘在线监测研究和应用。
关键词 绝缘在线监测 远程 可靠性 准确性
1 前 言
电网中油浸互感器的爆炸和变压器套管爆炸并引起主变烧坏等事故在国内外屡次发生，造成了巨大的损失。110 kV～500 kV变电站高电压设备的安全运行是电网安全运行的基础，为了加强对高电压设备的绝缘监督，利用绝缘在线监测系统对高电压设备进行频繁监测是强有力的手段之一。该系统能及时发现并及早消除设备出现的安全隐患。随着电力设备检修模式由传统的定期检修模式逐步向状态检修模式转变，对设备状态加强监视分析越来越受到重视，绝缘在线监测研究再度成为电力系统研究的热点。
绝缘在线监测装置安装在变电站内，当高电压设备绝缘出现异常情况时进行自动报警，运行值班人员可立即采取防止事故的安全措施。但是随着变电站无人值班管理模式推行，报警信号必须远程传送至相关的设备运行管理地点，从事设备绝缘工作的专业人员可以马上对报警内容及设备绝缘的异常数据进行分析和处理。
高电压设备绝缘在线监测研究的历史较长，对电容型设备的绝缘介损在线监测研究由于受到各种因素影响而进度较慢。近年来由于电力电子技术进步、通讯技术的发展以及电力系统自身的推动作用，这方面的研究及应用有了很快发展，国内外出现了众多的成熟产品，其中部分已在电网中运行了几年，发挥了绝缘卫士的作用。然而这些较成功的产品中绝大部分是采用有源传感器、数字信号传输及信号软件处理技术。由于有源传感器和A／D等部件安装在恶劣的工作环境中，受到电磁场干扰和温度湿度的影响，容易出现测试数据不准的现象，数据波动
较大、稳定性差，特别是在强电磁场干扰下更难准确测量，所以目前尚未看到应用于500 kV高电压设备绝缘在线监测的成功报道。此外，电子元件在恶劣的工作环境中容易劣化以至损坏，造成整个监测系统工作不可靠，运行维护工作量较大。因此，为了提高监测系统的可靠性及准确性，避免上述弊端，有必要致力于无源传感器监测系统的研究和改善电子元件的工作环境。目前已开发出的监测系统经过在500 kV变电站高电压设备上运行，表明该系统监测数据准确且工作可靠。
2 监测系统研究
2．1 系统构成
系统测量原理：高电压设备在运行电压下的泄露电流I由电流型传感器获得，运行电压U由TV二次电压获得，检测系统对I和U进行相位比较及数学运算而获得矢量图中的δ角和介损tanδ值及电容量C值（见图2）。
图2中I和U通过监测系统各个部件的接收和处理后相位会产生不同程度的变化，引起测量误差，因此对监测设备在硬件和软件上采取一些方法来保证信号测量的准确度。
硬件方面：一是考虑安装场地和部件的抗干扰措施，包括良好的屏蔽、接地方式和电子元件的工作环境；二是信号通过滤波电路和波形整形电路进行预处理；三是采用高稳定度的元器件；四是采用分时处理、双向过零鉴相等技术手段。
软件方面：对信号的数据处理采用数学方法以消除谐波和杂波的影响及提高计算精度。
2．2 关键部件
2．2．1 传感器
无源传感器是信号采样的关键环节，采用特殊的磁芯及二次线包绕，使传感器性能达到下列要求：a．灵敏度高，二次输出信号大。b．测量范围内线性度好，原副边的相位差小。c．温度系数小且稳定。d．可靠屏蔽，使外界强电磁场干扰无影响。d．长期工作稳定，参数变化极小，相位差变化极小。
采用穿芯式传感器、套在设备末屏或末端接地线上来抽取泄漏电流信号，这种方式不影响被监测高压设备的原有接线方式，安全可靠性好。
2．2．2 信号采集及处理
信号通过双屏蔽电缆送到控制室内的监测屏，电缆应无中间接头以提高可靠性。信号通过输入电路、滤波电路、分时处理电路、鉴相与检波及A／D转换电路再送至计算机接口电路。此部分必须考虑下列问题：a．输入信号经处理后不会失真。b．电子元件漂移产生的随机误差必须消除。c．电磁场干扰情况下，电路结构、电源供应、各电路的抗干扰措施；各种谐波、杂散波的影响及消除措施。
