電氣設(shè)備故障診斷概論課件：第12課 電容性設(shè)備在線監(jiān)測

1、電容性設(shè)備在線監(jiān)測Dissipation Factor on-line Monitoring 通常絕緣介質(zhì)的平均擊穿場強隨其厚度的增加而下降。在較厚的絕緣內(nèi)設(shè)置均壓電極，將其分隔為若干份較薄的絕緣，可提高絕緣整體的耐電強度。由于結(jié)構(gòu)上的這一共同點，電力電容器、耦合電容器、電容型套管、電容型電流互感器以及電容型電壓互感器等，統(tǒng)稱為電容型設(shè)備。 電容性設(shè)備電力電容器電容式套管高壓電流互感器（CT）高壓電壓互感器（PT）電容式電壓互感器（CVT） 是電力系統(tǒng)中檢修數(shù)量最大的一類設(shè)備，檢修項目明確，工作量大。進行在線監(jiān)測是非常必要的。電力電容器結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)單元電容器剖面圖鋁箔絕緣薄膜電極電極電極電極絕緣介

2、質(zhì)絕緣介質(zhì)電場作用下的絕緣體性能電場作用下的絕緣體性能無電場電場作用下電極化原子極化方向極化E-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-A絕緣介質(zhì)的能量損耗絕緣介質(zhì)在外部場強的作用下存在能量損耗：電導(dǎo)引起的損耗介質(zhì)極化引起的損耗電介質(zhì)的能量損耗簡稱介質(zhì)損耗。 在直流電場作用下，由于介質(zhì)沒有周期性的極化過程，介質(zhì)中的損耗僅由電導(dǎo)引起。 在交流電壓下，除電導(dǎo)損耗外，還存在由于周期性的極化而引起的能量損耗，因此需要引入新的物理量加以描述。I=Ir+ICUUICIrISQP電流相量圖絕緣介質(zhì)工作圖功率三角形回路電流I=Ir

3、+IC視在功率 S= P + jQ = U Ir+ jUIC介質(zhì)損耗 P= Q tg = U2 C tg 單元體積的介質(zhì)損耗 P= Q tg = E2 tg 使用介質(zhì)損耗P表示絕緣介質(zhì)的品質(zhì)好壞是不方便的，因為P值與試驗電壓、介質(zhì)尺寸等因素有關(guān)，不同設(shè)備間難以進行比較。 所以改用介質(zhì)損耗角正切 tg 來判斷介質(zhì)的品質(zhì)。 tg與類似，是僅取決于材料的特性與材料尺寸無關(guān)的物理量。 = 90 - 并聯(lián)等值電路I=Ir+ICUCPRUICIRI電流相量圖串聯(lián)等效電路圖ICIR串聯(lián)等值電路IUCSRUCURI電流相量圖并聯(lián)等效電路圖U 如果損耗主要是由于電導(dǎo)引起的，則常應(yīng)用并聯(lián)等值電路。 如果損耗主要由

4、介質(zhì)極化及連接導(dǎo)線的電阻等引起，則常用串聯(lián)等值電路。 必須注意同一介質(zhì)用不同等值電路表示時，其等值電容量是不同的。等值電路的應(yīng)用 由于絕緣介質(zhì)的tg 一般都很小，即1+tg2 1故CP CS = C 所以通常情況下，介質(zhì)損耗的兩種等值電路都可以用相同的表達方式：等值電路的等價性討論介質(zhì)損耗的意義 絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計時，必須注意到絕緣材料的tg。如果tg過大會引起嚴重發(fā)熱，是絕緣材料迅速老化，進而導(dǎo)致熱擊穿。 在絕緣預(yù)防性試驗中， tg是基本測試項目，當絕緣受潮或劣化時， tg將急劇上升。絕緣內(nèi)部是否存在可疑的放電現(xiàn)象，也可以通過測量 tg - U的關(guān)系曲線加以判斷?？梢?tg既是絕緣劣化的原因，也是

5、絕緣劣化的特征。介質(zhì)損耗所能反映的缺陷 絕緣受潮。 絕緣臟污。 絕緣中存在氣隙放電。UUCtgUC代表較多氣隙開始放電時所對應(yīng)的外加電壓。tg = f (U )從tg 增長的陡度可反映絕緣劣化的程度。介質(zhì)損耗的不足 tg是反應(yīng)絕緣功率損耗大小的特性參數(shù)，與絕緣體積無關(guān)。這一點并非總是有利的。 如果絕緣內(nèi)的缺陷不是分布性的而是集中性的，則tg反映不靈敏。IC幾乎是不變的。tg取決于缺陷對Ir的影響。 這相當于不同的絕緣部分相并聯(lián)的情況，總絕緣損耗為完好部分與缺陷部分介質(zhì)損耗之和。 這樣如果缺陷部分（C1）越小，則C1 / CX 越小，所以在測量整體絕緣tg時越難以發(fā)現(xiàn)缺陷部分（ tg1）的影響。

6、發(fā)電機電力電纜變壓器繞組tg反映不靈敏的設(shè)備反映靈敏的設(shè)備套管PTCT在線檢測tg的電橋法 在停電試驗中用電橋法測量tg是一種常用的、高精度的測量方法。 如果能夠在運行狀態(tài)下進行檢測，則有效性更高。傳統(tǒng)電橋法西林電橋測tg的基本線路(a) 正接法； (b)反接法被測量設(shè)備被測量設(shè)備標準電容標準電容 電橋工作電壓一般為10kV； 正接法由于調(diào)節(jié)部分處于低壓臂，操作比較安全； 當被測設(shè)備必須一端接地時，則須采用反接法。此時應(yīng)注意電橋調(diào)節(jié)部分處于高壓側(cè)。 無論是正接法還是反接法，電橋平衡時G中的電流IG = 0，所以 IDA = IAC = IX ， IDB = IBC = IN UDA = UDB

