电力设备在线监测与故障诊断课程设计题目：电气设备绝缘在线监测系统专业：电气工程及其自动化班级：09电气2班学生姓名：王同春学号：0967130219指导教师：张飞目录摘要 (3)引言 (3)1 在线监测技术的发展现状 (3)1.1 带电测试阶段 (3)1.2 在线监测及智能诊断 (4)2 在线监测技术的基本原理 (4)2.1 在线监测系统的组成 (4)3 硬件设计 (6)4 电流传感器 (6)5 前置处理电路 (7)6 数字波形采集装置 (7)7 现场通信控制电路 (8)8 结语 (8)参考文献： (8)摘要: 绝缘在线监测与诊断技术近年来受到电力行业运营、科技部门的高度重视，应对其进行深入研究并开发应用。
在线监测系统主要是对被测物理量（信号）进行监测、调理、变换、传输、处理、显示、记录、等多个环节组成的完整系统。
随着传感器技术、信号采集技术、数字分析技术与计算机技术的发展和应用，使在线监测技术将向着更加准确、及时、全面的方向发展，使电气设备的工作更加安全可靠。
关键词: 电力系统；高压电气设备; 绝缘在线监测系统;引言在电网中，高压电气设备具有不可替代的作用，若其绝缘部分劣化或存在缺陷，就可能对电网设备的正常运行造成影响，进而引发安全事故。
而以往的设备检修和测试工作都是在电网设备运营过程中，通过定期停电的方式来完成的。
但这种检修方式也存在很多问题：①检修时必须停电，影响电网正常运营。
一旦碰到突发状况，设备不能停电而造成漏试，可能埋下安全隐患。
②由于测试程序繁琐、时间集中，且任务紧迫，工人的工作量较大，极易受人为因素影响。
③检修周期长，某些故障就极易在这个周期内快速发展，酿成大事故。
④测试电压达不到10KV，设备实际运营时的电压要比这个数值要大，同时因为测试期间停电，设备运营过程中关于磁场、温度、电场以及周围环境等情况无法真实的反映出来，因而测试结果不一定与实际运营情况相符。
高压电气设备随着电网容量的持续增大而急剧增加，以往的预防性测试及事故维修已无法保证电网的安全运营。
而且，因为高压电气设备的绝缘劣化是经过长时间累积的，在某些条件下，预防性测试已失去其应有的作用。
所以，实现高压电气设备绝缘实时、在线的动态监测，可通过局部推测整体，通过现象预测本质，由当前情况预测未来发展，无需卸设备逐一测试，符合现代化设备的生产、使用及维修的要求。
1 在线监测技术的发展现状在线监测技术的发展方面，高压电气设备的绝缘大致经过了两个阶段。
1.1 带电测试阶段自十九世纪七十年代开始进入带电测试阶段。
当时只是本着确保正常通电的的条件下直接测量电网设备中的部分绝缘参数。
这一阶段研发了很多专用的带电测试仪器，监测技术实现了由以往的模拟测试向数字化测试模式转变。
但设备构造简单，缺乏灵敏度，仍有部分参数无法测试。
到了八十年代，随着计算机信息处理、光纤、传感等新技术的研发，才真正实现了在线监测及诊断。
1.2 在线监测及智能诊断自九十年代以来，计算机技术不断普及和广泛应用，以计算机处理技术为主的微机多功能绝缘在线监测系统应运而生。
其有效整合了局部放电监测、泄露电流及介质损耗值监测、红外测温、超声波探测、油中溶解气体分析等多项监测技术，可对更多的绝缘参数进行在线监测。
近些年来，智能技术、数字信息技术快速发展，电网系统监测方面开始逐步运用小波分析、专家系统、神经网络和模糊理论等数据处理方式，经过全方位的分析和判断，可对设备绝缘缺陷进行准确定位，同时实现对电网系统的在线监测及诊断，并提出解决措施。
