电力设备状态监测与诊断的研究现状

  为保证电力系统的安全、稳定运行需要对电力设备的状态进行在线或离线监测。小编查阅相关资料整理了目前有关变压器、GIS、电缆、设备外绝缘、发电机、电力电容器等电力设备在状态监测与诊断技术方面的研究现状。伴随着传感器技术、计算机等技术的发展近些年电力设备的状态监测与诊断技术在监测精度、快速及准确的故障定位、故障模式识别等方面取得了较大进展。但是在信号采集的可靠性、数据处理的精确性、监测设备的抗干扰性、合适的状态评估模型等方面还需要进一步研究。云计算、大数据、物联网等技术与电力设备的状态评估、故障诊断之间的结合也是该领域未来的研究与发展方向。

主要内容

变压器

  变压器的状态监测与诊断方法分为化学监测法和局部放电定位法。

  化学监测法主要通过对变压器油中气体及有机物的定性、定量监测来诊断变压器的工作状态。传统的化学监测法主要是通过溶解气体分析法监测油中气体及无机物含量这种方法监测灵敏度低。目前逐渐采用的液相色谱和气相色谱监测灵敏度高但成本较高。

  局部放电法一是通过直接监测电流、电容、暂态电压的变化二是通过间接监测局部放电引起的频率、声波、形变、局部温度的变化来对变压器的状态和寿命进行诊断和评估常用的局部放电监测方法比较如表1所示。但是局部放电监测目前还很难准确定位的到局放发生位置需要进一步在信号的去噪、抗干扰等方面加强研究。

GIS

  GIS中的局部放电及放电时的分解产物有可能造成绝缘老化甚至损坏。针对GIS使用过程中极易发生的绝缘故障需要对局部放电特征开展表征和研究从而进行及时监测和准确定位。相关研究表明导致GIS局部放电的主要缺陷类型有电晕放电、表面放电、内部放电、悬浮电位放电等四种。针对轴突、尖刺、金属颗粒等不同故障类型学者们纷纷提出了不同的局部放电表征模型和监测方法。

  目前针对带电监测的UHF法、TEV法以及非带电监测的超声法、红外法、光学法等几种监测方法的优缺点及适用范围已有比较详尽的介绍有学者已对不同电压类型的GIS场脉冲耐压测试进行了归纳并针对最近研究进展表征了监测精度和特征。其中SF6产物监测法是一种新型复合监测手段其特征和机理有关文献已进行了说明不同温度范围下SF6产物的类型和含量。有学者还提出了采用环保气体取代温室气体的可能性和亟待解决的问题。

电缆

  电缆状态监测与诊断主要有在线和离线两种方式。目前分布式光纤测温系统(DTS)、护套电流监测、局部放电等在线监测手段得到了较好的发展和应用。

  DTS可以实现分辨率0.01 ℃、误差范围±1 ℃、空间分辨率1 m及测试长度30 km的测量。但是DTS系统空间分辨率低容易受到环境温度、湿度等影响需要进一步研究解决。

 护套电流监测系统主要是针对电缆的外绝缘状态进行监测近年的研究已经获得了一整套基于护套电流监测的电缆状态监测与故障快速定位系统。但是由于电缆敷设回路的增多给护套电流的准确提取带来了新的挑战。同时未来需要进一步加强护套电流和故障种类之间对应关系的研究。

  电缆的局部放电(PD)的频率范围分布在100 MHz~1 GHz之间放电量可达到1 000 pC。电缆局部放电测试的难点之一是如何将局放信号准确的耦合到局放测试系统中。近些年超高频(UHF)传感器、高频电流传感器(HFCT)、电容耦合传感器(CC)等在抗干扰及去噪方面有较大优势而得到快速的发展。电缆局部放电测试的另一个难点是如何确定局部放电点来自于交叉互联接地系统的哪一项针对此问题通过建立模型可以区分和确定局放点的来源。今后电缆局部放电的研究应该致力于局放点的精准定位及电缆局部放电量和电缆剩余寿命之间的对应关系。

外绝缘

  通过对绝缘子的污秽在线监测可以获得绝缘子动态的污秽积聚数据从而实现绝缘子沿面闪络的早期预警和和污闪诊断。目前已经研发出多种类型的装置用于在线监测绝缘子外绝缘状态各种设备的优缺点及技术改进如表2所示。随着电压等级的提高和覆冰、雾霾天气等因素的影响输变电设备外绝缘污闪治理面临更大的考验。未来的研究重点应集中在提高特殊气象条件下绝缘子污秽监测完善污秽状态评价模型发展污闪预测模型。

发电机

  发电机故障往往不是纯机械或电气故障而是多类型故障的综合对其施实监测比较困难。发电机系统主要监测项目包括:定子振动、空气气隙与磁场强度、绝缘与局部放电参数、定子铁心温度、转子磁极温度等。

  国内对发电机空气气隙的监测应用方面还相对落后一般是在机组安装调整过程中用塞尺对气隙作定点静态测量而对运行中发电机的气隙监测很少。需研究如何根据气隙监测数据进行气隙偏心诊断,判定问题磁极位置发现发电机潜在故障。

  局部放电的测量目前需深入研究如何提高水轮发电机组局放监测的抗干扰能力以及从大量局放监测信号中正确识别、分离局放信号、定位局放信号。

  发电机转子温度监测一种方法是埋入测温电阻装设多个小碳刷将信号引出但会给发电机运行带来隐患且工艺难以实现;另一种方法是利用励磁电流和励磁电压的关系求出转子线圈电阻计算转子平均温度但结果误差较大。

  故障诊断方法经过历年发展经历了以传感、测试技术为基础以信号处理技术为手段的传统故障诊断阶段未来将会面向基于知识学习的智能诊断进一步发展表4给出了常用智能诊断方法优缺点。

电力电容器

  电力电容器在改善功率因数提高电压质量和系统稳定性方面起着重要的作用。但是由于长期工作电压短时过电压以及环境因素的影响电力电容器可能出现诸如鼓肚高温升绝缘老化或者异常噪声等现象。因此需要对电力电容器的工作状态进行监测与诊断。对电力电容器的状态监测主要从电压泄露电流介质损耗,便携式布氏硬度计相对介电常数局部放电温度以及振动噪声几方面展开的。

  目前监测相对介电常数和介质损耗的方法有Schering电桥、过零比较法和谐波分析法这些方法中谐波分析法不受高次谐波和硬件电路的零漂影响而被广泛应用。

  局部放电的监测方法有脉冲电流法,超声波法振荡波监测法。

  温度监测方法可以为电力电容器的寿命预测提供参考实验证明电力电容器的寿命与温度呈现8 ℃规则。

电力电容器在线监测系统

  随着特高压直流输电和智能电网的飞速发展以及电力电子器件的广泛应用电力系统对电力电容器的工作性能提出了更高的要求。因此实时准确地掌握电力电容器的工作状态已经成为保障电力电容器的正常运行一种必要手段。此外随着物联网和大数据技术的发展电力电容器的在线状态监测将不再仅仅局限于对现场的特征量监测而是通过物联网和大数据技术将实时测量的数据与经验数据库和历史数据库内的数据进行比对并通过有效的专家系统形成准确可靠的状态监测结果。通信技术和信息处理技术的发展也将推动状态诊断方法的发展将形成用于处理电力设备工作状态的虚拟医院。此时虚拟医院能够根据状态监测结果给出有效的解决措施。

 

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