直流叠加式高压电力系统绝缘水平在线监控的研究

摘 要： 电力系统及电气设备的故障大部分是由于绝缘的损坏而引起的。传统的定期检测方法，是在设备停运后，按照相关的规程进行定期的电气设备预防性试验，但设备却往往是在运行过程中由于绝缘下降损坏而发生故障，而这些在运行过程中发生的绝缘下降，定期检验是无法发现的。采用直流叠加法研制出的gjk设备实现高压电力系统绝缘状态在线监测，可以随时了解设备绝缘状态，实现预防预控目的，避免监测信息误报漏报现象，减少经济损失，大大提高供电可靠性。直流叠加式高压电力系统绝缘水平在线监控是指采用直流叠加法，将高压直流叠加在带电的交流高电压上，从而测量电力系统绝缘层的微弱的直流电流可换算成绝缘电阻。这样就可以使电力系统的绝缘水平一直处于监控中，只要监视运行中设备及电缆的绝缘变化，就能有效的控制安全运行。 关键词： 直流叠加； 绝缘； 在线监测技术； gjk 中图分类号： tm77 文献标识码： a 文章编号： 1009-8631（2013）03-0014-02 引言

电力系统及电气设备的故障大部分是由于绝缘的损坏而引起的。传统的定期检测方法，是在设备停运后，按照相关的规程进行定期的电气设备预防性试验，由此来判断设备绝缘是否良好并决定是否可以投入运行。但设备却往往是在运行过程中，因磨损、老化、受潮、机械损伤等原因造成绝缘下降损坏而发生故障，而这些在运行

过程中发生的绝缘下降，定期检验是无法发现的。

世界各地公认衡量电气设备绝缘的好与坏，至今为止唯一的只有用直流摇表（兆欧表）来判定，其他方法如测量其泄露电流等方法，都只能作为判断电气设备绝缘状况的参考。

国外许多电力公司从上个世纪70年代就开始研究并推广应用变电设备在线监测技术，主要目的就是减少停电预防性试验的时间和次数，提高供电可靠性。但当时的设备简陋，测试手段简单，水平较低。随着计算机技术的飞速发展，在线监测设备产品不断更新完善，在线监测技术水平不断提高。

如何能实现运行中能够测量系统的绝缘电阻值，目前国际上采用局放和泄漏电流的方法。局放是根据绝缘局部放电产生的高频脉冲分量来进行分析判断绝缘损坏的程度，而且只能作为参考；泄漏电流值是由设备本身的绝缘电阻产生的阻性泄漏电流和分布电容产生的容性泄漏电流构成的合成矢量的泄漏电流值，而分布电容随着空气中湿度的变化而变化，所以合成的泄漏电流值反映的绝缘值不能代表电气设备及电缆线的真正绝缘情况。

直流叠加式高压电力系统绝缘水平在线监控是指采用直流叠加法，将高压直流叠加在带电的交流高电压上，从而测量电力系统绝缘层的微弱的直流电流可换算成绝缘电阻。这样就可以使电力系统的绝缘水平一直处于监控中，只要监视运行中设备及电缆的绝缘变化，就能有效的控制安全运行。当发现系统绝缘下降趋势，但未形成事故前，根据线监控设备的显示变化进行有计划有步骤的处理，

就可以避免事故的发生。因此直流叠加式绝缘在线监控技术的使用可以杜绝系统发生大的绝缘损坏事故，具有重大的经济和社会效益。

采用国际公认的直流叠加法研制出可以在不带电或带高压电（≤35kv交流）的电气设备连续测量的高压电子直流兆欧表简称为gjk，本文对其特点、原理、应用进行阐述和分析。 1 原理

