我国经济的快速发展让人们对电能的需求越来越大。电力系统电压水平的提高对电气设备的绝缘问题日益突出,大型电气设备(如发电机、变压器)和小型设备(如电力电容器、绝缘子)的运行只要出现故障会造成局部乃至整个地区的一次停电,给国民经济其他部门的生产运行带来严重的后果。为了保证电气设备的安全可靠运行,一方面要使用良好的绝缘材料,提高制造工艺,更重要的是要在运行中对电气设备的绝缘状态进行监督,随时掌握设备的运行情况。
随着电力工业的大力发展,电气设备绝缘维护经历了事故后维护、预测维护和预防维护三个阶段,统称为计划维护。长期的工作经验表明,无论遇到初期事故后的维修,还是比较成熟的预见性维修、计划性维修,都存在很大的局限性,很难有利于超高压电力系统的发展,对自动化的要求,主要表现为:(1)电气设备维护运行环境的计划试验条件存在较大差异,设备实际运行电压远高于试验电压(一般不超过10kV),因此在预防性试验中很难全面发现绝缘的潜在缺陷和故障;(2)预防性试验期间可能会发生事故,计划维修时可能会遗漏绝缘失效;(3)有计划的维护费时费力,不利于电力系统的自动化;(4)经济上,定期检测造成的停电对国民经济会有一定的影响,而定期检修也需要大量的资金。因此,计划维护制度已经逐渐不能满足更高的供电可靠性要求。
现代科学技术的发展,特别是变压器局放在线监测的发展,使人们能够实时监测电气设备的运行状态。相应地,人们提出了“状态维修”的概念。电气设备绝缘在线监测技术一直受到高度重视,并已成为高压技术研究领域的一个新课题。电力变压器绝缘在线监测技术是利用灵敏度高的传感器,收集反映电力变压器运行中的绝缘状态信息,通过处理信息计算获得设备的绝缘状态,其优点有:①在线监测早期及时发现设备缺陷,防止突发事故的发生,提高设备运行的安全性和可靠性;(2)可减少不必要的断电试验,避免传统试验电气设备因“过修”而造成的损耗,延长设备使用寿命;(3)在线监测可以获得离线检测无法获得的信息,为判断电气设备运行状态提供充分的信息;因此,以基于在线监测的状态维修系统取代计划维修系统是一种发展趋势。
变压器局放在线监测是电力系统中最重要、最昂贵的设备之一。对变压器绝缘状态进行在线监测具有重要的意义。据统计,国内110kV及以上电压等级的大型变压器,50%的事故为匝间绝缘事故,且几乎全部在正常工作电压下损坏。变压器内部绝缘结构以油纸绝缘为主。变压器在工作电压下的局部放电是使油纸绝缘老化、发展到击穿的重要因素。油纸绝缘的局部放电通常由气泡、杂质、导体表面的毛刺和油隙引起。导致变压器绝缘中起泡的主要因素有:一是变压器绝缘结构和制造工艺缺陷,如在变压器固体结构中被干浸不好而残留气泡,或局部电场过高,油在强电场作用下气体析出,局部过热使固体和液体气体分解;二是绝缘材料在变压器长期运行中老化变质,如绝缘湿气在热点中汽化成气泡,或在高电场中电解气泡作用下的水。可见,局部放电不仅是变压器绝缘劣化的症状,而且是变压器绝缘劣化的原因。通过测量局部放电,可以有效地发现变压器内部绝缘的固有缺陷以及由于长期运行而引起的绝缘老化所造成的局部隐患。因此,局部放电检测被认为是及时检测变压器潜在故障的一种重要方法。
据日本报道,变压器局放在线监测的应用,让每年的维护费用降低了25%-50%,故障停电时间减少了75%。从以上分析来看,对变压器实施在线监测是非常必要的。