胡冠楠

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 

   摘要：在線監(jiān)測是控制好電氣設備絕緣的重要方式，為電力系統(tǒng)穩(wěn)定奠定重要基礎。在線監(jiān)測電氣設備時，要利用檢測技術促進電力系統(tǒng)運行效率提升，讓電氣設備在具體工作過程中發(fā)揮更大作用。本次研究中主要分析了電氣設備絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)原理和系統(tǒng)設計、實現(xiàn)方法，再研究電氣設備狀態(tài)維修技術。

   關鍵詞：電氣設備；絕緣；在線監(jiān)測；狀態(tài)維修

   在對電力系統(tǒng)的整體性能情況進行評價過程中，對電氣設備的絕緣性能評價是十分重要的構成內(nèi)容。絕緣性情況會對電氣設備運行情況產(chǎn)生直接影響，如果電氣設備絕緣性比較弱，會嚴重威脅到相關工作人員的生命安全。傳統(tǒng)定期停電監(jiān)測雖然也是一種方式，但是此種安裝方式與時代發(fā)展的新需求不相符合，也很難適應。此背景下產(chǎn)生了電氣設備在線監(jiān)測技術。這一技術讓傳統(tǒng)監(jiān)測技術存在的缺陷被有效彌補，促進電氣設備維修效果提升，為電力系統(tǒng)更加安全平穩(wěn)的運行提供保障。

1電氣設備絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)原理分析

1.1電氣設備絕緣情況

   電氣設備在長時間運行當中，絕緣會出現(xiàn)明顯的物理變化、化學變化等，導致電氣、機械等相關性能逐漸劣化，破壞絕緣情況。電氣設備的使用壽命很大程度上與絕緣壽命密切相關。破壞絕緣的原因比較多，如機械力、電、熱等，另外還有微生物、水分、氧化、射線等因素。這些因素大多數(shù)情況同時存在，彼此影響，讓絕緣被損壞的過程加速。

1.2電氣設備絕緣監(jiān)測項目分析

1.2.1靜止類項目監(jiān)測

   因為電氣設備的種類很多，結(jié)構也存在很大差別，因此在線監(jiān)測絕緣相關項目也都不相同。結(jié)合傳感器與設備等特點差異，研究常見的在線監(jiān)測靜止類設備項目。

1.2.2動作設備項目監(jiān)測

   需要在線監(jiān)測的動作設備名稱和項目如表2所示。

   結(jié)合斷路器開斷次數(shù)、電流以及機械振動情況、輔助電路線圈電流等綜合數(shù)據(jù)信息開展判斷，對常規(guī)機械故障、壽命狀態(tài)等進行診斷。實時監(jiān)測和診斷變電站當中所有的輔助電路、觸頭電壽命、機械故障等，給出更加明確的狀態(tài)信息。

1.2.3原理框架圖

   在線監(jiān)測電氣設備絕緣情況的原理框架圖如圖1所示。

   由于電氣設備不同，在線監(jiān)測項目絕緣情況不同，需要采用差異化的傳感器，抽取被測量的信號，將其轉(zhuǎn)變成能夠檢測的信號，經(jīng)過電纜送入到檢測裝置當中[3]。現(xiàn)代化的檢測裝置當中，大都采用微機系統(tǒng)、數(shù)字化測量技術完成處理，需要采用A/D轉(zhuǎn)換被測信號，經(jīng)過數(shù)字波形式完成采集裝置。為了讓系統(tǒng)抗干擾性能持續(xù)提升，還要使用光電耦合器隔離輸入信號，甚至還需要使用光纖傳輸技術。

2電氣設備絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

2.1電氣設備絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)設計

2.1.1設計溫升在線監(jiān)測電路

   本次構建的溫升在線監(jiān)測電路，配備了3面柜子，在每個柜子當中設計的結(jié)構是含三響環(huán)氧套筒，設計的監(jiān)測路數(shù)分別是10和9路，對每相母線相互連接位置的溫升進行監(jiān)測，實際溫度為1路監(jiān)測柜體內(nèi)溫度。結(jié)合開關柜所設置的配置，讓測溫路數(shù)增加，便于不同客戶需求有效滿足。在已經(jīng)采集的溫度，采用測溫分機使用紅外通訊方式，把數(shù)據(jù)傳遞到接受分機端中，通過RS485通信，將數(shù)據(jù)傳遞到主控電腦上。這就不需要監(jiān)測人員實際到現(xiàn)場，只需要采用主控電腦就能監(jiān)測整個環(huán)網(wǎng)柜系統(tǒng)溫升情況，更加及時發(fā)現(xiàn)可能會存在的問題，預判事故，促進供電可靠性提升。圖2為溫升在線監(jiān)測電路設計圖。

