0 引言
我国从20世纪50年代开始，主要是根据电气设备预防性试验规程的规定对电气设备进行定期的停电试验、检修和维护。由于这种检修和试验是定期进行，难以及时反映设备内部的故障隐患，而且试验电压往往要低于运行电压，因此，其等效性相对较差，对某些缺陷反映不够灵敏。随着电力系统朝着高电压、大容量的方向发展，如何保证电气设备的安全稳定运行变得尤为重要，因此，根据需要对电气设备运行状态进行在线监测十分必要，它可作为弥补定期预防性试验不足的有效手段。例如，可以将在线监测与定期停电预防性试验的结果结合起来反映设备运行状况，也可根据在线监测的结果合理安排预防性试验时间。这样，可延长电气设备预防性试验及大修的周期，也是逐渐推行状态维修的有效途径［1］。文章将对HVM2000变电站高压电气设备绝缘在线监测系统以及这套系统在广东南海市水头变电站的运行情况进行介绍，供读者参考。
1 变电站绝缘在线监测系统
HVM2000变电站高压电气设备绝缘在线监测系统采用分层分布式结构，综合运用先进传感器技术、数字信号处理技术、计算机技术等，实现了信号采集的就地数字化和智能化，并由现场总线将实时
1.1 监测的对象及参数
对110 kV及以上的变压器、电流互感器、避雷器、电容型套管和耦合电容器等高压电气设备，HVM2000变电站绝缘在线监测系统除对某些常规预试项目实现在线化监测以外，还引进了一些新的更能真实反映设备状态的特征量。如对变压器本体，监测其油中溶解气体的含量和铁心及夹件的接地电流；对电容性电气设备(如变压器套管、高压电流互感器、电容式电压互感器和耦合电容器)，监测它们主绝缘的介质损耗和电容量以及末屏泄漏电流；对氧化锌避雷器，监测其全电流及容性和阻性分量；对SF6断路器，监测其开断电流、行程—时间特性、分合闸电磁铁绕组电流、气体压力报警接点、电动机启动时间间隔和运转时间等；对大型变压器、并联电抗器等，还监测其局部放电情况。该在线监测系统还提供对现场温度、湿度及瓷裙表面污秽电流等环境参量的监测和记录，作为设备运行工作状况的辅助评估［3］。
1.2 系统结构
HVM2000变电站高压电气设备绝缘在线监测系统由HVM2000智能化远程诊断系统、变电站(发电厂)通信管理系统(CMU)和就地智能化监测单元(FMU)组成，该系统的结构示意图见图1。
图1 HVM2000系统结构示意图
HVM2000变电站绝缘在线监测系统整体上分为监测和诊断二个层次。在监测层，就地智能化监测单元完成对站内每组(台)高压设备绝缘参数的监测，监测层通过通信管理机与诊断层联接，向诊断层提供设备实时监测信息；诊断层又分为数据仓库和用户应用二个层次，数据仓库负责对各变电站监测数据的管理和分析，而应用层则向用户提供所有设备管理和故障诊断功能。诊断系统一般安装于供电局高压专责工程师处，可通过web远程下载各变电站的实时或历史数据，该系统也可接入供电局的MIS系统，以协助高压专责工程师及有关领导对设备健康水平进行评估与管理。
在每个变电站内，通信管理机通过通信总线与各就地智能监测单元相联，进行信息交流。这种系统分层分布式结构概念的提出是对传统绝缘在线监测的突破：一方面，它使得整套系统的结构非常清晰和简洁；另一方面，又使得底层各组成单元的功能独立、完整，任何单元出现异常都不会影响其他设备的正常工作；同时系统的扩展、通信方式的实现也极为方便。因此，这种网络结构简化了现场接线，提高了系统可靠性、易扩充性和兼容性。
1.3 就地智能化监测单元的工作原理
由于对变电站、发电厂内高压电气设备进行现场监测的参数大多是微安级、毫安级的模拟小电流信号，因此，易受现场强电磁的干扰，使信号在传输及处理时经常发生故障导致监测数据丢失。随着传感器、模拟采集和数字信号技术的不断发展，使得电气参数的就地数字化采集成为可能，即模拟信号不出就地采集单元，解决了微安级、毫安级模拟小电流信号远距离传输的困难，从而避免了因大量电磁干扰破坏甚至淹没原始信号的可能。
就地智能化监测单元是为满足变电站高压电气设备绝缘在线监测的特殊需要而开发的。它可实现数据信息的就地采集与计算，并将结果上传绝缘诊断系统，使实时、历史数据可利用可视化程序在上位机诊断层中查阅。其基本工作原理：采集所监测电气设备的电压和电流等信号并进行数据处理，求得其幅值、相位，进而得到所需介质损耗角正切等电气参数。该装置分为高精度电流传感器、程控放大电路、低通滤波器、A/D转换器、数字信号处理器、通信接口等几个部分。FMU就地监测单元
图2 FMU就地监测单元原理图
1.4 绝缘参数测量原理
通信管理机以广播形式发送采集指令，FMU系列就地监测单元采集所监测设备的电压、电流等信号并进行数据处理，从而测得幅度、相位(各相电流与参考电流的相差)等参数，并上送至通信管理机，由它综合各单元上传的数据，计算出各设备的绝缘参数。
对电容性设备，FMU就地监测单元对绝缘参数测量原理见图3。由FMU-C单元测得设备末屏电流的幅值、相位，由FMU-U单元测得系统电压的幅值、相位。通信管理机基于这二单元所测得的信号幅度可计算出设备的电容量，而由末屏电流以及系统电压信号的相位可计算出设备的介质损耗角正切。
