電容型設(shè)備在線監(jiān)測與診斷匯編

第三章電容型設(shè)備在線監(jiān)測與診斷On-linemonitoringandfaultdiagnosisforcapacitiveequipment1本章內(nèi)容概述測量三相不平衡電流Ik介質(zhì)損耗角正切的監(jiān)測介質(zhì)損耗角正切的異頻檢測電力電容器的在線監(jiān)測與故障診斷2§3.1概述3

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。750kV電容式電壓互感器5支撐絕緣均壓環(huán)中心導(dǎo)體懸浮電位屏蔽接地屏蔽法蘭瓷套750kV斷路器充SF6引線套管結(jié)構(gòu)圖6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）數(shù)量約占變電站設(shè)備總臺數(shù)的40%～50%。電容型設(shè)備在變電站中具有重要地位，它們的絕緣狀態(tài)是否良好直接關(guān)系到整個變電站能否安全運行，因而對其絕緣狀況進(jìn)行監(jiān)測具有重大意義。變電站中的主要電容性設(shè)備7結(jié)構(gòu)單元電容器剖面圖鋁箔絕緣薄膜電力電容器結(jié)構(gòu)8CVT：電磁單元變壓器二次失壓；電容分壓囂電容量變化；電磁單元受潮等電磁式電壓互感器：鐵磁諧振故障電容型CT：一次導(dǎo)電回路過熱故障、受潮故障及電容芯子內(nèi)局部放電故障SF6氣體絕緣CT：電容屏缺陷、蔽罩缺陷、撐件缺陷、異物電容型設(shè)備故障統(tǒng)計9耦合電容器：電容芯子受潮、密封不良、結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理、夾板在制造和加工時有缺陷、現(xiàn)用的電容器油所含芳香烴成價偏少、元件開焊、設(shè)備引線有放電現(xiàn)象等并聯(lián)電容器：滲漏油、電容器外殼膨脹、電容器溫升過高、電容器瓷瓶表面閃絡(luò)放電、聲音異常、電容器爆破等集合式電容器：電容器制造質(zhì)量不良、電容器絕緣老化、不平衡電壓保護(hù)動作10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，它是影響絕緣劣化和熱擊穿的一個重要因素。11

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。電介質(zhì)的損耗回路電流I=Ir+IC（由于介質(zhì)有能量損耗，所以電流不是純電容電流）電流Ir和IC之間的關(guān)系為：Ir=ICtg

=UCtg

介質(zhì)損耗P=UIR=U2

Ctg

單元體積的介質(zhì)損耗p=P/sd=0

r

E2

tg

I=Ir+IC~UUICIrI電流相量圖絕緣介質(zhì)工作圖13引入tan的原因

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(jìn)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。Ir=ICtg

=UCtg

因為tg為電流阻性分量和容性分量之比，而電流阻性分量引起介質(zhì)中能量的損耗，所以tg值能反映介質(zhì)損耗的大小。介質(zhì)損耗P=UIR=U2

Ctg

討論介質(zhì)損耗角正切tg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(yán)重發(fā)熱，是絕緣材料迅速老化，進(jìn)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(dāng)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（隨電壓增高，tg應(yīng)不變，若變化，則存在放電現(xiàn)象）?？梢妕g既是絕緣劣化的原因，也是絕緣劣化的特征。介質(zhì)損耗角正切tg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。另外，當(dāng)外施電壓超過起始放電電壓時，將發(fā)生局部放電，損耗急劇增加。介質(zhì)損耗角正切tg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(dāng)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。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§3.2測量三相不平衡電流Ik19

在電力系統(tǒng)中，三相分體設(shè)備，通常都是相同型號且同批生產(chǎn)的。各類性能應(yīng)當(dāng)基本一致。因此可以利用設(shè)備的這一特點，通過檢測各相設(shè)備間特征參量的差異，來監(jiān)測設(shè)備內(nèi)部缺陷的發(fā)展情況。20C0CRI0IU絕緣特征參量分析

如取x=1/C，k=C/C0，則

當(dāng)運行電壓恒定的情況下，電流的變化既反映了導(dǎo)納的變化。

缺陷部分的損耗為

所以

由此產(chǎn)生整個試品的介質(zhì)損耗增量（初始為0）

缺陷導(dǎo)致的整個試品的電容量增量為

當(dāng)絕緣內(nèi)部出現(xiàn)缺陷后，這三個參量（ ，，）是可被測量的。但哪一個對缺陷反應(yīng)更靈敏？

可見當(dāng)缺陷層tg’開始增大時，測量

和 更靈敏

而當(dāng)缺陷層tg’>100%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(dāng)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。UAUBUCYAYBYCYB’YC’YA’I0Id

