摘要：建设在线监测系统存在一次性投入大的不足。研制了一种现场安装传感器、多变电站公用相同的测试装置的分离单元电气设备带电测试系统，该系统既可实现随时对设备进行不停电测试，又节省了投资，可以为110kV变电站的状态检修提供一种良好的解决方案。
关键词：电气设备；带电测试；系统；分离单元
0引言
电力系统中，为防止事故的发生，设备需要定期进行预防性试验，许多预防性试验是离线进行的，如容性设备的介损试验、氧化锌避雷器（MetalOxide Surge Arrester，简称MOA）的各项测试等；离线的预防性试验需要增加员工的工作量，如停电和一些拆卸安装工作，这无疑增加了人工成本，更为重要的是，离线试验需要停电，目前用户对停电要求也越来越苛刻，停电造成的社会影响和经济损失越来越大；此外，设备停电状况下的试验结果与运行中有差异，离线试验的结果也不能准确反映设备的状况。
为了减少停电，并能反映设备在运行情况下的状态，当前许多厂家陆续进行了容性设备在线监测系统的研究与开发[1～2]，在线监测系统也日趋完善。然而，安装在线监测系统一次性投入较大，一个变电站所有设备安装在线监测系统，投入一般为数十万至数百万元不等。对于大型的枢纽变电站，安装在线监测系统固然可以，但是对于110 kV电压等级的变电站，这种方法存在较大的困难。以中国湖南省的情况为例，每个地级市电业局110 kV变电站有30多个，全部安装在线监测系统需花费数千万元，投入太大，如果选择部分安装，又难以进行全面监测，使得在线监测效果大打折扣。为了达到既节省投资又能覆盖全面，有必要开展电气设备带电测试方法的研究，研制电气设备带电测试装置或者系统，实现既节省投资，又能实现110 kV变电站不停电测试的目标。
1系统总体结构
带电测试系统采用在每个110 kV变电站电气设备的运行现场安装可接入式传感器，每个单位配置1至2套带电测试仪，传感器的引出电缆与测试仪采用可拆卸的形式进行设计。
测试前，需要在运行设备处安装不同类型的传感器，对于同一电业局，可以在多个110 kV变电站安装传感器（传感器的投资相对来说比较小），测试 时，带上带电测试仪器以及连接电缆到现场，不需要停电就可以进行带电测试，测试完成后，收起连接电缆和测试仪即可。这样，所有110 kV变电站就可以公用1至2套带电测试仪，大大地节省了投资。系统的总体结构如图1所示。
2系统原理
2.1容性设备介损测试原理
电介质的耐电强度通常随其厚度的增加而下降，因此电力电容器常由一些极间介质厚度较小的电容元件串联组成。电容型套管、电容型电流互感器的绝缘中也设有一些均压电极，将较厚的绝缘分隔为若干份较薄的绝缘，形成了电容串联结构。由于结构上的这一共同特点，电力电容器、耦合电容器、电容型套管、电容型电流互感器以及电容型电压互感器等统称为电容型设备。电容型设备的绝缘完好时，流经绝缘的电流I超前电压U的相位φ十分接近π/2弧度(见图1)。相对于其他电气设备，电容型设备的工作电场强度较高，长期工作后设备绝缘可能发生局部损坏，即绝缘老化，此时流经绝缘的电流变化为I′＝I+ΔI。由图1可以看出，监测电流值的变化ΔI/I、绝缘的介质损耗因数tgδ(相量ΔI)以及电容量的变化ΔC/C(相应于电流相量ΔI的虚部)，可判断电容型设备是否已有绝缘缺陷。
介质损耗因数是衡量电力设备绝缘性能的重要指标之一，长期以来大多用西林电桥测量。在线监测要求测量过程自动化，不宜采用电桥，改为采用数字化测量技术。
在测量方法上，采用了正弦波参数法，即设流经绝缘的电流i＝i(t)，绝缘两端的电压U＝U(t)。正弦波参数法是通过模/数转换，将电流、电压信号离散化后，应用一定的算法(FFT)，求得参数电流幅值Im、电流角度φi、电压幅值Um、电压角度φu，再计算出i超前U的相位差φ=φi-φu，并进而算得介质损耗角δ的一种方法。
2.2铁芯接地和夹件接地电流测试原理
