绝缘在线监测未来发展的几种新型方法

绝缘在线监测未来发展的几种新型方法

IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】

绝缘在线监测未来发展的几种新型方法

摘要：针对目前绝缘在线监测技术的现状，分析了现有设备的不足，设想了几种在线监测技术未来发展新型技术，并分析了其可行性，主要包括开发新的计算方法，采用新型材料，运用人工智能等方向。

关键词：在线监测；传感器件；人工智能

中图分类号：

SeveralNew Ideas of the Future Development for Insulation Online Monitoring

Zhang Chao,LU Enze

(Wuhan University,Institute of Electrical

Engineering,Wuhan 430072,China)

Abstract:aim at the actuality of the current insulation online monitoring technique, analyze the shortage of the existing equipments,conceive several new ideas of the future development for online monitoring and analyse the feasibility,including the direction of developing the new calculation method, adopting the new material, making use of the

artificial intelligence etc.

key words:online monitoring;sensor apparatus;artificial intelligence 一．绝缘在线监测的意义

所谓绝缘在线监测是指在电气设备不停电、不脱离系统的运行状态下,利用技术手段对设备绝缘状况进行自动化的、连续的或定时的绝缘特性检测和监督,目的是了解和掌握被监测设备是否处于正常运行状态,以便确定该设备是否需要检修,如何检修。

高压电气设备运行中绝缘会发生老化,使电气强度降低。为了掌握运行中高压电气设备的绝缘状况,必须定期对电气设备进行绝缘试验和监督,根据试验结果分析、评估被试设备的绝缘状态确定是继续运行还是需要检修以及检修的时间。至今为止,绝缘监督管理主要是以预防性离线试验(即对高压电气设备在停电状态、脱离系统方式下孤立进行的试验)为依据。而预防试验并不能完全反映设备在运行综合状态下的绝缘特性。

定期停电进行预防性试验的不足之处,主要表现在以下几方面。

ａ.不能及时发现设备内部的绝缘隐患。

ｂ.:定期停电试验,不能真实反映设备的绝缘状态。

ｃ.每年在预防试验期间,要投入大量的人力、物力,并因停电试验造成较大的经济损失。

绝缘在线监测是一种实时监测方法,它能及时反映被监测参数的变化情况或变化趋势,对电气设备早期绝缘故障的诊断、报警起着十分重要的作用,这是离线的预防试验难以做到的。

因此,对现行的预防性维修制进行根本的变革,采用在线监测及诊断技术，弥补预防性试验的不足，将计划检修改进为状态检修是各国电气工作者所要面对的重大课题。目前在线监测的重要特征是监测系统几乎不用预防性试验的仪器,而是采用高灵敏的传感器采集反映电气设备绝缘在运行中劣化的信息(特征量),信息的处理和辩识依赖于具有丰富软件支持的计算机网络。

二．发展绝缘在线监测技术的关键点

1．开发新的、更有效力的检测方法

传统的绝缘在线监测技术利用设备绝缘下降产生的电、声、光、热等效应从微观层面上对设备的绝缘状况进行监视，其检测方法已经形成一套比较完善的体系，但仍有许多新的，高效的检测方法等待我们去发现。特别是借助高灵敏度的检测手段和强大的统计方法，人们能看到以前所不能知道的设备绝缘同某些量之间的联系。再经过大量的试验验证，就可以总结出新的检测方法。当然，新的检测方法也会对检测手段和统计方法的发展提出要求，这是个相互促进的过程。

同时，传统的绝缘在线监测技术留下了一个缺口，如何利用宏观电气状态参数实现对设备绝缘的监测。随着先进的计算机和通信手段在电力系统中的应用，人们能获取的设备信息越来越多，在大量的数据中就隐含着有关绝缘变化的整体信息。

如何从这些巨大的数据中还原出有关设备绝缘的状况可能是绝缘在线监测技术发展的一个崭新方向。比如说，现在人们利用GPS全球对时系统能获取同一时刻线路两端的电压、电流和相角差，再通过适当的模型，可以计算出表征线路电导损耗的参数，通过与历史数据比较，便可得出关于线路污秽情况或绝缘下降情况的指标，这对防止污闪事故将有积极的作用。再比如，设备绝缘局部放电会产生高频率脉冲信号，这在一次电压电流中肯定会有反应，但由于其较低的能量和不确定的频段而难以被识别出来。

这里有两种可能采取的方式以供参考。首先是用类似处理载波信号的方法，将高频信号分离出来，根据信号频谱判断局部放电的性质；第二种方法是运用高线性度、高采样率的传感器（如光学互感器）得到一次电气量比较精确的表达式，用傅立叶分解得出高频信号。值得注意的是，用宏观电气状态参数反映绝缘状况通常要求设备重复性好，而且注重用比较的方式分析问题，这需要一定的存储数据能力。而这在以前都是难以具备的条件。

2．开发、采用先进的传感器件

通常利用新材料制成的传感器件就能带来检测方式及手段上的突破。比如说光纤的出现，让绝缘在线监测呈现了新的面貌。光纤绝缘性能强、耐腐蚀、性能稳定、不受磁场干扰影响、灵敏度高，既可作为敏感器件又能作为传导元件。特别适合在发电厂、变电所等电磁污染严重的场合下运行。利用它的电光效应、电致光旋转效应、吸收边缘效应、压电效应、磁光效应、磁致伸缩效应制成的光学电流、电压传感器虽然还有许多不足，但是它克服了常规互感器磁饱和、时滞的影响，同时灵敏度也大大提高，终将在绝缘在线监测领域获得巨大应用。新材料中的纳米材料、超导材料、生物材料等领域也不断获得新的进展，这些新兴材料普遍具有某些卓越的性能，密切注意这些发展方向，及时将其与绝缘在线监测相结合必将带来新的成果。

另一方面，提高加工工艺和改进加工方法会使现有的检测材料有更高的灵敏度和更优良的性能。这方面的进展也将提高绝缘在线监测的水平。

3．运用人工智能的理论和方法

人工智能是智能机器所执行的通常与人类智能有关的智能行为，如判断、推理、证明、识别、感知、理解、通信、设计、思考、规划、学习和问题求解等思维活动。它代表着人类智能和机器结合的方向，也代表着如何最大限度地发挥两者的优越性，是现在比较热门的学科。它在绝缘在线监测领域的应用主要在以下环节：

a.模式识别。在线监测通常可获取大批数据，这其中包括一些干扰因素的作用，也经常呈现出某些不确定的特征。采用神经网络、模糊算法等人工智能手段，结合专家系统储存的大量模式特征，就可以对设备绝缘状态作出相对正确判断。运用人工智能一方面能减轻工程人员的劳动强度，另一方面，在复杂的情况下，具有比人类智能更高的可靠性。

b.趋势判断和对策选择。确定了设备绝缘状态，接下去判断在今后的运行中绝缘的发展、变化趋势，给出合适的对策，也是一项必须基于丰富的运行经验和大量统计计算的复杂工作。它可以转化为对各种处理模式的识别，运用人工智能同样具有巨大的优越性。

4．结合本专业其它领域的最新成果和动向

长期以来，对在线监测设备的电磁干扰是影响测量精度的重要因素。如今，随着人们对电磁兼容问题的重视和对该领域研究的深入，不断得出一些有用的结论和方法，迅速将其移植入在线监测系统将有重大的工程实践意义。

如今，伴随着大规模电力电子器件在电力系统中大量应用和FACS灵活交流输电系统的出现，加于设备上的电气量呈现出与往日不同的形式，如：潮流的快速变化，