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【摘要】 首先说明在线监测技术产生的原因，相比于绝缘预防性试验的优点和在线监测系统的组成。然后分别就电力变压器、高压断路器、电容型设备的在线监测的重要性以及监测思路、过程和方法做了简单介绍。之后又对其他重要电力设备如：电动机、绝缘子和套管、避雷器在线监测的一般方法做了简单列举，并且提到了一些其它常用的在线监测技术。最后就在线监测的发展和电力系统现状提出了一些看法。
【关键词】 在线监测 电力变压器 高压断路器 电容型设备 绝缘监测
引言
为了最大程度上保证电力设备的正常安全运行，几十年来我国沿用的定期进行绝缘预防性试验的方法与制度发挥了重要作用。但是由于预防性试验存在试验时需要停电，试验时间集中，工作量大，试验电压低，诊断有效性值得研究等缺点，所以已经逐渐被在线监测技术所取代。
为降低停电和维修费用，电力设备的维护也逐渐由事后维修向时间基准点维修，再向建立在在线监测技术上的状态维修转变。所谓在线监测是指在不影响电力设备运行的条件下，即不停电对电力设备的运行工况的健康状况连续或定时进行的监测，通常是自动进行。
在线监测系统通常由三部分组成：信号的监测系统、传输系统和处理系统，如图l所示。
监测系统主要由传感器和信号预处理系统构成，针对不同的监测对象采用不同的传感器。一般传感器直接安装在被监测设备上。预处理系统是为了防止干扰及提高信噪比，将监测的小信号进行放大和滤波处理。传输系统将监测得到的信号传送到控制室。处理系统具有传输信号的接收、处理、存储和显示等作用，它由信号处理的硬件、计算机以及分析处理软件构成。
1 电力变压器的在线监测
电力变压器是电力系统设备中最为昂贵和重要的设备之一，变压器是否能正常安全地运行也是人们最为关注的，所以对变压器的在线监测是至关重要的。
1.1 变压器局部放电(PD)在线监测
变压器局部放电在线监测技术借助先进的传感技术和电子技术，根据超声波原理将高频声学传感器放在油箱外部，以便测取局部放电或电弧放电所产生的暂态声音信号。
局部放电在线测量方法主要有超声监测法、化学监测法和电脉冲监测法，三种方法中以电脉冲监测法灵敏度最高。最近国内外出现了甚高频(VHF)、超高频(UHF)等方法。图2为PD在线监测流程图。
变压器局部放电技术是使用最早的变压器在线监测技术之一，相对之前的停电局部放电检测，在线局部放电检测在工作量和经济效益方面有其显著的优点。但随着近些年电力系统的快速发展，变压器容量和电压等级的不断提高，对变压器安全运行的保障问题也显得越来越重要。尽管变压器局部放电在线监测技术已经发展了几十年，但从产品的可靠性及运行状态来看，还有很多问题亟待解决。例如现场噪声的抑制、局部放电模式的识别及局部放电的定位等。
1.2 变压器油性能指标在线监测
变压器性能指标在线监测主要是针对变压器油中溶解气体和水分的在线监测。一般情况下，如果变压器油中发现了特征气体，则表明其内部已经存在较严重的局部放电。对于运行中的变压器来说，若其油质产生变化，并进而达到某一程度，则会对变压器的绝缘性能造成影响，危及变压器安全运行。
在正常情况下，运行中的变压器内部的绝缘油和固体绝缘材料由于电和热的作用，会逐渐老化和分解，产生少量的各种低分子烃类和H2、CO2、CO，这些气体大部分溶解在油中，当存在局部过热或局部放电等缺陷时，就会加快这些气体的产气速度，随着故障的发展，分解出的气体形成气泡在油中对流、扩散，不断溶解在油中。我们如果能及时发现这些量的改变情况，也就可以及时地对变压器进行调整和维修。
