高压电气设备的在线检测技术
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【摘要】当高压电气设备出现突然断电，电压不稳定跳闸等绝缘事故时，传统的做法是对电力设备定期进行绝缘预防性试验，在试验时需要停电，试验周期长，有效性、灵敏性差，对用电户，企业等的正常运行造成很大的影响。社会在不断竞争和发展中进步，科学技术的发展日新月异，传统的电力系统供应已经不能满足人们预期的要求，从而提出了高压电气设备的在线检测技术，新技术的提出在一次次试验和完善中，受到了大家和广大业内人士的肯定。
【关键词】高压电气设备；在线检测；tanδ；绝缘
1 高压电气设备在线检测技术的定义
为了适应电力设备向高压、大容量方向发展，确保电力设备的安全运行，迫切需要需求新的更加行之有效的绝缘检测技术。经过长期的研究，人们已经发现：在运行状态下对高压电力设备的绝缘状态进行检测是反映设备绝缘状态的有效而又灵敏的方法，这就是在线检测。“在线”即被测设备处于正常运行状态而不需要停电，试验在运行电压下进行，最能反映设备的实际绝缘状况，在线检测不需要改变设备的运行条件可实现随时检测。在线检测是绝缘检测技术的发展方向，具有良好的应用前景。
高压电气设备在线检测技术具有以下优点：
1.1 不需要电力设备停电就可以了解运行设备的绝缘状况，减少了停电对用电客户及供电可靠性的影响，减少了倒闸操作工作量，降低了安全风险，节省了大量人力、物力。
1.2 在设备运行时进行检测灵敏度高，可实现随时控制，随时调整，克服了预防性试验周期长的不足，提高了检测的有效性。
1.3 在线检测通过对所测得的大量数据，及数据判断分析，为电力设备的检测提供了依据，克服了传统的盲目检测方式，为电力企业节约了生产资金。
1.4 进入21世纪的信息时代，与计算机网络相结合，采用了适用的专家诊断系统，大大提高绝缘监督水平。
2 技术研究的发展概况
20世纪70年代，国内研究并开始推广在线监测技术，但当时技术落后，设备简单，人力资源匮乏，水平较低。随着社会的发展，科技的进步，各种新兴产品的出现，在线监测技术的设备越来越完善，技术越来越发达，科研项目也越来越丰富，目前，该技术日趋成熟，主要表现在与计算机及网络相结合，通过计算机系统实现脱离人工的控制。
在线监测技术大致经历三个阶段：
2.1 初级试验阶段 上世纪70年代，该技术处于初级研发过程，人们在不懂得技术，没有先进设备的前提下，不断摸索探索，通过大量的实验，总结经验，该阶段设备简单，技术落后，检测灵敏度低。
2.2 数字化阶段 80年代，各种带电测试仪器的出现，使在线检测技术从试验阶段进入数字化阶段，使用数字化产品（如：传感器）进行测量，将待测参数转化为电器信号。
2.3 高科技阶段 进入21世纪，计算机风靡全球，信息科技的时代将检测技术带入计算机网络阶段，通过计算机软件编程控制，将电信号通过计算机技术、传感器、数字波形处理技术表达出来，以计算机处理技术为核心的微机检测实现了多控、随控、可控的模式。
2.4 成熟阶段 目前，随着技术的普遍推广和科技的进步，高压电气设备的在线监测技术已经得到大家的认可和欢迎。
3 在线监测技术的基本原理
在线检测技术的原理是：在电力设备正常运行的情况下，通过测量常规绝缘特征参数（流过设备绝缘的电流、电容量、介质损耗因数tanδ），从而反映设备运行的状态和是否存在的问题。而影响高压电气设备的主要参数是介质损耗因数tanδ，tanδ能及时反映设备运行存在的缺陷，灵敏度高，在线操作控制简单。
Tanδ在线检测的原理主要有两种：一种是通过硬件直接测量相位角，主要有过零点相位比较法，电压比较法等；一种是通过软件对检测信号A/D变换后，用软件对测量信号进行数字化处理得到tanδ值，主要是谐波分析法。
过零相位比较法的原理：将获取的电流信号i和电压信号u进行过零整形，使之成为过零翻转的方波I和U，用一个“或”门电路比较出I和U过零时的时间差方波宽度T(T=90°―δ），用高频时钟脉冲读取方波宽度T，根据时钟脉冲个数n及周期△T，用公式T=n△T，可计算出T的宽度，进而根据电压、电流信号频率算出δ。
谐波分析法的测试原理：首先由高灵敏度的电流互感器检测设备末端引出的电流信号，而从电压互感器二次侧抽取电压信号，经整形放大、低通滤波、程控放大后的模拟信号正再经过采样保持同步采样由A/D转换为离散数字信号，然后利用计算机对两个离散数字信号波形进行快速傅里叶变换，得到两个信号的基波傅里叶系数，进一步求出两个基波的相位差，从而得到tanδ。
4 影响tanδ在线测量精确度与稳定性的主要因素
Tanδ在线检测是一个要求精确度很高的技术，为了确保测得数据的准确度，需要对各方面考虑周到，保证尽量减少误差，确保设备的稳定运行，通过长期的试验和研究发现，影响tanδ在线测量精确度与稳定性的主要因素有以下几点：
4.1 传感器角差及电压采样信号与一次实际电压信号间的角差，是影响在线测量精确度与稳定性的一个主要因素。传感器角差随时间、环境温度、电磁干扰、振动等因素而飘移，由于δ角极小，传感器、电压采样如不保证其角差，则δ角测量精度及稳定性无法保证。
4.2 电磁场干扰的影响。运行条件下带电测量时电场干扰可能对试品电容电流幅值影响不明显，但对相位影响不可忽略，特别是对高压电气设备。所以需对信号线加强屏蔽以减少电场干扰外，还应分析不同设备处于不同电场影响程度不同的规律，采取多种切实有效的抗干扰措施。
4.3 谐波的影响。实测证明，各种类型的谐波造成被测信号失真，如零点漂移、多次过零等，会给tanδ的测量带来很大的误差。
4.4 测量回路及系统本身的精度及稳定性对tanδ测量的影响。
5 结论
高压电气设备的在线检测技术，补充了传统测量方法中出现的不足和缺陷，在高科技，信息化时代的今天，在线监测技术快速发展，能够及时反映高压电气设备运行中出现的问题，保证电网系统的正常运行，为我国电力系统的供应可靠性提供了强有力的保障。但技术中出现的问题还有待解决，如何减少各种因素对tanδ在线检测的影响，相信在以后的高科技时代，会对高压电气设备的在线检测技术会做到越来越完善。
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