7、 ， UAC = UBC = UX 以反接法為例，IX Z3= IN Z4IX ZX= IN ZNCNCxCNCx上式虛實部分別相等，通常取 ，f =50Hz，則有（單位微法） 現(xiàn)場的電場及磁場常會影響電橋的平衡及準確的讀數(shù)，消除干擾的方法有： 可采用改變試驗電源極性的做法：如進行正、反相兩次測量。 采用加移相器的方法； 近期也有采用45或55Hz異頻電源的方法，這樣可避開50Hz頻率的干擾。 磁場干擾往往對電橋檢流計回路的影響明顯，可將檢流計移出磁場干擾區(qū)，或采用更好的磁屏蔽措施。 在線檢測tg電橋法 一般采用正接法，對運行設(shè)備進行檢測。 CN為高壓標準電容，通常存在一定的損耗tgN（已知）

8、。當電橋平衡時，測量值為tgm，有由于tgN1, tgX100%時，測量和更靈敏三相電流之和的在線檢測 上述分析表明 ，與介質(zhì)損耗因數(shù)或電容量變化相比，監(jiān)測流經(jīng)絕緣電流的變化對發(fā)現(xiàn)絕緣缺陷更為敏感。 如果三相電壓平衡，且三相設(shè)備的電容及損耗相同，則無電流通過其中性點；但如果有一項設(shè)備出現(xiàn)缺陷，則中性點有電流流過。UAUBUCYAYBYC影響因素 三相電壓不平衡。 各相設(shè)備間對地阻抗有差異。一般電容性設(shè)備在出廠時，允許其電容量存在10%的誤差。所以只有當缺陷使其等值導(dǎo)納變化很大時，這種方法才是有效的。 雜散電流干擾。UAUBUCYAYBYCYBYCYAI0Id 為了補償臨近設(shè)備造成的感應(yīng)電流的影

9、響等，提高信噪比，實際測量的是中性點的不平衡電壓。中性點三相不平衡電壓法UAUBUCYAYBYCU0RARBRCRr RA 、 RB和RC可調(diào)是補償用電阻。UAUBUCYAYBYCU0RARBRCRr 在三相設(shè)備正常情況下，先調(diào)節(jié)補償電阻，使三相不平衡電壓U0降到零或極小值。 當某一相設(shè)備出現(xiàn)缺陷時， U0將顯著增長，其靈敏度比三相不平衡電流法高得多。 以70層電容層相串聯(lián)的電容套管為例，電容量為800pF，正常情況下tg=0.3%。當某一電容層tg增大時。各參量均有增長，但以三相不平衡電壓增長最為明顯。 當70層中有一層缺陷增大時總體參數(shù)的變化。 一般當此三相不平衡電壓U0升高到數(shù)百微伏時，

10、往往反映可能有明顯缺陷。U0與缺陷tg的關(guān)系 對比結(jié)果表明，當一層缺陷進一步惡化時，|C/C0|和|I/I0|的變化都不超過2%，而三相不平衡電壓卻增大若干倍。因此三相不平衡電壓對缺陷的反應(yīng)遠比測量電流或電容靈敏。影響因素 因是三相電流的匯總，所以三次諧波影響嚴重。 目前電網(wǎng)三次諧波分量較大，有時可達I的15%。如果要求信噪比至少為2（SNR2）則時，才能較準確地測量，這顯然是不合要求的。 因此在實際測量中，需將諧波濾去，尤其是三次諧波，抑制比應(yīng)為300倍(50dB) ，才能保證 時, 既可測出。影響因素 由于這種方法必須在一次回路中接入取樣電阻R，雖然已并有保護元件，但一次側(cè)接地線一旦斷開，

11、則設(shè)備浮地，后果不堪設(shè)想。4.5 監(jiān) 測 裝 置 運 行 實 例北 京 地 區(qū) 1 座 500 kV、8 座 220 kV 變 電 站 安 裝 了 9 套 電 容 型 設(shè) 備 在 線 監(jiān) 測 裝 置監(jiān) 測 設(shè) 備 總 數(shù)：890 臺 (支) 其 中：電 流 互 感 器：468 臺， 電 壓 互 感 器：172 臺 變 壓 器 套 管：120 支， 耦 合 電 容 器：112 臺 穿 墻 套 管： 18 支1999 年 投 運 至 今，已 2 年 多正 常 設(shè) 備 的 電 容 值 基 本 在 額 定 值 的 1 % 內(nèi) 波 動， 最 大 不 超 過 3 %大 多 數(shù) 的 tan 隨 溫 度 上

12、升 而 增 加，少 數(shù) 不 變 或 下 降。同 一 設(shè) 備 測 得 的 介 損，一 天 內(nèi) 作 有 規(guī) 律 的 變 化。同 一 設(shè) 備 第 2 年 的 介 損 時 間 變 化 曲 線 與 上 一 年 相 近。 98.12 99.03 99.06 99.09 99.12介 損 變 化 曲 線1999. 03 . 20 22 介 損 變 化 曲 線1999. 03 2001. 05 介 損 變 化 曲 線研 究 表 明 ：傳 感 器 特 性 會 受 溫 度 影 響 。校 正 方 法 如 下 。測 量 每 個 傳 感 器 的 溫 度 特 性，進 行 校 正。將 每 臺 設(shè) 備 同 月 同 日 測 得 的 介 損 進 行 比 較 ， 分 析 設(shè) 備 介 損 是 否 發(fā) 生 影 響 正 常 運 行 的 變 化 。例1999. 01 2000. 09 介 損 變 化 曲 線2000 年 與 1999 年 同