摘要：电气设备在线监测技术是一种在运行状态下对电气设备的绝缘参数进行监测的方法，充分利用了传感器、计算机、数字信号处理等技术，连续或周期性地采集设备运行过程中的绝缘参数，能够准确地监测运行设备的绝缘状态，为电气设备的状态检修提供依据，为电力系统的安全可靠运行提供保障。目前，有些供电局在线监测系统主要对变压器高压套管、电流互感器、电容式电压互感器、避雷器等容性设备进行绝缘监测，通过定期对绝缘监测数据进行收集分析来判断设备的运行状况。
关键词：变压器高压套管；在线监测数据；异常诊断；处理措施
1导言
在目前对电力企业中使用的变压器进行深入研究中，发现变压器高压套管在长时间使用的过程中经常会发生故障，这就需要对这些故障提出针对性解决措施，促使我国电力企业得到更好的发展。在目前对变压器高压套管进行实时监督中使用的技术方法主要是在线监测技术，这项技术手段的应用对于发现变压器高压套管中存在的异常诊断起到不可忽视的作用。而对于整个电力系统来说，保证电力系统内部相应设备的安全运行，能够有效减少电网发生事故，减少电厂自身在发生电网故障的时候出现的经济损失。
2工作原理
变压器高压套管通常采用电容屏均压方式的绝缘结构，介质损耗tgδ及电容量是衡量变压器高压套管绝缘性能优劣最直接、有效的参数，在设备的运行过程中准确监测变压器高压套管介损和电容量的大小尤为重要。因此，该系统采用了嵌入式计算机系统，具备极强的数学运算功能，并且专门设计和使用了一种以快速傅里叶变换为核心的纯数学方法，来准确求取两个电流信号基波分量的相位差。即从同相母线PT的N端采集电流信号In作为基准电流，从变压器高压套管末屏采集电流信号Ix。在中央监控器的控制下，对两路电流信号经滤波、放大、采样等数字处理，利用谐波分析法分别提取其基波分量，计算出其相位差和幅度比，从而获得被试套管和参考设备的相对介损差值和电容量比值。
3变压器高压套管在线监测数据异常的诊断及处理
3.1系统结构设计
目前，变压器高压套管在线监测系统主要有集中式和分布式两种结构。集中式只将互感器安装至现场，通过电缆讲模拟信号传至控制室主机，由主机进行数据分析。这种方式布线复杂，而且由于套管本身产生的泄漏电流很小，互感器采样的电流传送至控制室衰减较严重，同时，长距离传输在变电站较恶劣的电磁环境下会引入大量的干扰信号。分布式结构中，每台变压器采用一个测量单元，进行本地模拟信号采集，将模拟信号转换成数字信号进行传输，如图1所示。这种方式在变压器高压套管介损的测量中优势明显。由于介质损耗是通过电流和电压向量的夹角计算出来的，介质损耗角本身很小。相对于集中式而言，分布式在信号采集过程中不同通道的同一性比较好。
2014年9月25日，某110kV变电站容性设备在线监测系统进行检查维护，当调取在线监测数据进行查看时，发现110kV1号主变110kV高压套管C相介损值有明显增加的趋势，而A相及B相套管却未见异常，通过调取2011～2014年同一月份时间节点的在线监测数据进行对比，如表1所示。
调取2014年近5个月在线监测数据进行对比，如表2所示：
分析以上数据及变化趋势，C相套管介损值在2014年较前三年发生明显突变，而且在2014年近5个月内有明显增长的趋势，通过检查C相套管在线监测系统的装置及接线情况，未发现任何异常，且C相在线监测系统与另外A、B两相套管在线监测系统运行于同样的外部环境中，可以排除系统受干扰造成的数据异常情况，初步判断C相套管介损值真实存在明显增长趋势，套管内部可能存在绝缘劣化或受潮情况。
3.3停电检查及分析处理
第一，2014年10月13日，针对在线监测数据显示的110kV1号主变套管C相数据异常情况，试验班人员对110kV1号主变套管现场停电检查。首先对三相套管的外观进行检查，结果显示A、B、C相套管油位在正常范围，外表清洁，连接可靠，未见闪络渗油及其他异常，接着对变压器高压套管及末屏进行相应试验。
第二，为进一步确认C相套管内部的故障性质，排除1#主变和A、B相套管也出现故障的可能性，对1#主变本体和A、B、C三相套管的油样进行了色谱试验。取油样过程中发现C相套管绝缘油的颜色呈棕黄色，而A、B相套管及变压器本体的绝缘油则呈现淡黄色，C相套管绝缘油的颜色存在明显差异。经过色谱分析1#主变的色谱数据并与2014年6月油样定检时的试验数据进行对比，数据无明显变化，且都在规程要求的范围内，排除1#主变本体故障可能性。
第三，从试验结果可以看出，A、B相套管均在规程要求的范围之内，排除A、B相套管存在异常。而C相套管C2H2为7.19μL/L，大于规程要求2.0μL/L的标准，正常的套管几乎不出现C2H2成分，当C2H2含量较大时，说明绝缘油及绝缘材料内部存在放电情况。微水含量73.6mg/L大于35μL/L的标准值，微水含量超标说明绝缘油存在受潮情况，其他特征气体的含量也明显高于A、B相套管的数值。
第四，进一步按照《变压器油中溶解气体分析和判断导则》（GB/T7252-2001）中的故障类型判别方法“三比值法”进行判别。
对C相套管绝缘油色谱数据进行计算编码，最终判断得出C相套管内部故障类别为低能放电。另外，经过验证表明，当怀疑固体绝缘材料老化时，一般CO2/CO＞7，从C相套管绝缘油色谱数据中可以算出，CO2/CO＝74＞7，所以怀疑C相套管固体绝缘存在老化现象。
第五，110kV及以上的变压器高压套管通常是油纸电容型，这种套管是依据电容分压原理卷制而成的，电容芯子以电缆纸和油作为主绝缘，其外部是瓷绝缘，电容芯子必须全部浸在优质的变压器油中，110kV及以上电容型套管的法兰上有一只接地小套管，接地小套管与电容芯子的最末屏（接地屏）相连，运行时接地，当套管因密封不良等原因受潮时，水分往往通过外层绝缘逐渐进入电容芯子，在长时间的高电压运行状态下绝缘油及固体绝缘发生劣化，同时伴随着低能放电情况，最终使在线监测系统监测到的介损值有明显增长，停电试验结果也明显超出规程要求。
第六，数据测试与分析。系统安装完毕后，首先在现场将控制系统送电，待其运行正常后，将上位机系统启动，在上位机界面就会显示变压器高压套管相对介损Tanδ（Ix-In）、电容量比值Cx/Cn及PT最近例行试验电容量Cn。其计算公式为：
anδ=Tanδ（Ix-In）Cx=（Cx：Cn）×Cn
4结论
总之，在线监测数据分析是以设备本身在某一时间轴内连续监测的数据以及与同类型其他相别设备同一时间段内的监测数据进行比较，当设备自身监测数据发生突变或持续变化时，需要与同类型的其他相别设备的监测数据进行对比，对比前必须先排除在线监测系统本身原因或现场各类干扰造成的数据异常，进而判断出设备是否存在潜伏性故障。当发现在线监测数据异常时，应该加强对该设备的跟踪监测，结合着红外测温结果趋势进行分析，并利用其他带电测试手段进一步分析判断，必要时需进行停电试验检查，综合进行分析判断，以免设备故障影响电网的安全稳定运行。
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论文作者:李兆飞,潘东海,杨坤
论文发表刊物:《电力设备》2017年第5期
论文发表时间:2017/5/27
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