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摘 要 TMB是对电力一次设备推行以预防性试验为基础的计划检修制度。预防性试验是电力设备运行和维护工作中的一个重要环节，是保证电力系统安全运行的有效手段之一。
关键词 高压电气设备；在线监测；硬件结构；状态检修
中图分类号 TM 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2010)122-0118-01
随着社会经济以及电力系统的发展，对发、输、供和用电的可靠性要求越来越高。同时，随着在线监测、模式识别、计算机信息处理技术等的发展，电气设备从现行的计划检修（TBM）向状态检修（CBM）转变，已成为必然趋势，因此，本文将着重讨论作为CBM基础的在线监测和故障诊断的方法，由此说明进行高压电气设备CBM的基本原则。
1 高压电气设备的在线监测
1.1 电力变压器
变压器的在线监测项目主要有油中气体测量与分析、局部放电测量、有载开关的触头磨损及机械和电气回路的完整性测量等。
1）油中溶解气体分析（DGOA）。变压器油和纤维绝缘材料在运行中受到水分、氧气、热量以及铜和铁等材料催化作用的影响而老化和分解，产生的气体大部分溶于油中。但产生气体的速率是相当缓慢的，随着变压器运行时间的延长，油中产生可燃气体可降低变压器油是一个闪点，从而引起早期故障。当变压器内部存在初期故障就形成新的故障条件，其产气速率和产气量则十分明显，绝大多数的初期缺陷都会出现早期迹象。
基于实验室的DGOA主要是依据变压器的类型或运行时间周期性地进行。有些发展期短的故障在两次定期取样期间可能检测不到。安装油中特征气体传感器连续监测，可能检测到早期的潜伏性故障征兆，从而有助于用户尽可能采取正确的检修措施。已有的DGOA技术能够确定气体的类型、浓度、趋势及气体的产生速率。油中溶解气体的变化速率在决定故障发展严重性方面很有价值。
2）局部放电。油中放电上升沿很陡，脉冲宽度多为NS级，能激励起>1GHz的超高频电磁信号。超高频范围内提取的局部放电信号基本上无外界干扰，可极大地提高局部放电检测的可靠性和灵敏度。变压器故障的原因之一是介质击穿，其原因主要是局部放电（PD）。由于局部放电能导致绝缘恶化乃至击穿，故值得进行在线监测PD参数。最常遇到的PD源正反映了绝缘中由于某些缺陷状态而产生的固体绝缘的空洞、金属粒子和气泡。
3）断路器和气体绝缘组合电器。①断路器触头磨损的评估。通过测量I2t的累积量来实现。电流取自电流互感器的二次侧， 时间则由开关辅助接点的动作时间决定。②断路器机械故障的评估。据统计，该类故障占断路器故障的40﹪。机械特性的停电、不揭盖的测量已较成熟，但在线监测难度较大。采用在线监测方法应考虑其得失利弊及经济性。电气回路的完整性可以在保护装置中实现。③在线监测GIS机械振动或局部放电已有望实现。国内有的单位利用振动法在线监测GIS的局部放电，测量原理及抗干扰措施是：①振动强度与放电强度有相同的趋势；②振动信号具有周期性；③振动脉冲与局部放电有相同的相位特征。
2 在线监测系统的硬件结构
1）带电检测结构形式。带电检测的在线监测系统是将采样用的各类传感器安装于所监测的设备上，而将A／O转换、CPU及其外围电路等集中于相应的便携式仪器中，用来对所采集的参量进行分析，以判断设备的状态。
2）集中式结构形式。集中式在线监测系统是指采用不同档次的计算机，扩展其外围接口电路，集中采集不同的模拟量，即通过大量屏蔽电缆将较微弱的被测信号直接引入系统主机，然后由主机进行集中检测及数据处理。为减少电缆的用量，后期推出的监测系统采用分区集中方式，按照变电站内设备的分布情况将被测信号分为若干个区域，分别进行汇集及信号选通，然后通过一根特殊设计的多芯屏蔽电缆把选通的模拟信号传送到主机，由主机进行循环检测及处理。
3）分层（级）分布多CPU式结构。形式为了解决模拟信号在长距离传输后所导致的失真问题，现在倾向于将微弱的模拟信号就地进行A/D转换，采用现场总线技术，由主机进行循环检测及处理。
分层（级）分布多CPU结构采用模块化设计和现场总线控制技术。它由安装在变电站内的数据采集及处理系统和安装在主控室内的数据分析和诊断系统，再通过公共电话网络，把若干个变电站的监测数据汇集到位于供电局相关管理部门的数据管理诊断系统，实现对多个变电站内的电气设备状态的实时在线监测。分层（级）分布多CPU结构的每一层完成不同的功能，每一层由不同的设备或不同的子系统组成。
一般说来，整个系统可分为4层：就地模块层，通信模块层，主控模块层，局管模块层。可应用于有人值班或无人值班变电站。
3 状态检修
事故维修－定期维修－状态维修，是技术发展的必然。定期维修以预防性试验为基础，而状态检修则必须以在线监测为基础。