2.1.2設計數(shù)據(jù)采集單元電路

   在線監(jiān)測系統(tǒng)當中，絕緣監(jiān)測對于實時性的要求很高。因此在本次研究當中針對監(jiān)測系統(tǒng)的實時性高、采集路數(shù)多等特點，設計相應的數(shù)據(jù)采集單元。此單元設計的采樣路是16路，單路信號采樣頻率設置為200KHz，數(shù)據(jù)采集時所有線路同時工作。設計采樣的芯片為DSP+CPLD+FIF0等。DSP芯片選擇的是TI公司的TMS320F2812，此芯片的數(shù)字處理能力十分強大，事件管理能力也明顯更強，主頻能夠達到150MHz，被廣泛應用在電子技術、儀器儀表、智能化儀表等領域。選擇的CPLD芯片包含的GLB有32個，I/O有64個，ORP有4個，GRP有1個。輸入線有4個時鐘型和8個直通型。選擇的模擬多路開關為美國AD公司生產(chǎn)的高精度模擬轉(zhuǎn)換開關，使用的模擬多路復合器為8選1，開關切換時間只有10ns，采用AD976A型AD芯片，此芯片轉(zhuǎn)換器為16位，功耗低、高速且為單電源供電，轉(zhuǎn)換速度能達到200kPs，使用的FIFO芯片有Cypress公司生產(chǎn)，容量設置為4k×9。圖3為數(shù)據(jù)采集單元框架圖。

2.1.3設計信號采樣調(diào)理電路

   測量泄漏電流的系統(tǒng)硬件設計過程中，選擇ETCR5100系列電流傳感器，這是專門用來對泄漏電流情況進行測量的傳感器，分辨率能夠達到1uA，可以達到1%，能夠比較好的滿足測量泄漏電流的需求。因為在泄漏電流測量時，電流一般只有幾十微安，數(shù)值偏低；傳感器的輸出電壓信號也很低。這就需要在電路設計過程中對信號進行2級放大，把信號放到與AD采樣相適合的范圍當中，采用低通濾波器濾波，將信號送入到AD當中。其他的電流信號、母線電壓等這些調(diào)理電路的相關原理與這一原理接近。DSP信號是直接送入，需要考慮AD輸入范圍，在電路調(diào)理過程中，將偏置電壓加入其中，避免由于超出電壓信號范圍，把AD燒壞。

2.2電氣設備絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)

2.2.1硬件設計干擾措施分析

   第一，屏蔽傳感器。嚴格測試與篩選在線監(jiān)測系統(tǒng)傳感器，分析其熱穩(wěn)定性和傳輸比特性，針對傳感器自身制定專門的評比措施。在雙層屏蔽金屬盒當中放置好傳感器。第二，屏蔽信號線。盡量縮短信號傳輸線，這是因為信號傳輸線更長的話，更容易被電磁環(huán)境干擾。選擇質(zhì)量更優(yōu)的屏蔽線，選擇雙層屏蔽方式，降低地線回路環(huán)境干擾。第三，電子電路抗干擾分析。擺放好電子元器件，分開放置高速電路和低速電路，讓其遠離噪聲比較大的元器件。不能讓不同電源平面實現(xiàn)重疊。

2.2.2絕緣特征量監(jiān)測結(jié)果

   為了驗證此次研究中設計的電氣設備絕緣狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)的實際成效，基于現(xiàn)有實驗條件構建起相應的綜合實驗平臺。固體環(huán)網(wǎng)柜是此次監(jiān)測中的重要對象，監(jiān)測系統(tǒng)當中包含采集電流、電壓電路，信號調(diào)理電路、溫升監(jiān)測電路以及放電次數(shù)監(jiān)測電路。在線監(jiān)測局部放電次數(shù)，使用的在線檢測儀器為北京雙杰公司生產(chǎn)。研究中采用溫度校驗模擬方式開展，在恒溫箱當中模擬溫度試驗。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)在測量范圍當中，系統(tǒng)測量誤差低于1℃，溫度校準曲線與數(shù)字溫度傳感器所測量得出的曲線有比較好的吻合度，能讓測量精度需求得到有效滿足。

3電氣設備狀態(tài)維修方法分析

3.1轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)檢修模式

   狀態(tài)檢修本就是從較深層次變革傳統(tǒng)的定期檢修管理體制，想要更好地開展狀態(tài)檢修工作，需要對傳統(tǒng)檢修管理模式進行改革。構建起更加獨立的負責狀態(tài)檢修組織，明確組織職責，提高運轉(zhuǎn)效率。利用更加網(wǎng)絡化和開放化的變電運行與檢修信息集成診斷系統(tǒng)，監(jiān)測設備參數(shù)與發(fā)展趨勢工作，定期分析狀態(tài)報告。為制定更準確的檢修決策，提供重要參考。

