变电站高压电气设备在线绝缘监测系统的研究

摘要 本论文首先叙述了开展在线绝缘监测工作的重要性和国内外开 展此项工作的现状和发展趋势。 然后， 提出了目 前在线绝缘监测系统 存在的问题和本文做的主要工作。 本 论 文 选 择 A Ek 电 容 型 R * 作 为 t -A lvq 的 对 象 ， 专 门 研 制 了 针 对这类设备采用现场总线技术设计的在线监测系统。 着重介绍了高压 电气设备在线监测系统的构成， 并在理论上分析了高压电容型设备的 绝缘特点， 给出了相应的数学模型， 提出了基于傅里叶变换的数字波 形分析法，对信号进行分析和计算，以此作为在线监测的基本方法。 对高压电 容型设备在监测中可能出 现的误差进行了 分析和判断。 传感 器是在线监测系统中的关键部件， 文中特别介绍了对传感器的技术要 求和设计特点。 对在线监测系统中的通信部分文中做了详细论述。 一首先给出了 现场总线技术的概念， 论述了其特点， 然后选择通信方案并给出应用 要点。 最后给出了上位机控制端和下位机现场智能化终端之间通讯软 件的 设 计 流 程图。 二、 对在线监测系统的硬件部分和软件部分设计完成后， 在实验室进 行 了 低 压 模 拟 试 验 和 模 拟 现 场 的 高 压 试 验 及 抗 干 扰 试 验 介些 试 验 结 果表明用现场总线技术设计的在线绝缘监测系统能够正确可靠地工 作，监测结果是有效的。 本文在在线绝缘监测领域做了一些工作， 进行了有益的探索， 其 一研 究 成 果 对 推 进 我 国 绝 缘 在 线 监 测 工 作 具 有 实 用 意 义 。 少 一飞- ABS TRACT I n t h i s t h e s i s , f i r s t l y t h e i m p o r t a n c e o f d e v e l o p i n g o n - l i n e i n s u l a t i o n m o n i t o r i n g a n d t h e a c t u a l i t y a n d t h e d e v e l o p m e n t t r e n d o f t h i s p r o j e c t i n t h e w o r l d i s n a r r a t e d . T h e n t h e m a i n j o b o f t h i s t h e s i s a n d t h e e x i s t i n g p r o b l e m o f o n - l i n e i n s u l a t i o n m o n i t o r i n g s y s t e m a r e p r e s e n t e d . I n t h i s t h e s i s I t a k e t h e h i g h v o l t a g e e l e c t r i c c a p a c i t y e q u i p m e n t a s o b j e c t o f o n - l i n e m o n i t o r i n g s y s t e m a n d s p e c i a l l y d e v e l o p s u c h s y s t e m w h i c h a d o p t f i e l d - b u s t e c h n o l o g y . T h e o n - l i n e m o n i t o r i n g s y s t e m' s s t r u c t u r e o f h i g h v o l t a g e e l e c t r i c e q u i p m e n t i s i n t r o d u c e d e m p h a t i c a l l y . T h e i n s u l a t i o n c h a r a c t e r o f h i g h v o l t a g e c a p a c i t y t y p e e q u i p m e n t i s a n a l y z e d i n t h e o r y a n d t h e m a t h e m a t i c a l m o d e l i s g i v e n . D i g i t a l w a v e f o r m a n a l y t i c a l m e t h o d b a s i n g o n F F T i s p r e s e n t e d a n d u s e d t o a n a l y z e s i g n a l a n d c a l c u l a t e s i g n a l , w h i c h w a s u s e d a s a b a s i c m e t h o d o f o n - l i n e m o n i t o r i n g . A n d t o e a c h e r r o r w h i c h i s l i k e l y t o o c c u r i n h i g h v o l t a g e c a p a c i t y t y p e e q u i p m e n t d u r i n g t h e m o n i t o r i n g , a n a l y s i s a n d j u d g m e n t a r e g i v e n . T h e s e n s o r i s t h e k e y c o m p o n e n t o f o n - l i n e m o n i t o r i n g s y s t e m , s o t h e t e c h n i c a l