為了補償臨近設(shè)備造成的感應(yīng)電流的影響等，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(dāng)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(dāng)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(dāng)70層中有一層缺陷增大時總體參數(shù)的變化。

一般當(dāng)此三相不平衡電壓U0升高到數(shù)百微伏時，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(dāng)一層缺陷進(jìn)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(yuǎn)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(yán)重。

目前電網(wǎng)三次諧波分量較大，有時可達(dá)I的15%。 如果要求信噪比至少為2（SNR>2） 則 時，才能較準(zhǔn)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(hù)元件，但一次側(cè)接地線一旦斷開，則設(shè)備浮地，后果不堪設(shè)想?！?.3介質(zhì)損耗角正切的監(jiān)測33電橋法絕對法相對法硬件法軟件法監(jiān)測tg過零檢測法在線檢測tan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(jìn)行檢測，則有效性更高。傳統(tǒng)電橋法(a)正接法； (b)反接法西林電橋測tanδ的基本線路被測量設(shè)備被測量設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)電容標(biāo)準(zhǔn)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(dāng)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，

UAC

=UBC

=UX

以反接法為例，IXZ3=

INZ4IXZX=

INZNCNCxCNCx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(zhǔn)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(jìn)行正、反相兩次測量。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。

傳統(tǒng)電橋法——消除現(xiàn)場干擾的方法在線檢測tg電橋法

一般采用正接法，對運行設(shè)備進(jìn)行檢測。

CN為高壓標(biāo)準(zhǔn)電容，通常存在一定的損耗tgN（已知）。當(dāng)電橋平衡時，測量值為tgm，有由于tgN<<1,

tgX<<1，故在線電橋法的困難

需要耐壓等級比運行電壓更高的標(biāo)準(zhǔn)電容器。由于設(shè)備運行電壓很高，在電橋調(diào)節(jié)過程中，R4上會出現(xiàn)比較高的電壓。電橋難以平衡?？赡艹霈F(xiàn)流經(jīng)設(shè)備的電流IX過大，而使R3過熱的情況。

為解決現(xiàn)場不愿意在一次側(cè)增加標(biāo)準(zhǔn)電容的情況，可采用電壓互感器配以低壓標(biāo)準(zhǔn)電容的方式

由于流經(jīng)CN橋臂的電流很小，宜增大CN,一般為1000~3000pF。還應(yīng)考慮電壓互感器引入的角差tgc

。

早期普遍采用的帶電測量tg和電容的西林電橋法沿用了傳統(tǒng)停電預(yù)試中測量tg的高壓西林電橋的測量原理。由于必須另配更高耐壓的高壓標(biāo)準(zhǔn)電容器，并需要對一次線路進(jìn)行改造，難以在現(xiàn)場推廣。

電橋法的無法克服的缺點過零檢測法基本原理

以高壓套管為例。由于絕緣介質(zhì)并非理想介質(zhì)，故此流經(jīng)高壓套管末屏的電流i與高壓套管電壓U的相位差將小于π/2。若將電壓U的相位向前移π/2，會與電流i形成一小的相角差（δ），如圖所示。這個相角差（δ）的正切值（tgδ）就是絕緣介質(zhì)的介損。電容量

。

隨著研究的進(jìn)一步深入，電容型設(shè)備絕緣在線檢測技術(shù)已發(fā)展到了一個新的水平。目前，電容型設(shè)備的tg在線檢測方法基本上采取如圖的原理。比較反映被試品電流的電壓信號ui波形和作為標(biāo)準(zhǔn)電壓的信號uv波形之間的過零點相位；脈沖測相位差法原理波形圖將從傳感器獲得的兩信號波形通過過零轉(zhuǎn)換變成幅值相同的兩個方波，再將ui信號和移相90后的uv信號相與，得到的方波寬度由單片機或計算機內(nèi)時鐘脈沖計數(shù)，所得結(jié)果便反映了介質(zhì)損耗角的大小，繼而可以得到tg

。

硬件法——脈沖測相位差法

電容型設(shè)備的介質(zhì)損耗角很小（通常不大于1），因此如何保證其測量精度就十分重要。如果ui和uv信號波形過零的瞬間稍有干擾，將直接影響到過零轉(zhuǎn)換后方波的起始位置，妨礙了對和tg的準(zhǔn)確測量。而硬件線路對于外界引入的電磁干擾、諧波干擾等十分敏感，因此脈沖計數(shù)法易受零點漂移和信號波形畸變的影響，往往造成較大的誤差和分散性。盡管其中的脈沖計數(shù)電路經(jīng)歷了由單板機到單片機、再到計算機的發(fā)展過程，使tg的測量精度逐步提高，但現(xiàn)場干擾對測量精度的影響及測量穩(wěn)定性問題始終是一個亟待解決的難題。