3.2引入可行狀態(tài)監(jiān)測診斷系統(tǒng)

   促進狀態(tài)檢修成效的關鍵條件是選擇更加可靠和適用的狀態(tài)監(jiān)測方式，結(jié)合監(jiān)測設備損壞模式、特點以及重要程度，對比綜合技術經(jīng)濟性，選擇更有效的監(jiān)測方法。針對正在管理與電氣設備轉(zhuǎn)型的變電站，狀態(tài)檢修工作開展時，可以先針對設備開展點檢修訂制，使用自動化程度較低、一般的設備狀態(tài)檢測和分析方式，通過持續(xù)完善與形成機制的方式，再引入更先進的自動化儀器檢測設備，最終引入高度計算機化設備狀態(tài)檢修機制。在選擇相關分析診斷軟件系統(tǒng)過程中，應當著重考慮其兼容性、開放性以及集成性特點，以更加直觀的方式向決策者提供信息，便于做出更加準確的判斷。

3.3引入先進性更高計算機檢修系統(tǒng)

   狀態(tài)檢修當中使用更加先進的計算機檢修系統(tǒng)，能夠讓檢修管理水平得到提升。所謂的檢修系統(tǒng)本質(zhì)上屬于應用管理軟件，在引入之后要開展客戶化處理，完成更多更加細致的基礎性工作。比如，檢修標準文件包、設備編碼、收集和整理相關歷史數(shù)據(jù)等。由于該系統(tǒng)所具有的先進性特點，在實際應用當中可能和傳統(tǒng)管理模式有很多不適應地方，要做好相關的適應工作。

4絕緣監(jiān)測及絕緣故障定位產(chǎn)品

4.1絕緣監(jiān)測及絕緣故障定位產(chǎn)品

        AIM-T系列工業(yè)用絕緣監(jiān)測儀

          AIM-T系列絕緣監(jiān)測儀主要應用在工業(yè)場所IT配電系統(tǒng)中，主要包括AIM-T300、AIM-T500和AIMT500L三款產(chǎn)品，均適用于純交流、純直流以及交直流混合的系統(tǒng)。

   其中AIM-T300適用于450V以下的交流、直流以及交直流混合系統(tǒng)，AIM-T500適用于800V以下的交流、直流以及交直流混合系。AIM-T500L相比AIM-T500增加了絕緣故障定位功能。

4.2絕緣故障定位產(chǎn)品

   工業(yè)用絕緣故障定位產(chǎn)品配合AIM-T500L絕緣監(jiān)測儀使用，主要包括ASG200測試信號發(fā)生器，AIL200-12絕緣故障定位儀，AKH-0.66L系列電流互感器，適用于出線回路較多的IT配電系統(tǒng)。

4.3絕緣監(jiān)測耦合儀

   絕緣監(jiān)測耦合儀配合AIM-T500絕緣監(jiān)測儀使用，主要包括ACPD100，ACPD200，適用于交流電壓高于690V，直流電壓高于800V的IT配電系統(tǒng)。

5技術參數(shù)

5.1絕緣監(jiān)測儀技術參數(shù)

5.2測試信號發(fā)生器技術參數(shù)

5.3絕緣故障定位儀技術參數(shù)

5.4 AKH-0.66L系列電流互感器技術參數(shù)

5.5絕緣監(jiān)測耦合儀技術參數(shù)

6結(jié)語

   電氣設備絕緣監(jiān)測效果直接影響其使用效率和安全性，如果絕緣設備監(jiān)測不到位，很有可能會對工作人員人身安全產(chǎn)生威脅。隨著在線監(jiān)測系統(tǒng)的構建，應彌補傳統(tǒng)絕緣設備監(jiān)測技術的弊端，提高電氣設備安全性。此次研究中設計在線監(jiān)測系統(tǒng)并分析其實現(xiàn)效果，同時研究電氣設備狀態(tài)維修措施，促進電氣設備使用安全性提升。

參考文獻：

[1]王林.電氣設備在線監(jiān)測與狀態(tài)檢修技術[J].工程技術:全文版,2020.

[2]劉霞.電氣設備在線監(jiān)測與狀態(tài)檢修技術[J].寫真地理,2020.

[3]王嵐.基于無線網(wǎng)絡的電氣設備狀態(tài)遠程監(jiān)測系統(tǒng)[J].現(xiàn)代電子術,2021,44(18):22-26.

[4]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022.05版

[5]安科瑞 IT 系統(tǒng)絕緣監(jiān)測故障定位裝置及監(jiān)控系統(tǒng)（中英文）2020.01版