这种在线监测信息较大、处理速度快，能对系统参数进行实时的在线监测、打印、远传、存储、越线报警，监测过程逐步自动化。
目前，我国的电网容量持续增加，电压等级也随之大幅度提升，这对电网的安全运营提出了更高的要求，已显得尤其是必须加强对老旧设备绝缘作用的监测。
所以，该技术具有广阔的市场市场前景，还为状态维修工作的开展提供了可靠的数据源。
2 在线监测技术的基本原理2.1 在线监测系统的组成目前的在线监测设备通常分为硬件和软件两大块。
硬件电路包括传感器部分、前置处理电路部分、数字波形采集装置、现场通信控制电路等，它能实现信号的转换、放大、滤波、触发、采样等多种功能。
主要完成数据信号的采集、程控放大、滤波等功能。
软件部分根据所建立的数学模型，应用FFT 等分析方法，计算介损、局放、频率、电容、各次泄漏电流等物理量，存入数据库，作为分析故障可能性的判据。
在线监测系统一般由传感器系统、信号采集系统、分析诊断系统组成。
①传感器系统：主要用于信号采样及传输，由各种传感器和信号传输电缆组成。
传感器主要用于实现与一次运行设备的隔离，采集需要的传输信号传输给信号处理部分。
②信号采集系统：主要对采样信号进行处理并输入计算机，将传感器得到的模拟量转换为数字量进行传输，利用低通滤波、过零整形等数字滤波技术对采集到的信号进行滤波处理，消除输入信号中的直流成分和高频信号，抑制干扰，提取真实信号，并进行信号的还原。
③分析诊断系统：主要对采集到的信号进行分析、处理、诊断，得到所测电力设备绝缘的当前状况，根据电力设备绝缘监测的要求显示、储存所测量的各种数据、结果，必要时可打印出来，对超标准的设备提示报警，向上一级控制中心传输信息或接受命令(图1 为在线监测的基本流程框图)。
2.2 在线监测系统的主要监测对象和参数变电站高压电气设备绝缘在线监测系统主要监测对象有PT、CT、MOA、OY、CVT、TYD、变压器、电抗器等设备。
其监测参数见表如下：2.3 在线监测的一般功能2.3.1 设备运营时，对避雷器的容性电流、阻性电流的变化情况进行监测，以全面了解系统内部受潮、绝缘老化状况。
2.3.2 测量CVT、套管、电流互感器、耦合电容器等容性设备的介质损耗值、泄漏电流，对其内部受潮、绝缘老化等状况有大致的了解。
2.3.3 对充油设备绝缘油内部可燃性气体变的变化趋势进行监测，目的是了解设备内部是否存在放电、过热等问题。
2.3.4 检测阻抗的稳定性能，避免强电磁场对其产生的干扰。
2.3.5 通过专家分析系统，针对设备的绝缘性能进行智能判断。
2.3.6 远程传输经过系统处理后的数据，达到资源共享的目的。
3 硬件设计在线监测系统采用以软件分析为主的监测方法，硬件电路相对较简单，但由于容性电气设备的介损tan 值和MOA的阻性泄漏电流值均较小，因此，对于硬件电路的性能要求较高。
为提高测量的准确度和精度，需要采用具有高灵敏度、低温漂、高共模抑制比的硬件电路，以达到既能消除干扰又使信号不失真。
硬件电路包括传感器部分、前置处理电路部分、数字波形采集装置、现场通信控制电路等，它能实现信号的转换、放大、滤波、触发、采样等多种功能。
原理图如图2：图2 硬件系统框图4 电流传感器电气设备绝缘在线监测系统需要采集的信号有：①电容型设备绝缘泄漏电流，它包括电流互感器TA、电压互感器TV、耦合电容OY、电容式电压互感器CVT、变压器套管BUSH，它的范围从几十毫安到几百毫安，属电容性电流；② MOA避雷器的泄漏电流，它的范围从几百微安到毫安，属阻容性电流；③变压器铁心接地电流和变电站污秽泄漏电流，前者从几十毫安到安，后者从几毫安到几百毫安，都属于有功电流；④作用在各设备上的母线电压；⑤变电站环境温度、湿度。
