变电站主电气设备状态监测方法研究

务，其开关状态的好坏直接关系到电力系统的安全、稳定运行。断路器状态 监测主要包括机械性能监测、触头电寿命监测、真空灭弧室真空度检测等。
（一）断路器机械性能监测 调查表明，８０％的高压断路器故障是由于机械特性不良造成的，所以对
万方数据
断路器机械性能的监测显得尤为重要［４】。断路器机械状态监测主要有行程 速度监测和操作过程中振动信号监测等。
。ｌ■
电子 科学
变电站主电气设备状态监测方法研究
廉小红 （海南省东方市华能海南东方电厂生产准备部海南东方５７２６００）
［摘要］电气设备状态监测为设备的故障诊断和性能评估提供了依据。主要介绍变电站变压器、断路器、避雷器和气体绝缘组合电器（Ｇ１５）的状态监测方法；分析 目前在设备的状态监测方面存在的问题并对今后的研究方向提出自己的看法．
测等。电容套管监测是为了检测套管的正常运行电容电流、电容量的变化和 介损的变化：外绝缘泄漏电流监测是为了监测变压器套管外绝缘的积污程 度，并通过纵向、横向的比较进行判断；铁心接地在线监测装置能及时监视 主变压器铁心接地的情况。
二、膏路■状志量测
断路器是电力系统中最重要的开关设备，它担负着控制和保护的双重任
电和电弧放电等）故障等。由于这种方法具有实时性和连续性的特点，能及 时发现被监测设备存在的故障，被公认为是检测变压器（包括本体、套管） 缺陷最直接、准确的方法．一直受到人们的重视［２］。
（二）变压器局部放电监测 局部放电（Ｐａｒｔｉａｌ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ，Ｐቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ）既是设备绝缘老化的先兆，也是造 成绝缘老化并最终发生绝缘击穿的一个重要原因。很多故障都可以从局部放
（一）变压器油气色谱分析 变压器运行时，变压器油中的固体有机绝缘材料在运行电压的作用下，
会因电、热、局部电弧等多种因素作用逐渐变质，裂解出包括Ｈ２、ＣＯ、ＣＨ４、 ｃ２Ｈ２、Ｃｚｌｔ４、Ｃ２Ｈ６等在内的多种气体。变压器油气色谱分析法主要是通过监测 和分析变压器油中气体的组分、浓度及产生速率，进而判断变压器内部是否 存在过热性故障（导电回路、铁心多点接地引起过热等）和放电性（局部放
（一）全电流监测 在氧化锌避雷器底部与地之间串接全电流监测装置，对它实行连续在线 监测，比较全电流的变化情况，以判断设备是否进水受潮。对阀片的内部接 触不良，容性电流反映较为灵敏。全电流数据分析时要着重进行纵向比较， 应注意运行电压、环境温度、相对湿度和表面污秽等因素的影响。
（二）阻性电流监测 阻性电流对阀片的初期老化、受潮等反应比较灵敏，氧化锌避霄器在运 行电压和各种过电压作用下会逐渐老化．引起阻性电流增大，所以监测 ＩｌＯＡ阻性电流变化是检验其阀片运行稳定性的一个重要手段．当监测到的阻
整个电力系统的安全、稳定运行。状态监测［１］是指通过各种测量、检测和 分析方法，结合系统运行的历史和现状，对设备的运行状态进行评估，以便 了解和掌握设备的运行状况，并且对设备状态进行显示和记录，对异常情况
进行处理．并为设备的故障分析诊断、性能评估提供基础数据。 一、壹压■状态苴嗣，
变压器的状态监测方法主要有：变压器油气色谱分析、局部放电、绝缘 监测等。
