高压电气设备绝缘在线监测技术的应用及发展前景_陈艺平.pdf

第 35 卷 第 11 期2022 年 11 月江西电力职业技术学院学报Journal of Jiangxi Vocational and Technical College of ElectricityVol.35 No.11Nov.2022高压电气设备绝缘在线监测技术的应用及发展前景陈艺平（厦门市爱维达科技有限公司，福建 厦门 361000）摘 要：为解决高压电气设备绝缘故障问题，对电气设备绝缘在线检测监测技术展开研究，从三个阶段阐述了绝缘在线检测监测技术的发展历程，并分析了绝缘监测系统的工作原理。以某电厂为例，探讨了绝缘在线检测监测技术的在电气设备中的应用，经过实践应用证明了绝缘在线检测监测技术具有的应用价值，最后研究了绝缘在线检测监测技术的发展前景，以期为相关人员提供参考。关键词：高压电气设备；绝缘在线检测技术；发展前景中图分类号：TM506 文献标识码：B 文章编号：1673-0097(2022)11-0013-030 引言现阶段，绝缘在线检测监测技术在我国各行各业得到了广泛应用，其应用于高压电气设备中可以实现对绝缘故障的实时监测和预警，保障电气设备运行的安全性和稳定性。以某电厂为例，分析了绝缘在线检测监测技术的实践应用，应用结果表明，该技术不仅能够及时发现电气设备中存在的绝缘故障，还能够防止电气设备突发性安全事故的发生，甚至能够减少对电气设备的检修次数，对电力行业的发展具有重要作用。1 高压电气设备绝缘在线检测监测技术发展历程绝缘在线检测监测技术的发展主要经历了三个 阶段：第一，带电测试阶段。该阶段起始时间为20世纪70年代，人们为保障供电和用电的稳定性，利用监测仪器对高压电气设备绝缘参数进行了测量。这一阶段的绝缘监测系统结构相对简单，检测项目较少，同时电气设备对地绝缘灵敏度有着较高的要求，因此并未得到大力推广和应用1。第二，在线监测阶段。自20世纪80年代以来，绝缘在线检测监测技术得到了一定的发展，出现了不同种类和功能的绝缘监测仪器，而这也推动着绝缘在线检测监测技术从模拟量监测逐渐朝着数字化监测方向发展，改变了需要将监测仪器接入测试回路的测量模式，而是利用传感器设备将电气设备测量数据转换为可以被数字仪器识别的电气信号。此外，这一时期还出现了利用非电量参数反映电气设备绝缘状态的仪器，如超声波监测装置、远红外装置等。该时期最具代表性的绝缘检测设备是日本研发的LCD-4型电流检测仪器。第三，智能监测阶段。自20世纪90年代开始，绝缘在线检测监测技术开始以数字化处理和采集技术为核心，开发出多功能绝缘监测系统。主要应用计算机技术、传感器技术、数字化技术等，实现了对更多绝缘参数的监测，如泄漏电流、损失角正切值、局部放电等。这一时期，绝缘监测系统已经可以实现对高压电气设备的连续监测，并且检测功能更加丰富，监测效率高、信息量大，可以对监测结果进行打印、显示、远传、存储和极限报警，而这也表示绝缘在线监测技术正在朝着智能化监测方向发展。例如，我国武汉研制的ZJ-01型绝缘监测系统，其在传统的监测系统中融入了专家诊断系统，进而构建了智能化绝缘监测系统，能够实现对电气设备的实时监测和自动化管理。2 高压电气设备绝缘在线监测系统工作原理绝缘监测系统接线原理见图1。绝缘监测设备主要安装在电气柜和电机出线电缆侧，监测系统可以设置电气设备超限阈值和报警值，然后将PLC控制器和继电器与用电设备相连接。图1 绝缘监测系统接线图在电气设备运行前，绝缘监测系统会给电气设备施加DC1000V电压，并持续1300s，以测试电气设备绝缘电阻值，通过对比与分析测试绝缘值与设置的参数，判断电气设备绝缘水平，同时检测电器设备是否存在绝缘故障。当电气设备绝缘电阻低于电气设备绝缘要求电阻时，监测系统会通过报警装置及时提醒管理人员进行检修2。