用硬件法易受外界干擾的影響，從而降低了整個測試系統(tǒng)的穩(wěn)定性和測量精度；而要使測量的性能有所提高，又將增加硬件線路設(shè)計的難度和復(fù)雜性。鑒于這些難以避免的缺點，促使tg在線檢測方法的研究逐漸向軟件化方向發(fā)展。軟件法的研究主要集中在諧波分析法上。

軟件法

諧波分析法的主要特點是基于傅立葉變換（FT）對被測電壓及電流進(jìn)行分析。傅立葉變換求解電壓、電流信號基波時不受高次諧波和儀器電子線路所產(chǎn)生的零漂的影響。同時該方法還充分應(yīng)用數(shù)字化測量方法克服了傳統(tǒng)的模擬測量方法抗干擾能力差的缺點，提高了測量精度及測量結(jié)果的穩(wěn)定性。tan在線檢測中的數(shù)字化信號處理方法

由傳感器系統(tǒng)檢測到的反映被測電容型設(shè)備電流的電壓ui(t)及基準(zhǔn)電壓u

v(t)的信號波形（基準(zhǔn)電壓波形已進(jìn)行了90移相），兩個波形之間的相角差即為設(shè)備的介質(zhì)損耗角。

tan算法的基本原理ui(t)及uv(t)可由Fourier級數(shù)表示為

要得到被測設(shè)備的介質(zhì)損耗角，進(jìn)而求得tg，首先必須獲得兩個信號波形的基波分量，即工頻50Hz的信號。其中1和

2分別為兩信號波形的基波初相角。由此便可以得到被測設(shè)備的介質(zhì)損耗角為

因此，求解電容型設(shè)備介質(zhì)損耗角的關(guān)鍵就在于去除系統(tǒng)諧波干擾的影響，準(zhǔn)確地求得ui(t)及uv(t)的基波分量及其初相角。

在實際的檢測系統(tǒng)中，這一過程是通過快速傅立葉變換(FFT)實現(xiàn)的。特點是：計算速度快、計算量小，但當(dāng)系統(tǒng)頻率波動時會使得采樣頻率與信號頻率不一致，因而出現(xiàn)頻譜泄漏效應(yīng)和柵欄效應(yīng)，尤其會影響相位測量，因此必須對算法進(jìn)行改進(jìn)，減少頻譜泄漏。用于tan在線監(jiān)測的傳感器

在電容型設(shè)備tg在線檢測過程中，進(jìn)入測試系統(tǒng)的所有被測信號（反映設(shè)備電流的電壓信號ui、基準(zhǔn)電壓信號uv）都是由傳感器獲取的。只有首先從傳感器獲得真實的被測信號，才有利于進(jìn)一步對信號進(jìn)行分析、處理，并由此判斷設(shè)備的絕緣狀況。因此，傳感器是在線檢測技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

傳感器是整個在線檢測系統(tǒng)的輸入端，擔(dān)負(fù)著信號提取的任務(wù)。它處于強電磁場環(huán)境中，容易受到電磁干擾；同時又長期工作在戶外，易受各種環(huán)境因素的影響。為了準(zhǔn)確地在電力系統(tǒng)強噪聲干擾環(huán)境下獲取被測信號，用于電容型設(shè)備

tg在線檢測的傳感器應(yīng)能滿足以下要求

:

電流傳感器應(yīng)能滿足測量微弱電流信號(mA級)的要求，靈敏度高，使輸出量能夠靈敏地反映輸入量的微小變化。在測量范圍內(nèi)應(yīng)具有良好的線性度，輸出波形不畸變，被測信號與輸出信號電壓之間的角差變化小。工作穩(wěn)定性好。當(dāng)外界環(huán)境變化時，輸出量變化應(yīng)限制在允許范圍內(nèi)。具有較強的抗干擾能力及良好的電磁兼容性能。電容型設(shè)備的在線檢測采用的電流傳感器具有以下特點：以電磁耦合為基本工作原理，即一次和二次繞組之間沒有電氣聯(lián)系，只有磁的聯(lián)系。

采用環(huán)形鐵芯，其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)上沒有氣隙，磁性能好，在鐵芯上均勻繞制線圈，則漏磁很小。多匝串入式(b)單匝穿芯式多匝串入式傳感器單匝穿芯式傳感器可以提高傳感器二次側(cè)的輸出信號電壓，有利于提高信號傳輸?shù)男旁氡?；但需將被測設(shè)備的接地端斷開后串入，增加了潛在的故障點，不利于設(shè)備的安全運行及操作人員的人身安全。

不改變被測設(shè)備原有接線方式，安全性高；但單匝穿芯式電流傳感器輸出電壓信號幅值較小。易受干擾影響，從而導(dǎo)致測量結(jié)果不準(zhǔn)確。無源傳感器有源傳感器不需要外加任何輔助電路，結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便、使用壽命長。輸出電壓信號通常只有幾十毫伏，在信號傳輸過程中極易受到外界大量噪聲信號的干擾而失真，從而直接影響到整體測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

在電流傳感器的輸出端就加入有源運算放大器，這樣可以有效地增強傳感器系統(tǒng)的二次輸出電壓信號，降低外界干擾信號對測量結(jié)果的影響.