（三）真空灭弧室真空度检测 真空开关在电力系统中已经获得了广泛应用．其工作的有效性和稳定性 很大程度上取决于真空灭弧窀的真空度。目前，国内外还无法实现真宅度的 直接测量，用于真空度在线检测的间接方法有耦合电容法和电光变换法 ［５］，而用于检测灭弧室内真空度的方法比较多也比较成熟，主要有工频耐 压法、磁控放电法、德斯拉线圈法、火花计法等。工频耐压法是以往检测真 空度常用的方法，但它只能进行定性检测，不能判断真空度的变化趋势。磁 控放电法是目前公认的真窀度测试灵敏度较高的方法，应用较广泛。 三、鼍■鼍状态苴翻 避雷器是一种过电压保护设备，在电力系统中应用较广法，其运行质量 主要是指密封性与阀片运行稳定性，其中密封性主要依靠全（泄漏）电流监测 来检验；阀片运行稳定性主要依靠阻性电流监测来检验；而功耗则直接反映 避雷器的劣化程度。变电站中最常见的是氧化锌避雷器（ＭＯＡ），ＭＯＡ在运行 电压作用下阀片会逐渐老化或进水受潮，其状态监测包括全（泄漏）电流监 测、阻性电流监测等。
（－－）断路器触头电寿命监测 触头电磨损是影响断路器电寿命的重要因素。是状态监测的重要参数之 一。根据不同开断电流下的电寿命曲线（Ｎ一拓），计算每次电流开断时所 对应的电磨损晕的加权累计：９－Ｎ·彳，作为每台断路器的允许电磨损总 量，以此作为判断其电寿命的依据。在式９＝Ⅳ。学中，９为允许的总的电 磨损量，如为开断电流的有效值，Ｎ为开断电流为玷时断路器允许的开断次 数，口为开断电流的加权指数（通常介于ｌ～２之间）．
３７—４０．
（上接第９页）
ｓＴＦＴ，选窗宽Ｍ，则会在序列开始和结束处分别损失了Ｍ／２的时问。为了补回 时间的缺失，采用将序列两端补零延长的方法Ｍ／２，如图所示为补充前后的 差异对比．
Ｍ１２
Ｎ－Ｍ１２
１仁扛＝Ｆ？·：：＝＝耳相Ｎ
图２时闻损失示意图 ２．图像预处理 加性白噪声和交叉项表现为时频图像上具有较高频率的部分。考虑信号 的自项，由于内部自相关性和时域窗口运算带来的信噪比改善作用．其时频 表示结果更多的对应图像中的灰度值较高，且幅度恒定的低频部分。由于时 频图像的背景主要ｌｎ高频成分的加性白噪声和交义项构成，因此图像的平滑 滤波处理作为等效的空间域低通滤波器可以减弱其影响．对由噪声引起的信 号真实时频分布位置处的幅度波动产生抑制。对图像的平滑滤波可以从空间 域和频域两个角度进行设计，两种方法是等效的。本文利用大小为３×３的匹 配模板（ｍａｓｋ）对图像中每个像素点的８邻域进行加权平均处理．同时为突出 像素点本身并减小空间平滑带来的失真，模板中心的加权大于其邻域。利用 匹配模板与图像卷积的低通滤波作用，时频图像中的噪声可得到初步抑制． 四、仿真结果 线性调频信号处理图中，图３中所示， （ａ）为ＷＶＤ分布，可以看出又较 为明显的交叉项； （ｂ）为谱图．可以看出其时频分辨率不高； （Ｃ）为采用 本文所述方法处理后的时频图，可以明显可以看出，在保持时频分辨率较高 的条件下，交叉项得到了较好的抑制。
［关键词】状态监测变压器断路器避雷器ＧＩ￥ 中围分类号：ＴＭ４ 文献标识码：＾ 文章编号：１６７１—７５９７（２００８）１２１００２３－０２
随着经济、社会的发展，对电力系统发电、输电、供电和用电可靠性的 要求越来越高。变压器、断路器、避雷器及气体绝缘组合电器（ＧＩＳ）作为变 电站中的主要设备，其运行状况关系到整个电力系统的安全、稳定运行。因 此有必要对他们的运行状态进行监测，及时了解和掌提设备的状况，以确保
电量和放电模式的变化中反映出来。变压器局部放电过程中伴随着电脉冲、 电磁辐射、超声波等现象，可能引起变压器局部过热及产生特征油气。常用 的声学检测法是将几个高频声学传感器附在变压器箱的外部，这些传感器对
局部放电或电弧放电产生的暂态声音信号非常敏感，能够检测出放电信号和 放电部位。局部放电检测的其它方法还有有光学检测、化学检测、电气测量 等。我国自主开发的ＪＦＹ－３型变压器局部放电在线监测系统［３］能连续监测多