由于这些信号的性质和大小不同，所需用的取样探头性能差异也较大，因此必须面向对象研制相应的电流传感器才能满足在线监测的要求。
5 前置处理电路对于绝缘监测的电流信号，由于不同的设备其电流幅值大小也不同；对同一设备，在正常运行和出现异常时，其电流幅值大小也不同。
当设备绝缘良好、清洁干燥时，流过设备末屏的电流较小；设备运行过程中，因受潮、绝缘老化等原因可能使流过设备末屏的电流增大。
在这种情况下，若硬件电路放大倍数固定不变，则无法满足测量要求，不利于准确测量。
A／D 转换器对输入的模拟信号的电平大小是有一定要求的，如0-2V，0-5V或一5～5V等。
为了减少转换误差，希望送来的模拟信号在A／D转换输入的允许范围内尽可能大，这就要求对采集到的信号的幅值进行必要的调整，选择合适的放大倍数。
电路由放大倍数可调的集成放大器、分压器，模拟开关，电压跟随器，同相比例放大器组成。
经传感器在现场采集的电压、电流信号不可避免地要受到来自外界的电磁干扰信号的影响，而传感器或放大电路本身也可能产生一些噪声信号，严重时待测信号将被淹没。
若直接将信号输入采样保持器，将使采样得到的数据出现误差，严重时甚至得不出正确的结论。
为此，需要对采集到的信号进行滤波处理，抑制杂散干扰信号，以提高系统的信噪比。
6 数字波形采集装置利用计算机对信号进行分析，必须要求有高精度的A／D 转换电路；同时，由于是同时对电压和电流信号进行同步采样，还需要为每路信号设计采样保持器。
因此，这部分电路需要实现频率跟踪、采样／保持、A／D转换等功能，具体结构框图如图3。
图3 数字波形采集装置图7 现场通信控制电路为了实现可靠的远距离数据传输，拟采用ICP的ND型RS-485通讯模式。
ND型S-485网络的信号传输方式类似于计算机网络总线通信方式。
所有ND 型控制模块下挂的信号集中箱体只有l根信号输出线，而所有的这种信号线最终都连接到一根主信号电缆上，这样不但结构简单明了，而且大大节省了信号电缆的敷设量。
实际应用时，选择ND 型模块作为系统的核心组件，除了考虑到RS-485网络运行的高可靠性外，还因为RS-485网络通讯仅需要2根一般的信号线，如双绞线，这就减少了主控室主机到现场控制电缆的敷设数量，简化了系统结构。
8 结语在线监测系统将成为电力系统最具潜力的技术之一，将以集中、高智能化、高精度为发展方向，实现电力系统管理的综合自动化。
高压电气设备绝缘在线监测可以实时掌握变电站内高压电气设备的绝缘状况，对提高设备运行维护水平，及时发现事故隐患，合理分配人力物力资源，减少停电事故有着积极的意义。
但是现如今，高压电气设备绝缘在线监测系统还不够完善，为此对其作如下展望：（1）在不断积累监测数据和诊断经验的基础上，发展人工智能技术，建立专家系统，实现绝缘诊断自动化；（2）不断提高监测系统的灵敏度和可靠性，如实现采样装置的快速响应和高灵敏度、高稳定度；（3）对系统的监测数据进行网络化、智能化的管理，以便有关人员对设备管理作出更加高效、准确的决策。
参考文献：[1]肖登明.电力设备在线监测与故障诊断[M].上海交通大学出版社,2005[2]苏树桐.高压电气设备绝缘在线监测技术浅析[J]. 机电信息,2011,30(312):33-35。