r e q u i r e m e n t a n d d e s i g n f e a t u r e o f s e n s o r a r e i n t r o d u c e d e s p e c i a l l y . T h e c o m m u n i c a t i o n c o m p o n e m s o f o n - l i n e m o n i t o r i n g s y s t e m a r e e l u c i d a t e d d e t a i l e d l y . F i r s t l y t h e c o n c e p t a n d c h a r a c t e r o f f i e l d - b u s t e c h n o l o g y i s g i v e n , t h e n t h e c o m m u n i c a t i o n s c h e m e i s d e s i g n e d a n d a p p l y i n g g i s t i s p o i n t e d . T h e n s o ft w a r e fl o w c h a r t o f c o mmu n i c a t i o n b e t w e e n u p p e r c o n t r o l l a y e r a n d l o w e r i n t e l l e c t u a l i z e d t e r m i n a l l a y e r w h i c h i s o n t h e s p o t . A f t e r t h e h a r d w a r e c o m p o n e n t a n d t h e s o f t w a r e c o m p o n e n t o f o n - l i n e m o n i t o r i n g s y s t e m a r e d e s i g n e d , t h e l o w v o l t a g e s i m u l a t e d t e s t , h i g h v o l t a g e t e s t s i m u l a t i n g t h e f i e l d a n d s o m e a i t i - i n t e r f e r e n c e d e s i g n e d w i t h f i e l d - b u s t e c h n o l o g y c a n w o r k a c c u r a t e l y a n d r e l i a b l y . I n t h e t h e s i s s o m e u s e f u l e x p l o r i n g a b o u t o n - l i n e m o n i t o r i n g s y s t e m f i e l d i s d o n e a n d i t s r e t u rn s h a v e p r a c t i c a b l e s i g n i f i c a n c e t o o u r c o u n t r y 's o n - l i n e m o n i t o r i n g f i e l d . 第一章概 述 第一节 开展在线绝缘监测的意义 高压电气设备主要是由 两类不同材料构成: 一类为金属材料， 包 括铜、 铝等导电材料， 硅钢片等导磁材料， 铸铁钢板等外壳或结构材 料;另一类为绝缘材料， 如绝缘纸 ( 及纸筒、 纸板) 、塑料潮莫 、 层 压板、电瓷、绝缘油等。相对于金属材料而言，绝缘材料容易损坏。 特别是有机绝缘材料， 如绝缘纸、塑料、 绝缘漆或胶等， 很容易老化 变质而使机电强度显著降低。 因而绝缘结构机电性能的好坏往往成为 决定整个电力设备寿命的关键所在。 据有关部门统计， 高压电力系统 中8 0 %以 上的事故属于绝缘事故。 为了防止事故乃至杜绝绝缘事故， 一方面要求制造商使用优质绝 缘材料， 改善绝缘结构、改进制造工艺; 另一方面， 则要求运行部门 提高对设备绝缘缺陷的诊断技术水平。 我国从5 0 年代开始，几十年来一直根据电力设备预防性试验规 程的规定， 对电力设备进行定期的停电 试验、 检修和维护。 通过这些 试验， 大量严重受潮和有明显缺陷的设备被检查出来。 但是随着电气 设备的大容量化、 高电压化、结构多样化及密封化， 对常规停电预防 性试验而言，由于所采用的方法大多是传统的简易诊断方法， 因而显 得不太适应，主要表现在: 1 、试验时需要停电。目 前我国电力供应还比较紧张，实施计划 停电， 会给生产带来一定的影响。 在某些情况下， 当由于系统运行的 要求设备无法停运时， 往往造成漏试或超周期试验， 这就难以及时诊 断出绝缘缺陷。另外， 停电后设备温度降低， 测试结果有时不能反映 真实情况。 研究表明， 约有5 8 . 5 %的设备难以根据低温度试验结果做 出正确判断。 2 、试验时间集中，工作量大。一则劳动强度大，二则难以对每 台设备都进行十分仔细的诊断， 对可疑的数据未能及时进行反复研究 .一 2一一一一一 和综合判断，以致酿成事故。 3 、试验电压低， 试验结果的有效性值得研究。 对于传统的预试 方法，试验电压一般在 1 0 K V及以下，由于试验电压低，不易发生缺 陷，所以曾多次发生预防性试验合格后的烧坏、爆炸情况。 由于绝大多数故障在事故发生前都有先兆， 如: 对电容型设备来 说，当绝缘有缺陷劣化后， t g S 、 C x 、 末屏泄漏电流I x 都可能会增 大。 这样就为开展在线绝缘监测提供了有利条件。 由于设备的运行电 压远高于停电后的试验电压， 利用运行电压本身对高压电气设备绝缘