进行状态检修必须研究电气设备的故障模式，采用与故障模式有关的数据，经过处理变成可用的数据。另外，要研究判据，要有针对性。例如，变压器的故障模式是：①有载开关的故障占变压器故障的近50％；②近几年变压器绕组变形的累积效应引起的动稳定破坏事故较多；③套管定期取油样反而易引起故障。断路器的故障模式是：随着少油断路器的减少和改进，绝缘拉杆受潮的故障几乎没有了，SFs泄露、液压机构漏油等故障较多，而断路器的机械结构故障几乎占断路器故障的近40％。容性设备的故障模式主要是绝缘受潮、绝缘工艺不良及MOA的阀片老化。
设备状态应包括：设备在线监测的特征量、预防性试验的结果数据、设备的历史运行状况和检修情况，以及设备现在的运行参数状况等。建立在在线监测基础上的故障诊断必须依据上述设备状态，全面而客观地进行评价。
4 结束语
1）实现高压电气设备在线监测的目的是能及时、有效地监测设备的运行状态，发现设备的潜伏性故障，以实现设备的状态检修。
2）计划检修和状态检修是2种不同的管理模式，与现场绝缘试验技术的水平及人们对设备的故障模式分析的掌握水平有关。但要实时地掌握设备状态，必须以变电站电力设备在线监测为基础。一个安全、可靠、实时的在线监测系统，无疑为状态检修提供更为有利的条件。
3）目前在线监测得到的数据分析和综合评判还处于初步状态，即使强调横向比较，注重趋势分析，最终的结论还需要人的参与，这与在线监测的数据积累不够充足有关。利用专家系统诊断是必然趋势，但目前许多专家系统还不能做到将离线的信息和在线的信息有机结合起来，从而使所得的结论可信度不够高。在数据的融合和判据的效用方面，还有许多工作要做。
4）实施状态检修与各级领导观念的更新与发展不无关系。同时，运行单位要打破目前按一次设备，二次设备、计量和通信等专业划分的运行、检修模式，要详细地分析所有能得到的信息资料，综合判断设备的状态。这对现场人员的综合素质提出了更高的要求。
5）将在线监测系统与变电站自动化系统或MIS集成，不仅能够提高状态检修的技术水平，更重要的是能够提高高压电气设备的运行可靠性。TBM的基础是高压电气设备的预防性试验，而CBM的基础则是高压电气设备的在线监测。在线监测可以提高高压电气设备的利用率，有助于TBM向CBM的转变，改善资产管理和设备寿命估计，加强故障原因分析。随着计算机技术和网络技术的发展，不仅使在线监测成为可能，而且将其进一步与变电站自动化系统和MIS集合，则有望实现真正意义上的变电站无人值班和状态检修。
关键词 高压电气设备；在线监测；硬件结构；状态检修
中图分类号 TM 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2010)122-0118-01
随着社会经济以及电力系统的发展，对发、输、供和用电的可靠性要求越来越高。同时，随着在线监测、模式识别、计算机信息处理技术等的发展，电气设备从现行的计划检修（TBM）向状态检修（CBM）转变，已成为必然趋势，因此，本文将着重讨论作为CBM基础的在线监测和故障诊断的方法，由此说明进行高压电气设备CBM的基本原则。
1 高压电气设备的在线监测
1.1 电力变压器
变压器的在线监测项目主要有油中气体测量与分析、局部放电测量、有载开关的触头磨损及机械和电气回路的完整性测量等。
1）油中溶解气体分析（DGOA）。变压器油和纤维绝缘材料在运行中受到水分、氧气、热量以及铜和铁等材料催化作用的影响而老化和分解，产生的气体大部分溶于油中。但产生气体的速率是相当缓慢的，随着变压器运行时间的延长，油中产生可燃气体可降低变压器油是一个闪点，从而引起早期故障。当变压器内部存在初期故障就形成新的故障条件，其产气速率和产气量则十分明显，绝大多数的初期缺陷都会出现早期迹象。
基于实验室的DGOA主要是依据变压器的类型或运行时间周期性地进行。有些发展期短的故障在两次定期取样期间可能检测不到。安装油中特征气体传感器连续监测，可能检测到早期的潜伏性故障征兆，从而有助于用户尽可能采取正确的检修措施。已有的DGOA技术能够确定气体的类型、浓度、趋势及气体的产生速率。油中溶解气体的变化速率在决定故障发展严重性方面很有价值。
2）局部放电。油中放电上升沿很陡，脉冲宽度多为NS级，能激励起>1GHz的超高频电磁信号。超高频范围内提取的局部放电信号基本上无外界干扰，可极大地提高局部放电检测的可靠性和灵敏度。变压器故障的原因之一是介质击穿，其原因主要是局部放电（PD）。由于局部放电能导致绝缘恶化乃至击穿，故值得进行在线监测PD参数。最常遇到的PD源正反映了绝缘中由于某些缺陷状态而产生的固体绝缘的空洞、金属粒子和气泡。
