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1、华北电力大学华北电力大学 电力工程系电力工程系 高压研究所高压研究所变电站设备绝缘在线监测与故障诊断系统变电站设备绝缘在线监测与故障诊断系统 变电站设备绝缘在线监测系统 组成及案例 华北电力大学华北电力大学 王永强王永强 1.1.电气设备状态维修的必要性及在线监测的应用情况电气设备状态维修的必要性及在线监测的应用情况 2.2.电容型设备绝缘在线监测与故障诊断系统简介电容型设备绝缘在线监测与故障诊断系统简介 3.3.变压器铁芯接地电流在线监测与故障限流报警系统变压器铁芯接地电流在线监测与故障限流报警系统 主要内容主要内容 变电站设备绝缘在线监测与故障诊断系统变电站设备绝缘在线监测与故障诊断系统
2、电力工程系电力工程系 华北电力大学华北电力大学 电力工程系电力工程系 高压研究所高压研究所变电站设备绝缘在线监测与故障诊断系统变电站设备绝缘在线监测与故障诊断系统 一、电气设备状态维修的必要性及在线监测的应用情况一、电气设备状态维修的必要性及在线监测的应用情况 背景与意义背景与意义 存在问题存在问题 研究现状研究现状 华北电力大学华北电力大学 电力工程系电力工程系 高压研究所高压研究所变电站设备绝缘在线监测与故障诊断系统变电站设备绝缘在线监测与故障诊断系统 1.1 1.1 背景与意义背景与意义 定期维修定期维修 （TBM） 状态维修状态维修 （CBM） 以可靠性为中心，辅之预以可靠性为中心，辅
3、之预 防性试验的维修方式。维修防性试验的维修方式。维修 的时间间隔是根据设备的历的时间间隔是根据设备的历 史监测信息，分析其趋势加史监测信息，分析其趋势加 以预测诊断确定的。以预测诊断确定的。 事后维修事后维修 （FBM） 二战后二战后 七十年代后七十年代后 实现状态维修的前提条件是在线监测技术的应用，在线监测量会受到实现状态维修的前提条件是在线监测技术的应用，在线监测量会受到 环境因素的影响，研究其影响情况并进行合理修正是在线监测与诊断技术环境因素的影响，研究其影响情况并进行合理修正是在线监测与诊断技术 实用化的基础。实用化的基础。 华北电力大学华北电力大学 电力工程系电力工程系 高压研究所
4、高压研究所变电站设备绝缘在线监测与故障诊断系统变电站设备绝缘在线监测与故障诊断系统 停电检测与带电检测条件对比停电检测与带电检测条件对比 停电检测停电检测带电检测带电检测 环境要求环境要求温度温度1525 C C ，湿度湿度 小于小于65 全天候全天候 检测电压检测电压10kV运行电压运行电压 现场干扰现场干扰带电设备带电设备邻相设备、其它带电设邻相设备、其它带电设 备、操作备、操作 设备状况设备状况冷状态冷状态热状态热状态 检测标准检测标准试验规程试验规程尚无尚无 1.1 1.1 背景与意义背景与意义 华北电力大学华北电力大学 电力工程系电力工程系 高压研究所高压研究所变电站设备绝缘在线监测
5、与故障诊断系统变电站设备绝缘在线监测与故障诊断系统 1.2 1.2 研究现状研究现状 电容型设备绝缘在线测量方法研究电容型设备绝缘在线测量方法研究 介质损耗因数（介质损耗因数（tan）计算方法研究）计算方法研究 电容型设备绝缘状况诊断方法电容型设备绝缘状况诊断方法 华北电力大学华北电力大学 电力工程系电力工程系 高压研究所高压研究所变电站设备绝缘在线监测与故障诊断系统变电站设备绝缘在线监测与故障诊断系统 1.2 1.2 研究现状研究现状 电容型设备绝缘在线测量方法研究电容型设备绝缘在线测量方法研究 （1 1）绝对测量方法。）绝对测量方法。（2 2）相对测量方法）相对测量方法。 （3 3）两者结