图3为变压器油气体在线监测分析原理框图，其工作流程为：运用油气分离装置将变压器油中的气体分离出来，并保存在存储装置中，然后使用气体分解装置将不同气体分离开，再利用气敏传感器将气体信号转换为电信号，将交流电信号转换为直流电信号，再送给智能单元进行数据计算与分析，最终得出变压器绝缘状况，供有关人员参考或作为诊断系统输入信号，当绝缘状况危及安全运行时，可发出报警信号。
这种方法根据测试对象、取气方法和检测器(传感器)可分为若干种，油中溶解气体在线监测已成为一项很有发展前途的新技术，近年来，这一技术的研究正在向着更深、更高层次发展。
1.3 变压器绕组变形在线监测
上世纪90年代以来，变压器事故演变为绕组变形，目前还没有什么有效的办法来解决这个问题，所以变压器绕组变形在线监测的研究目前也得到了充分重视。在绕组受到了轴向、幅向力和短路力的作用下，变压器绕组就会产生变形。目前通常采用的吊罩检查方法只能看到高压绕组的状况，但是却不能观测到在高压绕组内部的中、低压绕组所发生的形变，加上变压器绕组的变形具有相当大的隐蔽性，所以如何对变化量进行测量和提取就成了最关键的问题。
现在通常通过在线监测变压器短路电抗值的变化来进行绕组变形与否的监测和判断。因为绕组的适中电抗值与绕组的变形程度、几何位置变化密切相关，即短路电抗直接取决于绕组的几何结构。
2 高压断路器的在线监测
高压断路器是电力系统中最重要的开关设备，而断路器又直接关系到电力设备能否正常安全地运行。所以为了尽量减少停电检修所带来的安全隐患和故障事故造成的经济损失，对断路器的在线监测也显得尤为重要。
2.1 机械特性在线监测
目前，断路器的机械系统在线监测主要有以下几种方法：振动信号的在线监测、断路器操作线圈电流的在线监测、操作运行特性的监测和主操作杆上机械负载的在线监测。
2.2 绝缘在线监测
绝缘在线监测技术，主要针对绝缘早期缺陷及发展过程的变化特征和极限故障参数的预报警及报警，根据绝缘参数变化的速度和趋势，提供对设备健康状态诊断的佐证。
断路器的绝缘在线监测包括泄漏电流、局部放电、介质损耗等内容。这些参数都可归纳为电容型设备在线监测技术。
2.3 电磨损在线监测
通过监测开断电流、电弧能量、开断电流加权累计值等，可间接估计灭弧室和触头的电磨损程度。电磨损的计算是基于反比于开段电流和燃弧时间，核心思想是电磨损取决于累计燃弧能量。
2.4 温度在线监测
采用红外热像仪是在线监测温度的有效手段，但对内部触头温度的测量则只能通过由温度敏感元件制成的监测仪来实现。
3 电容型设备的在线监测
电容型设备是重要的输变电设备，按照高压电力设备的绝缘结构来分类，则电容型绝缘结构的设备占了多数，它们广泛用于电力系统的高压变电站中。所以电容 型设备一旦发生绝缘故障将严重影响整个变电站的安全运行，因此实现电容型设备绝缘的在线监测很有意义。
统计表明，电力设备运行中70％左右的故障是由绝缘故障引起的，不仅是由于电应力作用引起绝缘破坏而导致绝缘故障，而且机械力或热效应也会发展为绝缘性故障。介质损耗因数(tan 6)是设备绝缘的局部缺陷中介质损失引起的有功电流分量Ir和设备总电容电流Ic之比，是反映绝缘特性的一个重要参数。通过测量tan δ值可以反映出绝缘的一系列缺陷，如绝缘受潮、油或浸溃物脏污或劣化变质、绝缘中有气隙发生放电等。它的数值能够灵敏地反映小电容中的严重局部缺陷，但对大型设备(如大容量变压器)绝缘中的局部缺陷(如变压器的套管)却不能灵敏发现，这时应对其进行分解试验，即分别测量各部分的tan δ值。
目前测量tan δ值最常用的一种方法是西林电桥法。西林电桥是一种高压交流电桥，可以在高电压下测量绝缘的电容值以及介质损耗因数值。配以合适的标准电容器，西林电桥还可以在设备额定电压下测量其电容值和介质损耗因数值。在这里就不对西林电桥测tan δ的方法作具体叙述了，可参见相关书籍。