3）断路器和气体绝缘组合电器。①断路器触头磨损的评估。通过测量I2t的累积量来实现。电流取自电流互感器的二次侧， 时间则由开关辅助接点的动作时间决定。②断路器机械故障的评估。据统计，该类故障占断路器故障的40﹪。机械特性的停电、不揭盖的测量已较成熟，但在线监测难度较大。采用在线监测方法应考虑其得失利弊及经济性。电气回路的完整性可以在保护装置中实现。③在线监测GIS机械振动或局部放电已有望实现。国内有的单位利用振动法在线监测GIS的局部放电，测量原理及抗干扰措施是：①振动强度与放电强度有相同的趋势；②振动信号具有周期性；③振动脉冲与局部放电有相同的相位特征。
2 在线监测系统的硬件结构
1）带电检测结构形式。带电检测的在线监测系统是将采样用的各类传感器安装于所监测的设备上，而将A／O转换、CPU及其外围电路等集中于相应的便携式仪器中，用来对所采集的参量进行分析，以判断设备的状态。
2）集中式结构形式。集中式在线监测系统是指采用不同档次的计算机，扩展其外围接口电路，集中采集不同的模拟量，即通过大量屏蔽电缆将较微弱的被测信号直接引入系统主机，然后由主机进行集中检测及数据处理。为减少电缆的用量，后期推出的监测系统采用分区集中方式，按照变电站内设备的分布情况将被测信号分为若干个区域，分别进行汇集及信号选通，然后通过一根特殊设计的多芯屏蔽电缆把选通的模拟信号传送到主机，由主机进行循环检测及处理。
3）分层（级）分布多CPU式结构。形式为了解决模拟信号在长距离传输后所导致的失真问题，现在倾向于将微弱的模拟信号就地进行A/D转换，采用现场总线技术，由主机进行循环检测及处理。
分层（级）分布多CPU结构采用模块化设计和现场总线控制技术。它由安装在变电站内的数据采集及处理系统和安装在主控室内的数据分析和诊断系统，再通过公共电话网络，把若干个变电站的监测数据汇集到位于供电局相关管理部门的数据管理诊断系统，实现对多个变电站内的电气设备状态的实时在线监测。分层（级）分布多CPU结构的每一层完成不同的功能，每一层由不同的设备或不同的子系统组成。
一般说来，整个系统可分为4层：就地模块层，通信模块层，主控模块层，局管模块层。可应用于有人值班或无人值班变电站。
3 状态检修
事故维修－定期维修－状态维修，是技术发展的必然。定期维修以预防性试验为基础，而状态检修则必须以在线监测为基础。
进行状态检修必须研究电气设备的故障模式，采用与故障模式有关的数据，经过处理变成可用的数据。另外，要研究判据，要有针对性。例如，变压器的故障模式是：①有载开关的故障占变压器故障的近50％；②近几年变压器绕组变形的累积效应引起的动稳定破坏事故较多；③套管定期取油样反而易引起故障。断路器的故障模式是：随着少油断路器的减少和改进，绝缘拉杆受潮的故障几乎没有了，SFs泄露、液压机构漏油等故障较多，而断路器的机械结构故障几乎占断路器故障的近40％。容性设备的故障模式主要是绝缘受潮、绝缘工艺不良及MOA的阀片老化。
设备状态应包括：设备在线监测的特征量、预防性试验的结果数据、设备的历史运行状况和检修情况，以及设备现在的运行参数状况等。建立在在线监测基础上的故障诊断必须依据上述设备状态，全面而客观地进行评价。
4 结束语
1）实现高压电气设备在线监测的目的是能及时、有效地监测设备的运行状态，发现设备的潜伏性故障，以实现设备的状态检修。
2）计划检修和状态检修是2种不同的管理模式，与现场绝缘试验技术的水平及人们对设备的故障模式分析的掌握水平有关。但要实时地掌握设备状态，必须以变电站电力设备在线监测为基础。一个安全、可靠、实时的在线监测系统，无疑为状态检修提供更为有利的条件。
3）目前在线监测得到的数据分析和综合评判还处于初步状态，即使强调横向比较，注重趋势分析，最终的结论还需要人的参与，这与在线监测的数据积累不够充足有关。利用专家系统诊断是必然趋势，但目前许多专家系统还不能做到将离线的信息和在线的信息有机结合起来，从而使所得的结论可信度不够高。在数据的融合和判据的效用方面，还有许多工作要做。
4）实施状态检修与各级领导观念的更新与发展不无关系。同时，运行单位要打破目前按一次设备，二次设备、计量和通信等专业划分的运行、检修模式，要详细地分析所有能得到的信息资料，综合判断设备的状态。这对现场人员的综合素质提出了更高的要求。
5）将在线监测系统与变电站自动化系统或MIS集成，不仅能够提高状态检修的技术水平，更重要的是能够提高高压电气设备的运行可靠性。TBM的基础是高压电气设备的预防性试验，而CBM的基础则是高压电气设备的在线监测。在线监测可以提高高压电气设备的利用率，有助于TBM向CBM的转变，改善资产管理和设备寿命估计，加强故障原因分析。随着计算机技术和网络技术的发展，不仅使在线监测成为可能，而且将其进一步与变电站自动化系统和MIS集合，则有望实现真正意义上的变电站无人值班和状态检修。