在线监测技术的发展概况以及趋势
在线监测技术的发展概况以及趋势 在线监测这一设想由来已久。早在 1951 年,美国西屋公司的约翰逊针对 运行中发 电机因槽放电的加剧导致电机失效,提出并研究了在运行条件下监测 槽放电的装置。局部放电的在线监测难度较大,数十年来,它的发展一直受到限制。
传感器技术、信 号处理技术、电子和光电技术、计算机技术的发展,提高了局部 放电在线监测的灵敏 度和抗干扰水平。近 20 年来,由于压电元件灵敏度的提高 和低噪声集成放大器的应用, 大大提高了超声传感器的信噪比和监测灵敏度,使 其得以广泛用于局部放电的在线监 测。20 世纪 80 年代以来,我国的在线监测 技术也得到了迅速发展。相继研制了不同 类型的监测装置。
在线监测系统的组成与分类 系统的组成 不论监测系统是什么类型,它均应包含以下基本单元。
(1)信 号的变送 一般由相应的传感器来完成,它从电气设备上监测出那些反映设备状 态的物 理量,例如电流、电压、温度、压力、气体成分等,并将其转换为合适的电 信号 传送到后续单元,它对监测信号起着观测和读数的作用。
(2)信号的处理 其 功能是对传感器变送来的信号进行适当的预处理,将信号幅度调整到合适 的电 平,对混叠的干扰采用滤波器、极性鉴别器等硬件电路进行抑制,以提高系 统的信 噪比。
(3)数据采集 对经过预处理的信号进行采集、A/D 转换和记录。
(4)信号 的传输 将采集到的信号传送到后续单元。对固定式监测系统,因数据处理单元远 离 现场,故需配置专门的信号传输单元;对便携式监测装置,只需对信号进行适当 的变换和隔离。
(5)数据处理 对所采集的数据进行处理和分析,例如,对获取的数 字信息作时域和频谱分 析,利用软件滤波、平均处理等技术,对信号作进一步的处 理,以提高信噪比。
获取反映设备状态的特征值,为诊断提供有效额数据信息。
(6)诊断 对处理后的数据和历史数据、判据及其他信息进行比较、分析后,对设备 的 状态或故障部位做出诊断。必要时要采取进一步措施,例如安排维修计划、是 否 需要退出运行等。
整个监测系统可归纳为以下 3 个子系统: (1)被检测设备 和传感器,在设备现场;
(2)信号预处理和数据采集子系统,一般在被监测设备附近, 也在现场;
(3)信号处理和诊断系统,实则是一台计算机和监测系统专用软件,位置 在距现 场约数十至数百米的主控室内。
系统的分类 监测系统按其使用场所分为便携式和固定式;按监测功能可 分为单参数监测系统 和多参数综合性诊断系统;按诊断方式可以分为人工诊断 和自动诊断。在线监测技术应用实例 1995 年河南韩王变电站利用电弧光保护监测少 油断路器时,发现它的 A 相南柱北 断口整个上帽发热,温度传感器显示温度 87℃,而正常相的相同部位仅为 19℃,环 境温度为 17℃。从热像分析,高温区处 于上帽下部,即静触头所在位置,而上帽外部 的接头处温度较低,从而确诊上帽过 热系由其内部接触不良引起。从内部结构分析发 热的部位是三个电气连接,即上 帽与支持座之间、支持座与静触头之间、动静触头之 间三处。根据传热途径分 析,三处热源造成的温度场是有差异的,前者温度场不均与 度明显,后两者则比较 均匀。上帽温升值为 70℃,温度高于正常相 68℃,属于严重的 内部过热故障,故 建议立即停电检修。解体后发现灭弧室玻璃钢筒上部因过热而变黑, 支持座与静 触头上部电气连接面已被严重碳化发黑的油污所覆盖,清除油污后可清楚 见到 动静触头的两接触面均被烧蚀,这次在线诊断避免了一起可能发生的断路器爆炸 的严重事故。