6、合）两者结合。 电流传感器电流传感器 检测装置 华北电力大学华北电力大学 电力工程系电力工程系 高压研究所高压研究所变电站设备绝缘在线监测与故障诊断系统变电站设备绝缘在线监测与故障诊断系统 1.2 1.2 研究现状研究现状 介质损耗因数（介质损耗因数（tan）计算方法研究）计算方法研究 （1 1）过零比较法）过零比较法 。该方法通过检测电流、电压信号过零点的时间差计算介。该方法通过检测电流、电压信号过零点的时间差计算介 损，该方法对过零点的测量准确性要求很高，易受到干扰。损，该方法对过零点的测量准确性要求很高，易受到干扰。 （2 2）相关函数法。该方法首先提取基波信号，再计算其自相关函数与互相
7、）相关函数法。该方法首先提取基波信号，再计算其自相关函数与互相 关函数得到关函数得到tantan。 （3 3）高阶正弦拟合法。该方法采用最小二乘法拟合信号，使实际信号与拟）高阶正弦拟合法。该方法采用最小二乘法拟合信号，使实际信号与拟 合信号的误差平方和最小，可以计算出信号的参数，从而得到介损值。合信号的误差平方和最小，可以计算出信号的参数，从而得到介损值。 （4 4）谐波分析法。将谐波分析的思想用于设备绝缘）谐波分析法。将谐波分析的思想用于设备绝缘tantan的数字化测量，的数字化测量，该该 方法首先提取电压电流基波信号，然后方法首先提取电压电流基波信号，然后比较其相角。比较其相角。 总之，对
8、于总之，对于tantan的数值计算方法，现有文献研究较多，取得了不错的计算的数值计算方法，现有文献研究较多，取得了不错的计算 精度，基本满足了工程计算的要求。精度，基本满足了工程计算的要求。 华北电力大学华北电力大学 电力工程系电力工程系 高压研究所高压研究所变电站设备绝缘在线监测与故障诊断系统变电站设备绝缘在线监测与故障诊断系统 1.2 1.2 研究现状研究现状 绝缘状况诊断方法绝缘状况诊断方法 （1 1）从当前测量值的纵比（主要指历史比较）、横比（主要指相间从当前测量值的纵比（主要指历史比较）、横比（主要指相间 同类设备）来判断同类设备）来判断 设备状态。设备状态。 （2 2）根据系统正常
9、状态下的数据建立相应的自回归滑动模型，将测根据系统正常状态下的数据建立相应的自回归滑动模型，将测 量数据与模型计算数据的残差作为故障的征兆量数据与模型计算数据的残差作为故障的征兆。 （3）末屏全电流的幅值与相位变化进行诊断的方法。末屏全电流的幅值与相位变化进行诊断的方法。 （4）基于介损在线监测数据规律性挖掘方法的诊断方法。基于介损在线监测数据规律性挖掘方法的诊断方法。 华北电力大学华北电力大学 电力工程系电力工程系 高压研究所高压研究所变电站设备绝缘在线监测与故障诊断系统变电站设备绝缘在线监测与故障诊断系统 1.3 1.3 存在的问题存在的问题 目前已实际投运的系统运行效果并不理想，没有取得
10、预期的经济效目前已实际投运的系统运行效果并不理想，没有取得预期的经济效 益和社会效益。反映出来的技术问题主要有：益和社会效益。反映出来的技术问题主要有： 1）缺乏对电容型设备介质损耗因数的数据修正方法研究，因此，在线缺乏对电容型设备介质损耗因数的数据修正方法研究，因此，在线 监测数据和离线监测数据的等效性难以确立，从而难以将已经成熟的基监测数据和离线监测数据的等效性难以确立，从而难以将已经成熟的基 于离线测试数据的状态诊断方法移植到在线监测上来。于离线测试数据的状态诊断方法移植到在线监测上来。 2）监测装置的开发水平不高，系统抗电磁干扰与环境影响能力差，上）监测装置的开发水平不高，系统抗电磁干
11、扰与环境影响能力差，上 位机软件的数据处理功能不完全，电容型设备分布比较分散，分布式采位机软件的数据处理功能不完全，电容型设备分布比较分散，分布式采 样的同步性难以保证样的同步性难以保证。 华北电力大学华北电力大学 电力工程系电力工程系 高压研究所高压研究所变电站设备绝缘在线监测与故障诊断系统变电站设备绝缘在线监测与故障诊断系统 二、二、电容型设备绝缘在线监测与故障电容型设备绝缘在线监测与故障 诊断系统简介诊断系统简介 系统结构系统结构 硬件设计硬件设计 软件设计软件设计 现场应用情况现场应用情况 华北电力大学华北电力大学 电力工程系电力工程系 高压研究所高压研究所变电站设备绝缘在线监测与故障