直流叠加式高压电力系统绝缘水平在线监测装置，采用国际公认的直流叠加法为35kv及以下电压等级的高压电气设备提供在线绝缘监测。直流叠加法是指在交流高压母线和中性点之间叠加上一个直流 1500v～2500v的电压，并通过测量交流高压母线和中性点之间的直流电流来计算绝缘电阻，实现绝缘电阻的在线监测。根据直流叠加法研制出的高压电子直流兆欧表简称为gjk，下文中用gjk代替此装置全称。具体过程如下。

gjk首先产生1500～2500v高压直流通过高压电阻叠加到高压母线或高压电气设备上。由于是采用按照国家标准设计的具有安全结构的高压电阻，所以不会形成短路。

而且高精度的绝缘电阻测量，精度可以达到0.01mω。 再通过绝缘告警定值的设定，实现绝缘告警功能。当被测绝缘电阻小于设定定值时，装置面板告警灯将点亮，同时输出一对告警接点。

将测量值以数字的形式在装置的显示面板上显示。提供一路模拟

量输出输出，以便dcs等系统采集。提供标准的rs232或rs485接口，直接与监控系统通讯。

gjk型高压电力系统绝缘水平在线监测装置有两个类型，gjk-i型对高压母线及母线上所有的电气设备进行连续绝缘在线监测。gjk-ii型对高压母线上的支路及单台电气设备进行连续绝缘在线监测。原理接线图分别如图1和图2所示。 2 特点

采用直流叠加法研制出的gjk设备实现高压电力系统绝缘状态在线监测后，可以随时了解设备绝缘状态，实现预防预控目的，避免监测信息误报漏报现象，减少经济损失，大大提高供电可靠性。高压电气设备可以实现真正意义上的在线绝缘监测，实时了解设备绝缘状态，能够及早发现设备绝缘缺陷，防止设备损坏。该技术应用在系统中不影响正常的发供电，且在线带电测出的绝缘阻值与停机状态绝缘测量值完全一致；可以提供准确的绝缘状态数据。对运行中的电气设备绝缘进行实时监测，监视运行设备的绝缘变化，发现在运行过程中，因磨损、老化、受潮、机械损伤等原因造成绝缘下降。

对备用的电气设备进行实时监测，发现绝缘问题及时处理，使备用设备始终保持一个良好的绝缘状态。

gjk型高压电力系统绝缘水平在线监测装置能在第一时间发现电气设备绝缘电阻降低并发出告警，在未发展成接地短路故障时给予及时处理，从而有效的防止事故的发生，提高供电可靠性。

gjk型高压电力系统绝缘水平在线监测装置能实时采集和记录电气设备的绝缘数据，为状态检修提供数据依据，将目前的电气设备定期检修转变为状态检修。

高压电气设备绝缘监测技术的实现，为设备的定期检修变成状态检修创造了必要条件。减少员工在绝缘检测时的工作量，同时提高工作效率，防止因测量绝缘不当导致误操作形成的经济损失。通过监控仪不间断在线监测设备的绝缘，随时可以观测到设备的绝缘状况以及变化过程。在预知的情况下实现预控，从而有效防止事故的发生和扩大，减少经济损失，大大提高安全生产水平。该技术反映了绝缘检测的发展方向，是实现智能电网的一个重要环节。该技术推广应用后，可以产生显著的安全效益，带来巨大的经济及社会效益。 3 应用实例

济三电力有限公司2005年建成投产，配电设施较先进，系统采用dcs监控，为绝缘自动化监测提供硬件平台，便于数据发布和分析，具备绝缘监测装置安装条件。

济三电厂安装在线绝缘监控仪情况为2号机高压变频室配电室室内安装。gjk-ⅱ监控仪分别安装2号机a一次风机高压变频器切换柜（1）和2号机b一次风机高压变频器切换柜（1）柜的面板上；磁环安装在电机三相电缆的入口段；三个采样电阻接到变频器总输出口闸刀上。

gjk-ⅱ监控仪的具体安装过程为：

1.开孔：高压变频器高压隔离柜上部左门开150㎜×73㎜的长方孔，安装gjk仪表。

2.放置仪表：将仪表放入柜门已开孔内，并用仪表安装固定在柜门上，检查是否影响开、关柜门及仪表是否碰到柜内其他东西。 3.安装磁环：拆下柜内电机三相电缆头，套入φ130mm的磁环，将其固定，并将三相电缆头按原方位恢复固定，同时引出两根5m导线（1.5mm2二芯线一根）与电阻高压线（1cm2直流高压耐压20000v）绑好，套上护套，穿过柜内，引到柜门gjk监控仪的接线位置。