管理人员检修完电气设备后，绝缘监测系统会再次对电气设备进行检测，当电气设备绝缘电阻超过电气设备绝缘要求电阻时，绝缘监测系统无信号输出源，则表明电气设备具备启动的条件；当电气设备断路器合闸后，绝缘监测系统会向传感器和控制器传递停止收稿日期：2022-08-27作者简介：陈艺平（1985），男，福建厦门人，中级工程师，主要研究方向为电力电气。14江西电力职业技术学院学报第 35 卷检测的指令，此时检测系统会停止检测动作。在电气设备运行的过程中，绝缘监测系统会自动监测电气设备中的零序电流，如果系统监测到零序电流超限，则监测系统会通过显示器提醒管理人员存在电气设备对地绝缘性能下降、绝缘损坏、设备进水、电设备三相电压失衡等故障；如果绝缘监测系统并未检测到零序电流超限，则表明电气设备运行状态良好。当电气设备发生故障后，绝缘监测系统中的传感器设备会将设备运行状态传递至PLC控制器，然后分析数据后，监测系统中的报警装置会发出警报。同时，监控设备会通过以太网与显示终端进行通信，将故障信息传输至工控机和显示屏，以此在客户面前直观地显示故障画面和监测数据3。3 高压电气设备绝缘在线检测技术的应用3.1 应用案例某供电厂为保证供电和用电的稳定性，利用GJK型绝缘监测系统对6kV的用电系统进行实时监测。其中，GJK-1型监测设备主要对#1高产变低压侧6KVLA、6KVLB母线和电缆进行检测；GJK-2型检测设备用于对监测#1机组电压等级为6kV的风机、电动机、碎煤机和水泵进行监测。3.2 GJK型绝缘监测系统的性能和用途GJK型绝缘监测设备是一种用于对高压电气运行状态进行实时监测的电器仪器，能够帮助管理人员及时掌握电气设备绝缘电阻变化情况，并采取控制措施，由此有利于降低电气设备故障和安全事故发生的概率。GJK型绝缘监测设备可以长期对电气设备高压母线进行检测，及时发现电动机和电机定子等设备的绝缘变化和绝缘水平，其主要有以下几种用途。第一，保证电气设备启动安全。在高压电气设备中应用绝缘监测设备，能够长期不间断地对电气设备对地绝缘阻值进行检测，然后利用端子接线对电气设备连续施压或断续施压进行测量，以保证电气设备在启动前绝缘状态良好。如果监测设备检测到电气设备绝缘参数达不到设备启动要求，监测设备会通过报警装置提醒管理人员进行检测，以此保证电气设备启动的稳定性和安全性4。第二，保证电气设备运行安全。电气设备在运行过程中，GJK型监测设备会继续对电气设备绝缘状态进行监测，如果检测到电气设备绝缘参数出现变化，监测设备会立即定位故障位置，并分析故障原因。如果电气设备绝缘参数变化幅度较大，监测设备会自动停止设备的运行，并提醒管理人员及时处理，即在电气设备发生故障前，对电气设备进行维修，以此降低电气设备发生安全事故的概率。3.3 GJK型绝缘监测设备技术特点GJK型监测设备具备超限报警功能，管理人员需要设置电气设备最低绝缘参数和最高绝缘参数，当监测设备检测到电气设备绝缘超限时，监测设备的LED灯会闪烁，并发出警报声，提醒管理人员及时进行检修，同时发出停止运行信号，闭锁电气设备的启动。此外，监测设备还可以通过实时显示电气设备绝缘参数，以便管理人员掌握电气设备运行状态和绝缘状态。3.4 GJK型绝缘监测设备配置方案第一，在用电系统变压器或母线出线位置安装GJK-1型绝缘监测设备，在变压器和母线运行的过程中，监测设备可以实时检测电气设备和线路的绝缘情况。在电气设备运行时，监测设备会被施加6kV的电压，然后监测设备会持续释放直流电压，对运行中的电气设备绝缘情况进行监测。GJK-1型监测设备对电气设备绝缘情况进行监测时，其会显示电气设备对地绝缘、架空线对地绝缘、电缆导线和变压器绕组的绝缘参数，以便管理人员及时掌握电气设备运行状态5。第二，在电气设备中安装GJK-2型监测设备，在电气设备停机时，监测设备会自动检测电气设备绝缘情况，保证电气设备可以随时安全启动。在电气设备运行时，GJK-2型监测设备会通过断路器断开监控器到限流电阻之间的端子，并停止对电气设备绝缘状态的测量。GJK-2型监测设备主要是对电气设备运行和停机时的对地连续或间断的直流电压进行检测，以减少电气设备启动前需要对设备绝缘电阻检测的环节，使电气设备始终具备良好的绝缘性。