１．开断电流加权值监测。利用高压电流互感器和二次电流互感器测量开 关的主电流波形和触头每次开断电流及时间（用录波器或监视器记录）。经 过数据处理计算开断电流加权值，町间接监测开关的电寿命。
２．静、动态电阻监测。ＳＦ６开关有走触头和弧触头，灭孤主要靠孤触 头。通过测量静Ｌ动态电阻．可颅测回路接触及上触头、弧触头的磨损情 况，从而判断开关的电寿命。
台大型变压器的局部放电，并具有事故追忆、故障报警和定位等功能，目前
已获得广泛应用。
．
（三）变压器绝缘状态监测
变压器绝缘状态监测是保证变压器可靠运行的手段之一，变压器绝缘的
老化、失效是一个缓慢发展的潜伏性故障。变压器绝缘状态监测主要有外壳 接地线电流监测和高、低压套管接地引下线电流监测以及铁心接地线电流监
（四）ＧＩＳ局部放电监测 ＧＩＳＰｑ大部分绝缘故障如绝缘子表面金属微粒附着、绝缘子内部气泡、 高压导体表面的突起等，都会引起较为严霞的局部放电。ＧＩＳ局部放电的监 测方法有很多，监测分解气体的化学法、机械法、光电法、脉冲电流法和超 高频法（ｕＨＦ）。ＬＨＦ法不仅可检测到ＧＩＳ中局部放电的发生并识别绝缘缺陷 类型。而且还可实现局部放电源的准确定位，抗Ｆ扰能力强，因而获得了广 泛的应用［７］。 五、结论 目前，对变电站电气主设备的状态监测还存在监测项目缺乏统一管理、 监测系统本身的町靠性难以保证、智能化水平不高等问题。今后其研究方向 应该是：把各种监测方法与计算机技术、信号处理技术和人工智能技术密切 结合，增强监测系统自身的可靠性，开放性，兼容性。
陌
电子 科学
ＳＩ！。ＩＣＯＮ
ＬＬＥＹ一麓
性电流增加５０％时应缩短监测周期，加强监视；当阻性电流增加一倍时应停 电检查，进行验证［６］。阻性电流数据分析时应注意测试结粜的历次变化。 以纵向比较为主，同时应滓意相同干扰，系统电压、环境温度、湿度、避雷 嚣外表面污秽、安装位置等多种因素的影响。
圈、ＧＩＳ状态苴漏 气体绝缘组合电器（ＧＩＳ）带电部分密封在容器内，运行可靠性高，维护 省力，因此，被广泛应用于变电站、输变电线路等重要电力设备中。但是， ＧＩＳ设备一旦发生事故，维修难度较大。通过对ＧＩＳ的故障分析，发现除了绝 缘降低和通电异常外，开关的开闭性能及气体密封异常占其全部故障的 ７０％－－８０％。因此，从设备可靠性ｉＨ发，非常有必要对ＧＩＳ开关的绝缘开闭性 能和密封情况进行监测，对ＧＩＳ的状态监测集中在以下几方面： （一）ＳＦｓ气体监测 ＳＦ６气体监测主要指的是气体压力监视、气体泄漏监测、气体湿度监 测、气体色谱分析等方面。利片ｊ气体压力传感器和混合型传感器等多种类型 的传感器町以实现对ｓＦ６气体的压力监视、泄漏监测以及湿度监测等。由于 ＳＦ６在局部放电和电火花作用卜－会产生分解物，所以通过比较ＳＦ６的离子迁移 率频谱与纯ＳＦ６气体的参考频谱，对其变化根据气体色谱分析便可以判断 ｓＦ６的特性是否发生改变。 （二）ＳＦ６开关机械特性的监测 ｌ。ＳＦ６开关合、分闸线蹦电流监测。用补偿式霍尔电流互感器监测 ＳＦ６开关合、分闸线圈电流波形，通过与正常电流波形比较．可监视开关机械 异常情况。 ２．行程、速度监测。用条形码读出器通过非接触方法光学测定开关的 动作特性（行程、合／分时间、平均速度等），综合诊断开关的动作特性是 否良好。 ３．空气压力等的监测。通过监测空气压力、压缩机起动频次或马达电 流等，了解气站及机构运作状况是否良好。 （－－）ＳＦ６开关电寿命监测 ＳＦ６开关电寿命的影响困素主要包括灭弧室真空度、灭弧介质和触头电 磨损三个方面，其中起决定作用的是触头的电磨损。ＳＦ６开关灭弧室真空度的 检测可以采用断路器灭弧室真空度的检测方法米进行。因此。ＳＦ６开关电寿命 的监测主要从以下两个方面来进行：