总线式变电站绝缘在线监测系统的研究(1)

1 概述

目前我国对高压设备的绝缘监督依据《电气设备预防性试验规程》定期进行试验和维护。由于预防性试验通常不考虑设备的运行状况，到期必修，有效性和灵敏度 低，不能完全适应电网的安全、经济、稳定运行需求。据不完全统计，1985～1990年间全国有80%的变压器事故是在预防性试验合格的情况下发生的。因 此，迫切需要维修方式从传统的以时间为基准转变到以状态为基准的状态检修方式。目前电气设备的状态维修(CBM)在电力系统中已愈来愈受到重视，电气设备 绝缘在线监测技术作为实行状态维修的前提，已成为近年来国内外高压领域的研究热点[1～4]。实践表明，在线监测高压设备的绝缘参数，既可及时发现潜伏性 故障、防止重大绝缘事故、提高供电可靠性，又可减少设备停电试验和维护的盲目性。

以往的绝缘在线监测系统多数采用集中处理方式，即通过屏蔽电缆将被测信号引入系统主机，然后由主机进行集中循环检测和数据处理。由于一次信号很小，经传 感器耦合后被测参数受模拟量传输过程中引入的干扰影响很大，测量结果的有效性和稳定度不能保证。随着计算机技术和通信技术的快速发展，可采用总线式结构的 绝缘在线监测系统，现场监测单元除了具备信号提取，还具备信号的预处理、数字化和处理功能，真正实现绝缘参数的分散式测量，本文将对此进行研究。

2测量原理

2.1变压器

理论分析表明，氢气是反映变压器故障的特征气体[5]。变压器在运行过程中所发生的许多绝缘故障，如：铁芯多点接地、局部短路、接触不良等过热型故障和 放电型或受潮型故障，均有氢气产生，通过在线监测变压器油中溶解的氢气，便可有效地发现变压器的潜伏性故障;另外，通过对铁芯接地电流的在线监测可以发现 变压器铁芯的多点接地故障。

2.2电容型设备

对于变压器套管、电流互感器(CT)、电容式电压互感器(CVT)以及耦合电容器等电容型设备，通过测量介质损耗(tanδ)及电容量，可较为灵敏地发 现设备的绝缘缺陷。实现电容型设备介质损耗参数在线检测的关键是如何准确获得并求取电流信号和电压信号基波的相位差。由于传统的过零比较法硬件电路复杂， 抗干扰性能差，本文采用以快速傅里叶变换(FFT)为核心的纯数字方法，利用两个高精度电流传感器耦合被监测设备的电压和电流信号，然后由数字化测量系统 对信号进行整周期采样(A/D)及快速傅立叶变换，以获得这两个信号的基波矢量及其相位差，从而计算出介质损耗值。该方法不需要复杂的模拟信号处理电路， 且能有效地抑制谐波干扰。

2.3避雷器

在运行状态下监测氧化锌避雷器(MOA)阻性电流分量的变化是判定阀片劣化或受潮程度的更为有效和灵敏的方法。对氧化锌避雷器阻性电流分量的监测，本文 采用了与电容型设备类似的方法，通过对母线电压信号和MOA泄漏电流信号的FFT分析，可求得阻性电流的基波分量。

2.4表面泄漏电流及环境温湿度的测量

环境温湿度是影响绝缘参数的重要外部因素，通过对环境温度、湿度等常规气候参数的监测，结合设备瓷套表面泄漏电流的监测可以判断设备外部绝缘的污秽程 度，有助于提高在线监测数据诊断结果的可靠性。

       3总线式监测系统

3.1结构

图1为总线式绝缘在线监测系统的结构示意图。该系统由3部分组成：本地监测单元(LC)、变电站通信控制器(SC)和绝缘诊断系统(IDS)。

3.2本地监测单元

所有的本地监测单元均由取样传感器模块、信号调理及A/D采样模块、嵌入式微机模块和RS485通信及电源管理模块构成，其结构示意图如图2所示。信号经传感器耦合后直接进行预处理和采集，数字信号的分析和处理以及通信功能均由本地监测单元在现场完成。

3.2.1信号传感器

传感器直接影响绝缘参数的测量精度，对电容型设备设计了补偿型零磁通电流传感器来提高小电流检测的精度。选用起始导磁率高、损耗小的坡莫合金作铁芯，并 采用深度负反馈补偿技术对铁芯的激磁磁势进行全自动补偿，使铁芯工作在接近理想的零磁通状态，同时对线圈进行了良好的双层屏蔽，从而有效地提高了传感器角 差和比差的稳定性，并使传感器具有良好的温度特性。

3.2.2嵌入式微机模块

嵌入式微机模块是本地监测单元的核心。采用新一代32位微处理，它包含个人计算机的绝大部分外设并增添了单片机的特征，能够完成复杂的数学运算非常适合 于嵌入式系统。本系统以32位CPU为核心，设计了嵌入式微机系统，既适合于现场测量，又具备强大的数据处理及端口控制功能，使得信号的处理功能非常简单，从而使现场监测的就地化得以实现。

值得说明的是，传统的绝缘监测系统通过屏蔽电缆将被测信号引入系统主机，然后进行检测及数据处理。由于一次信号很小，经传感器耦合后，模拟量传输过程中 引入的干扰对测量结果影响很大，这是造成在线监测系统测量分散性大的根本原因之一。本地监测单元中传感器的输出信号不需要远距离传输，采用就地采集和处 理，极大地提高了系统的抗干扰能力和测量的稳定性。