变电站污秽泄漏电流在线监测系统的开发
更新：2019-08-02
摘 要：介绍了一种变电站电气装备污秽泄漏电流在线监测系统的设计与实现。该系统经由过程数据收集单元实时在线监测电气装备尽缘子概况的泄漏电流和环境温、湿度等数据，采用CAN现场总线将数据传到监控分析系统进行处置，当尽缘子污秽过度时实时告警，为准确划分污区和实现状态检修提供科学依据。
关头词：污秽；泄漏电流；在线监测
1引言
随着工生产的迅速成长，年夜气污秽水平的加重，沉积在尽缘子概况的污秽层受潮后使电气装备尽缘能力下降，并常引发变电站的污闪事故。增加尽缘子串中尽缘子的片数和采用耐污尽缘子，在尽缘子概况涂憎水性防污涂料或采用有机合成尽缘子、半导体釉尽缘子，对尽缘子进行定期清扫等措施在现实运行中都有一定的作用，但削减污闪事故的效果仍不理想［1］。究其缘由主要是监测外尽缘污秽水平的方式不够周全和真实，使污区散布图污级的划分与现实不吻合，从而致使运行人员对污秽水平领会不够，没有实时清扫酿成的。而污区散布图污级的划分与现实运行情况不符的主要缘由有两点：其一是未实时修定污区散布图，其二是因停电丈盐密的方式传统、落后，给盐密监测带来很年夜的未便。
研制一种污秽泄漏电流实时在线监测系统，实时、持久的在线监测电力装备泄漏电流，真实地反映运行中电气装备外尽缘的污秽状态，研究污秽储蓄积累进程，判断污秽到达危险值的时间，总结出合理的报警值，准确划分污秽品级，实时修订污区散布图，给出肯定的清扫周期，为现场防污措施提供科学的依据，从而促进电力系统由计划检修向状态检修转变。2监测原理
污秽尽缘子概况的泄漏电流是指运行电压下受污概况受潮后流过尽缘子概况的电流。它是电压、天气（年夜气压力、温度、湿度等）、污秽三要素综合作用的成效，是动态参数。
污秽尽缘子概况的污染物如工污秽、自然盐碱和灰尘等在干燥时是不导电的。可是若是空气中的湿度很高，污染物就会变湿，导电性能就会增强，泄漏电流就会增加。泄漏电流的增加使导电的污秽层被加热，这个热起两个作用：一个作用是使湿润层变干，从而使泄漏电流下降；另外一个作用是由于污秽中具有正温度系数的电解的作用使湿润层的导电能力增强。由于污秽层和泄漏电流的不平均散布，就会形成一些干燥区。这时候凭据作用电压的年夜小，概况物理进程的成长是不不异的。年夜致可以分为几个阶段：开初，干燥区年夜，单元长度上的电压较低，电场强度不足以使空气电离发生局部放电，这类情况下泄漏电流比力平滑，一般有用值为几百微安。第二个阶段，若是湿度增加或有过电压发生，使干燥区的电场强度增年夜到使该区域上的空气电离并发生局部放电，在此时放电电弧具有上升的伏安特征，放电通道的电阻随着局部放电电弧的成长而增年夜，从而使泄漏电流减小。同时，被电弧短接的干燥区重新变得湿润而恢复导电性，然后放电电弧消失。若是外界条件不变，整个进程将不断重复。这类情况下泄漏电畅通流畅常只有几个毫安或几十个毫安，尽缘子在这类情况下是没有危险的。第三个阶段，若是湿度和电压继续增年夜，局部放电电弧将具有下降的伏安特征，这种局部放电被称为局部闪络，在这类情况下，泄漏电流年夜约为几百毫安，污闪就可能发生。
图1所示曲线为自然污秽尽缘子交流闪络进程的典型示波图（升压法），从运行中污秽尽缘的监视和预告角度动身，可将其分成三部门（如图1所示）。若是以闪络电压为基准的标么值暗示，A点B点的电压标么值划分为0.5和0.9，A点之前称为非预告区，A-B之间称为预告区，B点以后至闪络为危险区。
从示波图可以看出，自然污秽尽缘子泄漏电流的特点是泛起在预告区的泄漏电流呈不稳定状态，常以脉冲群泛起，并伴有局部的电弧形成和熄灭，预告区的泄漏电流脉冲群幅值多为几十至几百毫安，其宽度常为几个至几十个周波［3］。在闪络前，泄漏电流脉冲幅值迅速增加，且高幅值脉冲的密度也增高。正由于泄漏电流在闪络前具有上述特点，使得经由过程在线监测尽缘子的泄漏电流幅值和脉冲数及情况参数来估尽缘子的污秽水平，并在污闪发生之前给出预警成为可能。3监测系统组成
系统采用两层结构系统，由泄漏电流检测部门、若干数据收集单元、监控分析系统三部门组成，如图2所示。
3.1泄漏电流检测部门
监测系统凭据变电站电气装备情况选择分歧位置、分歧电压品级和分歧型号的尽缘子作为泄漏电流的收集点，由于变电站装备相对集中，这些典型的收集点就代表了该变电站电气装备尽缘子的污秽状态。
泄漏电流的收集是哄骗截流环来完成的。截流环是一只耐侵蚀金属启齿圆环，宽度约为10mm，它固定在尽缘子的下部，接地法兰以上约10mm处。为了使截流环与尽缘子概况靠得住接触，两者之间涂有一层导电胶。截流环收集的泄漏电畅通流畅过耐高温航空线传进电撒播感器，然后与年夜地相连，截流环与电撒播感器之间的旌旗灯号传输线哄骗金属桡性管靠得住屏障，削减现场干扰旌旗灯号叠加到有用旌旗灯号上。
