面向高压电容型设备绝缘在线检测系统的设计方法研究

摘 要：随着人工智能技术向电力行业的深度融合，智能电网已成为当前电力行业主要的发展方向。所谓智能，其最为核心的部分是对电网中的电力设备，尤其是高压电容型设备进行智能检测。高压电容型设备是一种完全或者部分绝缘的电容式结构的电力设备，有着数量占比大，易发事故的特征。由于高压电容型设备在电网运行中起到关键作用，因此，高压电容型设备的绝缘在线检测对于保障电网安全性和稳定运行有着非常重要的意义。

关键词：高压电容型设备；绝缘；在线检测；智能电网

中图分类号：TM855 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）27-0119-02

Abstract： With the deep integration of artificial intelligence technology to the power industry， smart grid has become the main development direction of the current power industry. The so-called intelligent， its most core part is to power equipment in the grid， especially high-voltage capacitive equipment for intelligent detection. High-voltage capacitive equipment is a fully or partially insulated capacitive structure of power equipment， with a large proportion of the number， prone to accidents. Because the high-voltage capacitive equipment plays a key role in the operation of the power grid， the on-line insulation detection of high-voltage capacitive equipment is of great significance to ensure the security and stability of the power grid.

Keywords： high voltage capacitive equipment； insulation； on-line detection； smart grid

1 概述

高压电容型设备是一种完全或者部分绝缘的电容式结构的电力设备，主要由高压电流互感器、电容式电压互感器以及电力电容器等高压设备构成。高压电容型设备有着数量占比大，易发事故的特征。由于高压电容型设备在电网运行中起到关键作用，因此，高压电容型设备的绝缘在线检测对于保障电网安全性和稳定运行有着非常重要的意义。

高压电容型设备的维护主要是根据主要参数的实时采集以及绝缘故障诊断和评估。传统的预防性设备维护正在被状态检修的方式替代。当前，高压电容型设备绝缘在线检测方法，能够摆脱电力设备的运行状况以及时间对其的限制，检测人员能够在任意时间进行设备绝缘状态的检测，假如电力设备出现问题，能够及时发现问题并进行维护。这种在线检测方法的优势在于，能够在电力设备实际负载运行情况下的绝缘检测，这种运行时的检测方法能够真实的反映设备的安全状况。根据检测报告中绝缘出现的问题，制定针对性的检修方案。不仅如此，在线检测的方法能够降低由于维护设备的停电次数，使得设备的可靠性有效提升，提升供电总量，最终使得电力部门的整个生产率得到提高。

2 高压电容型设备绝缘在线检测的发展状况

容性设备的在线检测是高压电力系统的重要安全手段，其有效的应用保障着电网安全、可靠及经济性运行。伴随着科学技术的日新月异，设备硬件上的推陈出新，软件应用水平的精益求精。现阶段，国际上容性高压设备在线检测技术已经大范围进行应用。检测应用已从原有的模拟化检测进展到成熟的数字化检测水平，随着计算机技术、传感技术等信息智能化手段进一步应用于在线检测技术，智能化的容性电压设备绝缘在线检测在国内很多地区得到了广泛应用。

国外通常在电力一次设备的检测中，在设备自身的参量绝缘检测进行侧重性研究，而对电容型设备绝缘在线检测研究较少。国内对于此项目的研究起步也很早，技术本身对发现电力设备所存在的绝缘问题情况，在电力设备的安全运行方面相关作用非常积极，但是在实际电力应用中所取得的效果不能达到应用水平。

此种情况限于国内在某些技术领域未见突破，主要在两个方面亟待解决：其一，是在理论方面研究，在环境抗干扰性方面，高压电力设备系统冲击耐受方面等基础性研究需进一步深入；其二，在实际使用中对于检测的方法及技术问题，以及硬件设备问题，如传感器等在使用过程中出现敏感性降低运行使用情况。在线检测系统不能有效形成完整统一运行维护体系机制，系统设计的参量及开发等一系列有效解决方案体系待完善。