12、诊断系统变电站设备绝缘在线监测与故障诊断系统 Ethernet 监测主机 防火墙/代理服务器 Web服务器数据服务器 Internet/ Intranet 远程监测 远程监测 Modem 远程维护 485现场总线 SU IPU TAn SU IPUIPUIPU SUSU 温湿度TV 监测层监测层 控制层控制层 信息层信息层 TA1 2.1 2.1 系统结构系统结构 系统根据功能的需要划分系统根据功能的需要划分 了层次了层次 只需一对通信总线就能进只需一对通信总线就能进 行数据传输与控制行数据传输与控制 采用采用RS485总线方式实现总线方式实现 分布式采样分布式采样 采用采用B/S模式实现远程
13、监模式实现远程监 控控 就地完成模拟信号的数字就地完成模拟信号的数字 化处理化处理 系统结构特点系统结构特点 华北电力大学华北电力大学 电力工程系电力工程系 高压研究所高压研究所变电站设备绝缘在线监测与故障诊断系统变电站设备绝缘在线监测与故障诊断系统 主站系统主站系统 全站设备状态采集和全站设备状态采集和 集成设备集成设备 变电智能监测装置变电智能监测装置 站 A 站 站 站 自动化信息监测装置自动化信息监测装置 站内通信网络 与全站设备状态采集和集成设备通信协议 电力通信专网 与主站通信协议 传感器 全站设备状态采集和全站设备状态采集和 集成设备集成设备 输电智能监测装置输电智能监测装置 站
14、 B 自动化信息监测装置自动化信息监测装置 站内通信网络 与全站设备状态采集和集成设备通信协议 传感器 站 站 站 站 站 站 站 站 电力通信专网 与主站通信协议 华北电力大学华北电力大学 电力工程系电力工程系 高压研究所高压研究所变电站设备绝缘在线监测与故障诊断系统变电站设备绝缘在线监测与故障诊断系统 2.1 2.1 系统结构系统结构 电容型设备绝缘在线监测系统现场设计电容型设备绝缘在线监测系统现场设计 华北电力大学华北电力大学 电力工程系电力工程系 高压研究所高压研究所变电站设备绝缘在线监测与故障诊断系统变电站设备绝缘在线监测与故障诊断系统 基于电容分压测量的原理基于电容分压测量的原理
15、接线图接线图 Cx Rx C1 U1 IX U U 1 U X I X X I C XX I R 2.2 2.2 硬件设计硬件设计 -10 -5 0 5 10 116314661 电压/V 曲线1为SU测量电压波形，曲线2为母线电压波形 监测系统采样的波形监测系统采样的波形 1 2 电流传感器 容型设备 母线 i(t) U(t) 基于基于电流传感器电流传感器测量的原测量的原 理接线图理接线图 华北电力大学华北电力大学 电力工程系电力工程系 高压研究所高压研究所变电站设备绝缘在线监测与故障诊断系统变电站设备绝缘在线监测与故障诊断系统 2.2 2.2 硬件设计硬件设计 -10 -5 0 5 10
16、116314661 电压/V 曲线1为SU测量电压波形，曲线2为母线电压波形 监测系统采样的波形监测系统采样的波形 1 2 本系统共设计了两种接口: 穿心式电流互感器 分压电容 华北电力大学华北电力大学 电力工程系电力工程系 高压研究所高压研究所变电站设备绝缘在线监测与故障诊断系统变电站设备绝缘在线监测与故障诊断系统 2.2 硬件设计（硬件环境要求）硬件设计（硬件环境要求） 服务器软件环境服务器软件环境 Window2000 ProfessionalWindow2000 Professional，IIS5.0IIS5.0，数据库软件，数据库软件 为为SQL Server2000SQL Server2000。 服务器服务器硬件环境硬件环境 P550/256MP550/256M，10G10G硬盘以上硬盘以上 客户机软件环境客户机软件环境 Windows95Windo