电弧光保护基本原理 电弧光保护系统基于电力设备的在线监测技术,通 过检测开关柜内部发生故障时 发出的弧光来判断是否发生故障。属于固定式多 参数综合性自动诊断系统。利用弧光 传感器检测到电弧的明显变化,来进行第一 步的故障诊断,再通过传感器将电弧这种 非电量信号转换为电信号后再进一步 进行处理。
为了避免外界光干扰引起的误跳闸,在实际应用中往往还引入过流信 号 电弧光保护系统的特点 电弧光保护系统通过检测开关柜内部发生故障时 产生电弧这一特点,结合过 流闭锁原理,解除故障动作快速可靠、系统配置简单、 适应性强,是目前较理想 的母线保护解决方案,其特点如下: (1)原理简单通过检 测电弧光,结合过流闭锁,结构简单;
(2)动作迅速可靠通过检测电弧光信号,整套母 线的保护动作时间可达 5~ 7ms;采用检测弧光信号和过流闭锁的双判据原理,可 实现保护的可靠动作整套系 统连续自检,充分保证整套系统工作的安全性和可 靠性;
(3)故障点定位:PC 机显示弧光发生位置,方便快速处理故障,恢复供电;
(4) 断路器失灵保护在主断路器拒动时发出跳闸指令跳上一级断路器,提高 保护系 统的安全性。
保护系统实现的功能 保护系统完成的基本功能是切除母线上的弧光故障, 并在 PC 机上显示哪个区 域的哪路发生弧光,以及由哪条进线产生的。
本文讨 论的电弧光保护系统在中低压母线中应用实现的功能要求包括: (1)保护系统应 能对母线上的弧光进行探测,对 A 相电流、B 相电流、C 相 电流分别进行测量, 并与设定值比较。
(2)主单元不仅能切断断路器而且当断路器失灵还可以采取措施。即当这一 级的断路器失灵那么就切断它上一级的断路器。
(3)每个电弧光 保护系统都可以和 PC 机进行通信,显示发生弧光的情况。
(4)每个辅助单元通 过拨码开关设定好一个地址,通过串口传给主单元,以 便主单元识别是哪路辅助 单元。
(1)主单元 主单元管理和控制整个弧光保护系统。包含有电流检测和断路 器失灵保护, 它通过检测短路电流和来自弧光传感器的动作信息,并对收集的数 据进行处理、 判断,发出跳闸信号以切除故障。该系统只有在同时检测到弧光和 过流时才发出 跳闸指令。在进线断路器未能动作切除故障时,它将启动断路器失 灵保护逻辑, 发出跳闸指令给上级断路器切除故障。此外,主单元根据辅助单元传 送来的弧光 传感器的动作信息和温度传感器测量的温度,提供弧光故障点的定 位和温度报警信息。
(2)辅助单元 辅助单元安装在开关柜中,当系统发生弧光故 障时,辅助单元收集来自弧光 传感器的动作信息并传送给主单元,在主单元上显 示辅助单元和弧光传感器的地 址编号,有利于及时检修和排除故障。
(3)弧光传 感器 弧光传感器安装在开关柜各间隔室中,可实现对由简单到各种复杂接线中、 低压开关柜提供有选择性的保护。弧光传感器作为光感应元件,将检测在发生弧 光故障时突然增加的光强,并将光信号转换成电流信号传送给辅助单元。
(4)便携 式弧光传感器 其功能和性能与前述弧光传感器相同,差别只是它可以在连接电 缆允许的范围内 随意移动。它可以临时连接到辅助单元上,通过安置在离工作地 点较近的地方(比如 挂在胸前口袋上)用于增强运行操作人员在带电维修开关时 的安全性。
(5)温度传感器 温度传感器可用于监视开关柜内部的关键部件(比如 母线接头)的温度,在超过 其整定值时主单元可发出报警信号。
本章的内容主要有如下几个方面: (1)介绍了电力设备在线监测的必要性 及在线监测系统的结构组成与分类。
(2)详细分析了电弧光保护的基本原理、特 点及应用。
(3)了解电弧光保护系统组成模块。