4 其它重要电力设备的在线监测
4.1 发电机的在线监测
发电机绝缘结构主要包括槽间绝缘、匝间绝缘和端部防晕。主要有发电机放电的在线监测(中性点射频法、耦合电容法、高频天线法)、发电机温度的在线监测和发电机非电量的在线监测(绝缘过热烟雾监测、气体成分在线监测)。
4.2 绝缘子和套管的在线监测
对绝缘子的在线监测最为主要的量即为绝缘子的电压分布，对绝缘子电压分布的在线监测工具主要有：劣化绝缘子光电测杆、自爬式不良绝缘子监测器、电晕脉冲式监测器。除此之外还有红外热像仪监测法、激光振动监测法等方法也被广泛使用。
4.3 避雷器的在线监测
对无并联电阻避雷器主要要对其绝缘电阻、泄露电流、工频放电电压等进行监测，有并联电阻避雷器则要关注其电导电流、交流分布电压等量。
4.4 其它
除了上述各种电力设备之外还有很多其他方面也会用到在线监测，例如电力电缆的在线监测、电动机的在线监测、过电压的在线监测、高压开关柜的在线监测、接地线状态的在线监测、电能质量的在线监测、输电线路拉线防盗的在线监测等等。可见电力系统是一个庞大而复杂的系统，这也为我们新一代的电气人给出了新的挑战。
5 结束语
近些年来，随着电网容量的不断提高，计算机技术的迅速发展，生活水平和工业水平的不断进步，人们对用电质量和用电安全提出了新的要求。而绝大多数故障都是有先兆的，这就要求电力系统发展一种连续或定时的监测技术，在线监测就在这种情况下产生了。
虽然前面也提到过，在线监测在很多方面弥补了仅靠定期停电预防性试验的不足，但目前还不能认为在线监测将全面替代停电预防性试验。而且电力系统的复杂性也决定了它不可能由一种单一的技术来完成某一项工作，也不可能保证完全杜绝故障和危险的发生，这就要求我们熟练运用所学的知识和积累的经验解决电力系统运行中碰到的问题，尽可能地减少事故地发生，让电力设备在一种安全而又经济的条件下运行。同时，我们也要加快研究工作，探索在线监测的新技术，增强在线监测系统的智能化水平，提高监测系统的利用率，为我国的电力行业做出自己的贡献。
【关键词】 在线监测 电力变压器 高压断路器 电容型设备 绝缘监测
引言
为了最大程度上保证电力设备的正常安全运行，几十年来我国沿用的定期进行绝缘预防性试验的方法与制度发挥了重要作用。但是由于预防性试验存在试验时需要停电，试验时间集中，工作量大，试验电压低，诊断有效性值得研究等缺点，所以已经逐渐被在线监测技术所取代。
为降低停电和维修费用，电力设备的维护也逐渐由事后维修向时间基准点维修，再向建立在在线监测技术上的状态维修转变。所谓在线监测是指在不影响电力设备运行的条件下，即不停电对电力设备的运行工况的健康状况连续或定时进行的监测，通常是自动进行。
在线监测系统通常由三部分组成：信号的监测系统、传输系统和处理系统，如图l所示。
监测系统主要由传感器和信号预处理系统构成，针对不同的监测对象采用不同的传感器。一般传感器直接安装在被监测设备上。预处理系统是为了防止干扰及提高信噪比，将监测的小信号进行放大和滤波处理。传输系统将监测得到的信号传送到控制室。处理系统具有传输信号的接收、处理、存储和显示等作用，它由信号处理的硬件、计算机以及分析处理软件构成。
1 电力变压器的在线监测
电力变压器是电力系统设备中最为昂贵和重要的设备之一，变压器是否能正常安全地运行也是人们最为关注的，所以对变压器的在线监测是至关重要的。
1.1 变压器局部放电(PD)在线监测
变压器局部放电在线监测技术借助先进的传感技术和电子技术，根据超声波原理将高频声学传感器放在油箱外部，以便测取局部放电或电弧放电所产生的暂态声音信号。
