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电力设备状态监测与诊断:综述与展望
2017-07-12 10:27:26  作者:  来源:高电压技术  
  •   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。论文全面综述了变压器、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。文章指出,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。最后,文章展望了云计算、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,提出了未来的研究与发展方向。

  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。

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  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。数据表明,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。

  本文分别对带电监测的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进行了总结,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。重点介绍了SF6产物监测法这一种新型复合监测手段的特征和机理,归纳了不同温度范围下SF6产物的类型和含量,如图1所示。最终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。

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  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,如图2所示。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。

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  此外,机器人巡线也是未来电缆状态监测的发展趋势。目前,已经研发出装载有红外摄像机、超声传感器及气体传感器的机器人进行电缆隧道有毒气体的监测。然而,巡线机器人要实现长距离、大范围的监测还需要克服机械结构、电源供应、导航定位等关键技术问题。

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