GJK-2型监测设备如果监测到电气设备绝缘参数较低，则会立即通知管理人员进行处理，并停止电气设备的启动。此外，GJK-2型监测设备能够对电气设备的泄漏电流进行实时监测，并根据用电系统泄漏电流和绝缘参数变化情况，判断电气设备绝缘参数下降的原因和泄漏电流的位置6。第三，监测方法。GJK型监测设备主要通过与高压电阻和电容进行连接，可以在隔离高压电流的同时，将高压直流电传输至监测设备，以此完成对电气设备绝缘电阻的检测。在电气设备或线路停止运行时，监测设备检测到的绝缘阻值即电气设备自身的绝缘阻值，如果电气设备不存在绝缘阻值超限的问题，则可以正常启动。GJK-1型监测设备与接线方式见图2，其主要用于监测电气设备绝缘变化情况；GJK-2型监测设备接线方式见图3，其主要与高压电阻和电容进行串联，当GJK-1型监测设备运行时，GJK-2型监测设备会停止监测。GJK-2型监测设备运行时，其主要监测电气设备的泄漏电流，如电容引起的电气设备绝缘电阻和电容电流下降等。3.5 应用效果GJK型监测设备在投入使用一年期间，#1电机组碎煤机发生绝缘故障的情况显著减少。表1所示碎煤机24小时绝缘监测数据，根据管理人员记录的24次监测第 11 期高压电气设备绝缘在线监测技术的应用及发展前景15设备报警显示，电气设备绝缘故障主要为绝缘电阻值下降，并且在绝缘电阻值下降至6M时，监测设备报警正确、及时。图2 GJK-1型监测设备接线图图3 GJK-2型监测设备接线图表1 碎煤机24小时绝缘值数据时间 绝缘值 时间 绝缘值 时间 绝缘值 时间 绝缘值00:00 15M 06:00 13M 12:009M18:006M01:00 15M 07:00 13M 13:009M19:006M02:00 15M 08:00 12M 14:009M20:005M03:00 15M 09:00 12M 15:009M21:005M04:00 15M 10:00 11M 16:007M22:004M05:00 15M 11:00 10M 17:007M23:004M经过检查后发现，碎煤机绝缘下降的主要原因是线缆存在被雨水浸泡的情况，排出雨水后，碎煤机绝缘参数恢复正常，避免了电气设备接地故障的发生。GJK型监测设备在该电厂中的应用，可以及时有效地发现电气设备绝缘参数变化的情况，进一步保证了电气设备运行的可靠性和稳定性，提高电气设备自动化管理水平，同时减少了管理人员对电气设备频繁检测的工作量。由此表明，GJK型监测设备具有良好的应用价值。4 高压电气设备绝缘在线监测技术发展前景目前，电气设备正在朝着高电压化、多样化、大容量化和密集化方向发展。传统的绝缘在线检测监测技术具有试验电压低、短暂性和供电不稳定等缺点，无法准确和有效地监测到电气设备故障问题。而高压电气设备绝缘在线检测监测技术具有实时性、针对性、真实性的特点，能够有效检测到电气设备中存在的故障问题，并及时提醒管理人员进行处理，进一步提高电气设备运行的稳定性。随着科学技术和信息技术的快速发展，电气设备绝缘在线检测监测技术需要向专业化、多样化和智能化方向发展，满足时代发展的需求。绝缘在线检测监测技术在电气设备中的应用，不仅能够实时监测电器设备的绝缘性，还能够直观地显示检测数据。通过分析和诊断，可以找出电气设备绝缘故障问题，并制订相应的解决对策，保证电气设备运行的稳定性。在电气设备实际监测过程中，绝缘在线检测监测技术具有的优势主要体现在以下几个方面：一方面，能够有效监测电气设备绝缘变化情况，设备温度变化和其他故障问题；另一方面，能够有效监测电器设备频率、电容、绝缘电阻、介损、母线、泄漏电流和母线电压等情况，并通过分析和处理检测数据，明确故障原因；绝缘在线检测监测技术抗干扰能力较强，具备自我保护能力；绝缘监测系统具备远程控制功能和数据共享的能力。绝缘在线检测监测技术虽有强大的功能和优点，但其仍存在不足之处，还需要研究人员对绝缘在线检测监测技术进行深入研究：第