变压器正常运行时，是不允许铁芯多点接地的。因为变压器正常运行中，绕组周围存在着交变的磁场，由于电磁感应的作用，高压绕组与低压绕组之间，低压绕组与铁芯之间，铁芯与外壳之间都存在着寄生电容，带电绕组将通过寄生电容的耦合作用，使铁芯对地产生悬浮电位。由于铁芯及其它金属构件与绕组的距离不相等，使各构件之间存在着电位差，当两点之间的电位差达到能够击穿其间的绝缘时，便产生火花放电。这种放电是断续的，长期下去，对变压器油和固体绝缘都有不良影响。为了消除这种现象，把铁芯与外壳可靠地连接起来，使它与外壳等电位，但当铁芯或其他金属构件有两点或多点接地时，接地点就会形成闭合回路，造成环流，引起局部过热，导致油分解，绝缘性能下降，严重时，会使铁芯硅钢片烧坏，造成主变重大事故。铁芯接地故障原因主要有：
(1)安装时疏忽使铁芯碰壳，碰夹件。
(2)穿芯螺栓钢座套过长与硅钢片短接。
(3)铁芯绝缘受潮或损伤，导致铁芯高阻多点接地。
(4)潜油泵轴承磨损，产生金属粉末，形成桥路，造成箱底与铁轭多点接地。
(5)接地片因加工工艺和设计不良造成短路。
(6)由于附件引起的多点接地。
(7)由遗落在主变内的金属异物和铁芯工艺不良产生毛刺、铁锈与焊渣等因素引起接地。
当变压器铁芯存在多点接地时，由于形成了闭合的回路，造成环流，将会使得铁芯接地出电流值偏大，因此DL/T596-1996《电力设备预防性试验规程》中规定“运行中的铁芯电流一般不大于0.1A”[3]。
2.3氧化锌避雷器测试原理
避雷器结构不良，密封不严，内部构件受潮，会导致运行中泄漏电流和阻性电流分量急剧增加。可导致阀片温度上升而发生热崩溃，甚至引起爆炸事故,因此对MOA开展在线测试十分重要，MOA测试参数有如下内容。
(1)阻性电流。由于总电流中容性电流分量比例很大，故测试电流的关键是如何从总电流中分离出微弱的阻性电流。其测量原理与介损测量相同。但是，MOA电流更小，同时，由于MOA的非线性，需要考虑谐波影响。
(2)全电流。与电容性设备不同，如避雷器结构不良、密封不严、内部构件受潮，也会导致运行中泄漏电流急剧增加，因此，测试MOA全电流，不但简单，而且有效，并为现场运行所证明，当全电流变大时，再通过红外检测发现阀片是否发热，以提高准确性。
(3)三次谐波监测。避雷器结构不良、密封不严、内部构件受潮，也会导致谐波电流增加，因此可在测试全电流基础上，测试谐波电流，增加诊断灵敏性。但是，必须区分系统电压产生的谐波电流。
3系统功能
系统的主要功能有：
(1)带电测试电气设备特征参量。系统可以在不停电的情况下测试容性设备的泄漏电流、介损和电容量参数，容性设备包括变压器套管、CT、CVT三种类型；测试变压器铁芯接地和夹件接地电流大小，判断变压器是否存在多点接地故障；带电测试ZnO避雷器的泄漏电流，基波电流和阻性电流参数；测量PT电压大小，并将PT信号引入作为参考信号。
(2)参数设置功能。设置试验时的被测试设备类型，被测试设备名称，测试时环境条件，测试人员等。(3)试验报告自动生成。系统可自动生成试验报告。(4)历史数据查阅功能。可查询以往测试的历史数据，显示历史趋势。
4测试结果
通过在传感器的输入端接入信号的方式进行对比测试，测试结果如表1所示。
从上述测试结果可见，带电测试系统：
(1)泄漏电流、铁芯接地电流的测试精度可达0.2级。
(2)介损的测试误差小于0.1％。
系统开发完成后，在长沙电业局的110 kV新开铺变电站和110 kV雨花亭变电站开展了现场测试工作，测试效果良好。
5结束语
开展电气设备状态检修技术，可以有效地减少设备突发性事故，减少停电时间，延长设备的检修周期，降低检修成本，减轻检修人员的劳动强度，越 来越被广大的发供电单位所接受。本文研制的一种电气设备带电测试系统，采用现场安装接口式传感器，电缆与测试仪可拆卸，实现了多个110 kV变电站共用一套测试设备的目的，大大节省了投资，又实现了在线监测的效果，具有良好的应用前景。