局部放电在线测量方法主要有超声监测法、化学监测法和电脉冲监测法，三种方法中以电脉冲监测法灵敏度最高。最近国内外出现了甚高频(VHF)、超高频(UHF)等方法。图2为PD在线监测流程图。
变压器局部放电技术是使用最早的变压器在线监测技术之一，相对之前的停电局部放电检测，在线局部放电检测在工作量和经济效益方面有其显著的优点。但随着近些年电力系统的快速发展，变压器容量和电压等级的不断提高，对变压器安全运行的保障问题也显得越来越重要。尽管变压器局部放电在线监测技术已经发展了几十年，但从产品的可靠性及运行状态来看，还有很多问题亟待解决。例如现场噪声的抑制、局部放电模式的识别及局部放电的定位等。
1.2 变压器油性能指标在线监测
变压器性能指标在线监测主要是针对变压器油中溶解气体和水分的在线监测。一般情况下，如果变压器油中发现了特征气体，则表明其内部已经存在较严重的局部放电。对于运行中的变压器来说，若其油质产生变化，并进而达到某一程度，则会对变压器的绝缘性能造成影响，危及变压器安全运行。
在正常情况下，运行中的变压器内部的绝缘油和固体绝缘材料由于电和热的作用，会逐渐老化和分解，产生少量的各种低分子烃类和H2、CO2、CO，这些气体大部分溶解在油中，当存在局部过热或局部放电等缺陷时，就会加快这些气体的产气速度，随着故障的发展，分解出的气体形成气泡在油中对流、扩散，不断溶解在油中。我们如果能及时发现这些量的改变情况，也就可以及时地对变压器进行调整和维修。
图3为变压器油气体在线监测分析原理框图，其工作流程为：运用油气分离装置将变压器油中的气体分离出来，并保存在存储装置中，然后使用气体分解装置将不同气体分离开，再利用气敏传感器将气体信号转换为电信号，将交流电信号转换为直流电信号，再送给智能单元进行数据计算与分析，最终得出变压器绝缘状况，供有关人员参考或作为诊断系统输入信号，当绝缘状况危及安全运行时，可发出报警信号。
这种方法根据测试对象、取气方法和检测器(传感器)可分为若干种，油中溶解气体在线监测已成为一项很有发展前途的新技术，近年来，这一技术的研究正在向着更深、更高层次发展。
1.3 变压器绕组变形在线监测
上世纪90年代以来，变压器事故演变为绕组变形，目前还没有什么有效的办法来解决这个问题，所以变压器绕组变形在线监测的研究目前也得到了充分重视。在绕组受到了轴向、幅向力和短路力的作用下，变压器绕组就会产生变形。目前通常采用的吊罩检查方法只能看到高压绕组的状况，但是却不能观测到在高压绕组内部的中、低压绕组所发生的形变，加上变压器绕组的变形具有相当大的隐蔽性，所以如何对变化量进行测量和提取就成了最关键的问题。
现在通常通过在线监测变压器短路电抗值的变化来进行绕组变形与否的监测和判断。因为绕组的适中电抗值与绕组的变形程度、几何位置变化密切相关，即短路电抗直接取决于绕组的几何结构。
2 高压断路器的在线监测
高压断路器是电力系统中最重要的开关设备，而断路器又直接关系到电力设备能否正常安全地运行。所以为了尽量减少停电检修所带来的安全隐患和故障事故造成的经济损失，对断路器的在线监测也显得尤为重要。
2.1 机械特性在线监测
目前，断路器的机械系统在线监测主要有以下几种方法：振动信号的在线监测、断路器操作线圈电流的在线监测、操作运行特性的监测和主操作杆上机械负载的在线监测。
2.2 绝缘在线监测
绝缘在线监测技术，主要针对绝缘早期缺陷及发展过程的变化特征和极限故障参数的预报警及报警，根据绝缘参数变化的速度和趋势，提供对设备健康状态诊断的佐证。
断路器的绝缘在线监测包括泄漏电流、局部放电、介质损耗等内容。这些参数都可归纳为电容型设备在线监测技术。
2.3 电磨损在线监测