4.安装电阻支架：在qs2隔离开关下口处选择适当位置，安装电阻支架。

5.安装电阻：根据要求将三个45mω高压交流耐压10000v的电阻（已成组件）分别固定在三个电阻支架上。

6.安装220v电源开关排：在柜内合适位置，安装固定，再将220v单相电源开关推入固定条内，两边固定。

7.安装单极开关：安装一单极空气开关，串接入装置1500v直流回路，控制绝缘电阻的测量。

8.连线：根据产品说明书和仪表上接线标示，连接220v交流电源、磁环引出线、高压电阻引线、dcs线（4-20ma）、开关量、真空断路器辅助触点（连接线都为1.5mm2多芯导线）。

按照以上步骤安装完成后，用自制电阻板测试电阻显示，gjk—ⅱ型产品电阻值15mω显示为“0”；切换到不同阻值对照仪表的显

示，与dcs对照误差。

gjk—ⅱ安装线路如图3所示。

图3中e表示接地，r表示接高压电阻45mω/10w（20w），alarm表示无源开关量常开触点输出，c、d接铁心次级两端。端子“1”“8”接真空断路器常闭辅助触点，端子“6”“7”表示漏电流模拟量输出4至20ma，端子“11”“12”表示绝缘电阻模拟量4至20ma，端子“13”“14”接电源ac220v。

该gjk设备投运至今，实际运行良好，具有较好的稳定性和准确度。在线测量数据与以往预防性试验记录数据相近，达到了实际运行要求，确保了机组设备的安全稳定运行，有效地保障了供电安全。 总结

直流叠加式高压电力系统绝缘水平在线监控技术能够及时发现和检测出设备内部绝缘状态的变化，对设备绝缘故障及时处理，保证电网的安全运行。高压电气设备可以实现真正意义上的在线绝缘监测，实时了解设备绝缘状态，能够及早发现设备绝缘缺陷，防止设备损坏。该技术应用在系统中不影响正常的发供电，且在线带电测出的绝缘阻值与停机状态绝缘测量值完全一致；可以提供准确的绝缘状态数据。

直流叠加式绝缘在线监控技术的使用可以杜绝系统发生大的绝缘损坏事故，具有重大的经济和社会效益。应当大力推广使用绝缘在线监测技术，积累运行经验，积极提倡推行电气设备状态检修，保证电力系统的安全稳定运行。

参考文献：

[1] 年鸿昌.gjk—ⅱ型高压在线绝缘监控仪在发电厂的应用[j].电气时代，2012（7）：76～77.

[2] 巩固，殷晓杰等.浅谈高压电气设备绝缘在线监测技术[j].煤矿现代化，2012（4）：70～72.

[3] 李卫国，屠志健.电气设备绝缘试验与检测[m].中国电力出版社，2006.

[4] 严璋.电气绝缘在线监测技术[m].北京：中国电力出版社，2002.

[5] 周燕莉.浅析电气绝缘在线监测技术[j].甘肃电力技术，2007，7：19-21.

[6] 朱德恒，严璋.高电压绝缘[m].北京：清华大学出版社，1992. [7] 成永红.电力设备绝缘检测与诊断[m].北京：中国电力出版社，2001.

[8] 罗光伟，向守并，陈晓.高压电气设备绝缘在线监测系统的研究[j].黑龙江电力，2004，26（1）：27-31.

[9] 刘民，慕世友.浅谈电气设备的在线检测问题[j].山东电力技术，2003，（6）：21-23.

[10] 罗光伟.电气设备绝缘在线监测系统[j].电工技术杂志，2005（3）：7～9.

[11] 白维，曾成碧，王涛.高压电气设备绝缘在线监测的研究[j].中国测试技术，2006，32（1）：64-66.

[12] 贺兴容.高压电气设备绝缘在线监测技术浅论[j].四川水力发电，2006，25（5）：123-125.

[13] 沈统谦.高压绝缘在线监控仪在龙固煤矿的应用[j].煤矿机电，2009（4）：117.