泄漏电流的变化凡是从几十微安到几百毫安，且有高频闪络脉冲电流，是以电撒播感器设计和选择时遵循以下原则：线性度好、线性范围宽、敏度高、频带宽、稳定性好、抗电磁干扰能力强等，能将高频泄漏电流复现到数据收集装配的旌旗灯号输进端。为了知足这些要求，我们与南京某公司经过次实验合作开发出了一种电撒播感器，该传感器在电流年夜小从100μA到500mA、频率从0.01Hz到100kHz范围内具有足够的线性度，能够知足检测泄漏电流年夜小和闪络脉冲电流对电撒播感器的要求。为了避免高电压经由过程传感器进进装配，在传感器的原边两头并接小型避雷器，为防止年夜电流烧坏传感器，从而烧坏监测装配，在传感器的原、副边串接可恢复熔断丝，从而提高系统靠得住性。
3.2数据收集单元
3.2.1硬件设计
数据收集装配基于87C196CB硬件平台，其硬件结构框图如图3所示。主要由第二级电撒播感器、模拟滤波电路、采样连结电路、多路开关、16位A/D转换器ADS7805、87C196CB微处置器、ROM、RAM、FLASH数据存储器（10M）、硬件时钟电路DS1302、看门狗电路MAX706、打印机接口、CAN通讯回路、年夜屏幕液晶显示器等部门组成。装配可检测8路泄漏电流（包括有用值和脉冲电流幅值及次数），1路温怀抱，1路湿怀抱。泄漏电流旌旗灯号经由过程级电撒播感器隔离放年夜后由屏障电缆送进第二级电撒播感器，第二级传感器将电流旌旗灯号变换成电压旌旗灯号，经过滤波处置后送进A/D转换器，从而完成数据的收集。由于装配采用了高分辨率的A/D转换器及模拟刻度的自顺应校正，使所收集的泄漏电流精度可达0.5级以上，小能准确丈10μA。同时为了提高系统的靠得住性，装配接纳了以下措施：
（1）装配电源采用开关电源，将交流电压经抗干扰滤波回路后，哄骗逆变原理输出五组直流电源，将模拟电源与数字电源分隔，CPU数字电源与通讯电源分隔，从而减小由电源引进的干扰；
（2）每一个模拟输进回路均设有瞬变二极管等高电压制制元件，避免高电压进进装配其它回路；
（3）为了提高系统的抗共模、差模干扰能力，在交流输进回路的前端设有共、差模扼流圈及电容等，使装配抗快速瞬变干扰能力到达4kV；
（4）采用硬件、软件看门狗及非法指令中断等措施。3.2.2软件设计
在本系统中，数据收集单元软件完成以下功能：(1)实时收集泄漏电流及情况温、湿度等动态参数，并按时存储。按时存储时间距离可整定为:5min至24h肆意档；每次按时录波数据时间为60ms/路；告警录波数据时间为1s/路；各类录波数据经打包后存进10Mflash中，保留时间一年（1次/2h）；(2)泄漏电流越限自动声、光报警，越限制值按每一个回路划分整定；(3)泄漏电流波形和有用值自动和手动显示及打印功能。越限自动显示、打印，手动实时显示、打印；(4)越限事务和历史数据追思功能。越限事务按时间前后顺序显示、打印，历史数据按人工输进的时间段显示、打印；(5)网络通讯功能。收集单元能将各类数据信息经由过程CAN现场总线与监控系统通讯，经由过程GSM网络与远方调剂中心通讯；(6)校时功能。
是以，对于小型变电站，在监测点数小于8点时，一般一台数据收集单元即可完成对污秽泄漏电流的监测；而对于年夜型变电站，在监测点数年夜于8点时，则可以使用两台或多台数据收集单元即可完成，工程组态灵活。
3.3监控分析系统
后台监控分析系统软件基于Windows2000/98平台，采用VC 面向对象语言编制而成。监测系统软件界面友好，操作利便，具有以下功能：
（1）显示所监测变电站电气装备（以图标的形式，图标可以肆意组态）在站中的散布，通过点击图标可以查阅被监测装备相关信息；（2）网络通讯功能。经由过程CAN现场总线与收集单元交换各类数据信息，经由过程GSM网络与远方调剂系统交换数据信息，供远方信息查阅。（3）记实历史数据和告警数据，并提供各类方式的查询、显示（图表和波形）及打印；（4）记实SOE事务信息（包括监测装备泄漏电流越限告警事务和收集装配自己故障事务）并自动显示和打印信息；（5）事故分析：系统经由过程对被监测电气装备尽缘子的历史数据信息进行“纵比”，对统一站内其它被监测装备点的数据进行“横比”，哄骗趋向比力和相对比力相连系的方式，同时连系情况温、湿度等动态参数，实现尽缘子污秽越限的实时分析与报警；（6）显示泄漏电流幅值间变化的运行曲线，显示泄漏电流在一按时间段内随温、湿度变化的运行曲线；（7）显示并打印实时波形、历史波形和故障波形；（8）监视通讯报文等。4竣事语
在本监测系统的研制与设计进程中，查阅了年夜的国内外科技文献，分析和借鉴了年夜的尽缘子泄漏电流和污秽闪络的实验数据。监测装配的数据和各类信息可以经由过程GSMMODEM以SMS的形式传送到调剂中心，也可经由过程CAN总线传送到后台监控分析系统，然后在远传，通讯稳定靠得住。在系统的硬件和软件上接纳了一系列的抗干扰措施，解决了在变电站复杂电磁情况中准确检测微弱旌旗灯号的技术难题，从而提高了装配的活络度和靠得住性。该系统已经由过程了型式实验和挂网试运行，并有多套运用到陕西、甘肃、福建等电网，促进了变电站电气设备由计划检修到状态检修的转变，提高了电力系统运行经管水平。