通过监测开断电流、电弧能量、开断电流加权累计值等，可间接估计灭弧室和触头的电磨损程度。电磨损的计算是基于反比于开段电流和燃弧时间，核心思想是电磨损取决于累计燃弧能量。
2.4 温度在线监测
采用红外热像仪是在线监测温度的有效手段，但对内部触头温度的测量则只能通过由温度敏感元件制成的监测仪来实现。
3 电容型设备的在线监测
电容型设备是重要的输变电设备，按照高压电力设备的绝缘结构来分类，则电容型绝缘结构的设备占了多数，它们广泛用于电力系统的高压变电站中。所以电容 型设备一旦发生绝缘故障将严重影响整个变电站的安全运行，因此实现电容型设备绝缘的在线监测很有意义。
统计表明，电力设备运行中70％左右的故障是由绝缘故障引起的，不仅是由于电应力作用引起绝缘破坏而导致绝缘故障，而且机械力或热效应也会发展为绝缘性故障。介质损耗因数(tan 6)是设备绝缘的局部缺陷中介质损失引起的有功电流分量Ir和设备总电容电流Ic之比，是反映绝缘特性的一个重要参数。通过测量tan δ值可以反映出绝缘的一系列缺陷，如绝缘受潮、油或浸溃物脏污或劣化变质、绝缘中有气隙发生放电等。它的数值能够灵敏地反映小电容中的严重局部缺陷，但对大型设备(如大容量变压器)绝缘中的局部缺陷(如变压器的套管)却不能灵敏发现，这时应对其进行分解试验，即分别测量各部分的tan δ值。
目前测量tan δ值最常用的一种方法是西林电桥法。西林电桥是一种高压交流电桥，可以在高电压下测量绝缘的电容值以及介质损耗因数值。配以合适的标准电容器，西林电桥还可以在设备额定电压下测量其电容值和介质损耗因数值。在这里就不对西林电桥测tan δ的方法作具体叙述了，可参见相关书籍。
4 其它重要电力设备的在线监测
4.1 发电机的在线监测
发电机绝缘结构主要包括槽间绝缘、匝间绝缘和端部防晕。主要有发电机放电的在线监测(中性点射频法、耦合电容法、高频天线法)、发电机温度的在线监测和发电机非电量的在线监测(绝缘过热烟雾监测、气体成分在线监测)。
4.2 绝缘子和套管的在线监测
对绝缘子的在线监测最为主要的量即为绝缘子的电压分布，对绝缘子电压分布的在线监测工具主要有：劣化绝缘子光电测杆、自爬式不良绝缘子监测器、电晕脉冲式监测器。除此之外还有红外热像仪监测法、激光振动监测法等方法也被广泛使用。
4.3 避雷器的在线监测
对无并联电阻避雷器主要要对其绝缘电阻、泄露电流、工频放电电压等进行监测，有并联电阻避雷器则要关注其电导电流、交流分布电压等量。
4.4 其它
除了上述各种电力设备之外还有很多其他方面也会用到在线监测，例如电力电缆的在线监测、电动机的在线监测、过电压的在线监测、高压开关柜的在线监测、接地线状态的在线监测、电能质量的在线监测、输电线路拉线防盗的在线监测等等。可见电力系统是一个庞大而复杂的系统，这也为我们新一代的电气人给出了新的挑战。
5 结束语
近些年来，随着电网容量的不断提高，计算机技术的迅速发展，生活水平和工业水平的不断进步，人们对用电质量和用电安全提出了新的要求。而绝大多数故障都是有先兆的，这就要求电力系统发展一种连续或定时的监测技术，在线监测就在这种情况下产生了。
虽然前面也提到过，在线监测在很多方面弥补了仅靠定期停电预防性试验的不足，但目前还不能认为在线监测将全面替代停电预防性试验。而且电力系统的复杂性也决定了它不可能由一种单一的技术来完成某一项工作，也不可能保证完全杜绝故障和危险的发生，这就要求我们熟练运用所学的知识和积累的经验解决电力系统运行中碰到的问题，尽可能地减少事故地发生，让电力设备在一种安全而又经济的条件下运行。同时，我们也要加快研究工作，探索在线监测的新技术，增强在线监测系统的智能化水平，提高监测系统的利用率，为我国的电力行业做出自己的贡献。