3 高压电容型设备绝缘在线检测系统的建立

现阶段，容性高压设备绝缘检测体系主要由簡约模式，中控模式及智能微处理模式构成。

（1）简约模式：以模拟量的人工测控提取为主，针对现场模拟实时检测设备所显示的数值或测得的数据进行人工采集，将数据汇总输入系统，这种模式较为原始，未实现自动化、智能化数据采集、检测与分析，发现问题的机率及效能低，不能满足智能化电网的需求。

（2）中控模式：主要以集成电路芯片为主体，利用传统的传感器，模式转换器，并使用已编程固定式程序进行数据检测，这种模式虽然可以简易的实现连续性检测设备情况，缺陷在于用于传输数据的大量有线传输介质存在，因此种方式使用模拟信号，在长距离传输过程中会出现信息减弱，而且周围环境的干扰对于模拟信息的准确度影响很大。

（3）智能微处理模式：已采用计算机智能化体系达到“智能电网”的发展方向，有效提高数据实时数字化采样、物联网远距离传输、预警故障分析，分布式分级处理应用，这种模式为保障高压设备的有效正常运行，故障的及时排查及抢修发挥着重要作用。

检测体系由下列基础模块进行结合：

（1）特征提取与转换模块：通常经传感器在高压设备上提取其相应状态的物理特征，进一步将其编程为合适的信号信息，为下一模块提供参量。

（2）收集与预处理模块：将上一模块提取出的电信号通过降噪，排除环境干扰所产生的异常量，通过筛选的信息进行数字化转换，进行采集保存。

（3）数据传输模块。对已收集的信息进行传输到处理模块，在固定式检测设备，其与数据处理模块距离较远，因此配备专门传输模块。而便携式检测设备，需对信号加以转换。

（4）数据处理模块：收集的信号数据来处理与分析，对时域频率等进行分析，为研判供应的有效数值。

（5）诊断模块：通过处理数据与原始数值，判定规则，算法等进行综合分析研判，来量化高压设备状态情况、故障程度，来制定相应的措施维护设施有效运转。

4 电容型设备绝缘在线监测信号的采集

在容性高压设备检测中，需实时采集交流泄漏电流、等值电容值及介质损耗角值。在交流泄漏电流的检测结果可对容性设备整体的受潮水平有效的进行反映，介质损耗角值则可以指出早期局部性的故障。上述数据的获取，通常两个方式，一是利用电压互感器测得到设备的电压信号；二是最外一层电容屏电流信号，由于该信号以毫安为量，因此极难取得，是一项技术难点。本文设计的高压电容型设备绝缘在线检测系统根据实际设施的自身情况通过相对比较测量法，使环境干扰对测量的准确性影响程度降至最低，以加强检测的准确度。相对比较测量，通过两组相同级别设备的采集信息为参数，分为检测组设备和参考组设备，获取其介质损失差和电容量比，然后对其数值和变化趋势来预判绝缘情况。特殊情况通过断电试验结果来进行验证，这种方式通过相对结果来综合分析，达到有效判定设备绝缘状况的效果。

5 介质损耗的计算方法

介质损耗的测量難点在于正确取得电压及电流采样信息中的基波频率，但是在现场应用中，环境中的磁场复杂干扰性强，信号传输中也存在着衰减干扰等，容易出现信号突变，可能出现失真非平稳现场。对于上述情况的解决通常采用算法进行平衡，可从设备与程序两个方面进行操作，以往使用的“过零”检测手段存在着硬件设计复杂，对于多次高低电平弹跳及干扰未能有效解决。

现今，数字技术已有很大飞跃，通过小波转换手段进行基波量采集来控制介质损耗的有效办法，这种新的时频数字分析方法，在信号的处理领域是最有效的方法，能够针对Fourier变换未能有效解决的诸多难点进行有效处理。可通过多尺度细化，来自动适应时频信号分析及处理要求。

6 结束语

本文针对当前高压电容型设备绝缘在线检测系统的现状进行分析，探讨了在线检测系统的构成，给出了电容型设备绝缘在线检测信号的提取方法以及介损方法。这种方法能够在高压电容型电力设备实际负载运行情况下的进行绝缘检测，真实的反映设备的安全状况，并最终以此制定针对性的检修方案，对于保障电网安全性和稳定运行有着非常重要的意义。

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