无论在信号放大还是信号的滤波电路中，由于均是电压信号，此时的相位及大小均对应电路本身的条件，由微处理器采集记录。而在通过电流信号时所采集信号的相位和大小将扣除前面的影响，以得到真实的相位和大小。
由于此部分电路位于电站的控制室内，工作环境相对较好，不会将干扰信号就地放大，从而大大减少电磁场干扰、地电位干扰等对测量回路的影响，准确性和抗干扰性均好，长期工作稳定可靠，装置寿命长。
2．2．3 MCU系统
MCU系统完成数据的最后采样、存储、处理及控制。各种操作动作由控制屏中的单片机系统控制。设计手控、自控、遥控3种监测方式。在手控方式下，可灵活地选择监测对象，对选择的设备进行随时测试。在自控方式下，无需人工干预，启动后自动完成数据采集、计算、显示、打印等工作。在遥控方式下，可以在任何地点由计算机通过电话网络与监测屏进行通讯。
2．2．4 远程通讯和遥测
采用串行通讯接口8251，其工作方式可以通过编程设定，它包括接受器、发送器和调制解调控制器。通讯采用标准的RS－232总线标准。其逻辑电平完全与TTL、MOS逻辑电平不同，逻辑0电平为＋5～＋15 V，逻辑1电平为－5～－15 V，因此RS－232与TTL电平连接必须经过电平转换，设计中采用电平转换芯片1 488和1 489。1 488由3个与非门和1个反相器组成，供电电压为±12 V，输入TTL电平，输出RS－232电平。1 489由4个反相器组成，电源电压为＋5 V，输入电平为RS－232电平，输出为TTL电平。RS－232的信号传输速率为20 kB／s，最大距离仅为15 m，为实现系统的远程遥测遥控，计算机使用MODEM通过电话线与终端设备连接。通讯电路图如图3所示。
采用高稳定性的专用调制解调器，通讯波特率设置为1 200或2 400。
远程通讯软件由2部分组成，一为监测装置内主控软件中嵌套一个通讯模块协调主程序进行工作；二为远程计算机系统内通讯软件，该软件用VB6．0组成与电站软件链结，协同主控程序进行工作。远程计算机系统与各变电站的监测装置组成树状结构的通讯联结。远程通讯和遥测软件主要功能如下：a．各电站电话号码簿；b．系统授权管理；c．自动拨号功能；d．远程终端遥测命令发布；e．终端数据上传；f．校时；g．通讯过程数据记录。
远程计算机系统中有专用数据分析的处理程序，对终端上传来的数据进行处理，便于专业人员分析判断。
3 系统应用研究
3．1 监测数据的准确性
利用该系统对高电压设备的绝缘介损和电容量进行比对测试，结果如表1所示。数据表明系统测试精度高，对介损及电容量的变化值能准确测出结果。
3．2 监测数据的稳定性
首先在试验大厅用该系统对一台性能稳定的新TA进行长时间测试，模拟电压变化对测试数据的影响，结果表明该系统监测数据稳定性好。
利用该系统长期对500 kV变电站的TA和CVT进行在线监测，监测结果如表2所示，说明该系统在强电磁场干扰下测试数据稳定性好。实际证明利用大电容量而且介损又小的CVT作为参考信号有利于提高测试的准确性和稳定性。
3．3 监测系统的可靠性
选用可靠性高的元器件是整个系统可靠运行的关键。本系统采用了无源传感器，测控部分位于控制室，电缆无中间接头等，可靠性大大提高。
4 结 论
4．1 绝缘在线监测系统采用无源传感器、测控部分位于控制室、电缆无中间接头等措施可大大提高整个系统的工作可靠性。
4．2 本系统监测数据准确、监测系统工作稳定，满足了电站应用要求。
4．3 远程监测有利于绝缘在线监测系统的功能发挥及被监测设备的安全运行。
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