图3 FMU对电容型设备绝缘参数的测量原理
同理，对金属氧化物避雷器MOA，由FMU-M单元测得避雷器泄漏电流的幅值、相位，由FMU-U单元测得系统电压的幅值、相位。通信管理机基于这些数据计算出MOA的阻性电流、容性电流。
2 现场应用及结果分析
为了有效提高设备运行水平和可靠性，防止突发性事故发生，同时探索、积累实现状态维修的经验，先在广东南海市水头变电站安装了HVM200
2.1 TA介质损耗的监测与分析 图6 2003年4月污秽电流及环境湿度变化曲线 由图4～6可以看出： (3) 2003年4月6日到4月13日，TA套管三相介质损耗的曲线变化有些杂乱无章，湿度和瓷裙污秽电流也明显偏大。分析认为这种现象是由于下雨引起环境湿度增大引起的。 2.2 TA电容量的监测与分析 (2) 为便于分析，将2003年4月水发线TA的三相电容值曲线放大，并偏移三相电容值坐标后可得到图7(图7中纵坐标与电容值无实际对应关系)。由图7可见，三相电容值每天变动不大，但仍呈现周期性变化，并且三相电容值变化规律一致，这同TA套管三相介质损耗监测数据与分析中的变化规律不一致恰好形成了对比。从图6中曲线可以看出污秽电流及环境湿度变化呈总体下降的趋势，而图7中三相电容值呈总体上升的趋势，也就是说每天电容值变化趋势与湿度变化趋势相反，这说明电容测值的波动可能与外界湿度有关。 点击看原图
图4为2003年4月水发线TA套管三相介质损耗的变化情况。图5为2003年4月水发线TA套管三相介质损耗与24 h前介质损耗的平均值曲线，它们以平滑方式每天周期性的变化。图6为2003年4月污秽电流及环境湿度变化曲线。 
图4 2003年4月水发线TA套管的三相介质损耗曲线 
图5 2003年4月水发线TA套管三相介损的平均值曲线 
(1) TA套管三相介质损耗每天呈现较有规律的变化，尤其以4月13日到4月27日最为明显。A相每天7∶00点左右出现最大值，15∶00～18∶00间出现最小值；B相规律与其相同，只是波动范围更小，而C相正好相反。这种现象的产生是由于高压电气设备的介质损耗测量结果易受外界，如温度、湿度、空间电磁场干扰等因素的影响，且在线测得的介质损耗值对这些外界因素的变化反应非常灵敏。因此，如何分析和处理现场干扰是实现电容性设备介质损耗在线监测诊断的关键。对于水发线TA套管三相介质损耗每天出现周期性变化，且A、B相与C相波峰波谷相对应的现象(类似于避雷器的相间耦合情况)，分析认为主要是变电站的电磁场干扰造成的。
(2) 在2003年4月27日22∶00左右，TA套管的三相介质损耗同时发生突变，由图4及图5的右端都可以清楚的看到。突变时A相介损由0.57%升到0.76%，B相介损由0.5%升到0.56%，C相介损由0.44%降到0.25%。原因是在4月27日22∶00水发线负荷由400 A下降到250 A，同时水岐线断开，负荷由150 A下降到0 A，水歧线断开后，变电站内电场分布发生突变引起TA三相间的电容耦合也发生变化，从而使在线监测的介质损耗值发生突变。
(1) 表1为2003年4月水发线TA三相在线电容值与预试结果的分析。其中，A相电容值为693～701 pF，B相电容值为734～743 pF，C相电容值为676～684 pF。从表1可看出，在线电容量数据测量准确稳定，受外界因素的影响极小。
图7 放大、偏移处理后的水发线TA三相电容值
2.3 避雷器的阻性电流在线监测与分析
图8为水头变电站2号TV侧避雷器的阻性电流值。
图8 水头变电站2号TV侧避雷器的阻性电流值
从图8中可以看出，C相与A、B相有明显的区别。C相在4月份数据平稳，为50 μA左右，阻性电流和容性电流百分比变化很小，为8%左右；而A、B相的阻性电流波动大，最大达到350 μA。其原因在于C相避雷器瓷套最下端装有金属屏蔽环。将瓷套上的表面泄漏电流屏蔽后测量其曲线，图6是监测到的全部泄漏电流的情况，最大泄漏电流为250 μA。在湿度较大，瓷套表面污秽恶劣的情况下，避雷器瓷套上的表面泄漏电流对避雷器泄漏电流测量的影响是非常明显的。如果在瓷套下端加上金属环，将表面泄漏电流直接引入地网即可测得真实数据。
3 结束语
从南海水头变电站应用HVM2000智能型变电站绝缘状态监测及诊断系统后长期运行积累的数据来看，在线测量的数据准确、性能稳定可靠，完全可以适应现场实际应用
高压电气设备在线监测所得到的数据是一个综合各种干扰因素后的结果。对于这些无法排除的干扰因素，通过具体问题具体分析是完全可以得出正确的结论的［4］。
应用这套系统可以实时掌握变电站高压电气设备的绝缘状况，对提高设备的运行维护水平，及时发现事故隐患，减少停电事故有着积极的意义。
4 参考文献
［1］ DL/T 596—1996 电力设备预防性试验规程.
［2］ 严璋.电气绝缘在线检测技术.北京：水利电力出版社，1995.
［3］ 成永红.电力设备绝缘检测与诊断.北京：中国电力出版社，2001.
［4］ 史保壮等.智能技术在绝缘在线诊断系统中的应用.高压电器，2001.(1)