傳感器系統(tǒng)在測試現(xiàn)場的電磁兼容問題變電站是一次設(shè)備和二次設(shè)備最集中的場所。一次回路中的開關(guān)操作、雷電流及短路電流等在接地網(wǎng)上將引起電位升高；二次回路中電纜間的電磁耦合會對二次回路產(chǎn)生干擾?，F(xiàn)場存在的大量干擾信號不可避免地會以各種方式進(jìn)入絕緣在線檢測系統(tǒng)，與被測信號混在一起，使在線檢測的靈敏度和可靠性下降。

屏蔽、濾波、接地是抑制電磁干擾最基本的方法。而對傳感器系統(tǒng)而言，主要采取屏蔽的方法抑制電磁干擾。

1.銅通常采用高電導(dǎo)率、低磁導(dǎo)率的銅材作為電場屏蔽材料。試驗表明，只要銅屏蔽材料的厚度大于30

m

，其屏蔽效能在全頻譜范圍內(nèi)均可達(dá)到120dB以上。但銅材料對于低頻磁場的屏蔽效能很差，同樣厚度為30m

，對于工頻50Hz的電源頻率之磁場幾乎沒有屏蔽作用（SEdB0dB）。如果要求對工頻磁場的屏蔽效能達(dá)到40dB，則銅材厚度應(yīng)達(dá)到1cm以上。屏蔽材料的選擇2.鐵鐵材的電屏蔽能力較銅材差很多。

但對磁場屏蔽能力是銅材的13倍。

材料對銅的相對電導(dǎo)率r和相對磁導(dǎo)率r材料rr銅11鐵0.171000坡莫合金0.0480,0003.高導(dǎo)磁率材料（坡莫合金）坡莫合金是高導(dǎo)磁材料，具有非常高的磁屏蔽能力。但電屏蔽能力較低。且易飽和。傳感器結(jié)構(gòu)示意圖針對電力系統(tǒng)電磁干擾的具體特點（工頻為主、高頻范圍寬），在線監(jiān)測傳感器多采用多層屏蔽結(jié)構(gòu)。

在各屏蔽層之間不能相互連接，其間應(yīng)以絕緣材料，否則會失去多層屏蔽的作用。另需要注意的是，由于穿芯式傳感器采用的是電磁耦合工作原理，因此各屏蔽層均應(yīng)留有縫隙，以免形成短路匝。而為了獲得好的磁屏蔽效果，還必須保證磁路的暢通，即小的磁阻。所以，當(dāng)屏蔽層需要開狹縫時，狹縫不能切斷磁路，即狹縫只能與磁通的方向一致，而不能與磁通的方向垂直。電流互感器誤差分析電流互感器運行時的示意圖：在原邊有電流?1流入，在鐵心激勵一交變主磁通Φ，E1表示主磁通在一次繞組中的感應(yīng)電勢；主磁通同時也與副邊繞組匝鏈，由于磁通的交變作用，在副邊繞組中感應(yīng)出電勢E2。在圖示正方向的情況下，根據(jù)電磁感應(yīng)定律可知：

設(shè)鐵心中的主磁通為：由此上面兩式可見，Φ超前E290度。（a）在一次回路中串聯(lián)R1和電抗X1來代替在一次繞組內(nèi)部的電阻和漏電抗；同樣，在二次回路中串聯(lián)R2和電抗X2來代替在二次繞組內(nèi)部的電阻和漏電抗，這樣，一次和二次繞組都可以看成是沒有電阻和漏電抗的兩個理想線圈，線圈中只有因為主磁通交變而感應(yīng)的電勢E1及E2。（b）將二次側(cè)的電阻和電抗及電勢歸算到一次側(cè)，分別得到R2’

，X2’及E2’

。這樣，經(jīng)過歸算之后，E1＝E2‘。既然歸算之后一二次側(cè)的感應(yīng)電勢相等，故可以把它們之間的等電位點連接起來，這樣兩個繞組便合并成一個繞組得到圖（c）（c）顯然這個繞組中流過的電流便是?0＝?1＋?2’

，它用來產(chǎn)生主磁通Φ，以便在這個繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電勢E1＝E2’

。這個繞組的電抗是X0，為激磁電抗?？紤]到鐵耗的影響后，激磁回路中還應(yīng)串聯(lián)一個等值電阻R0，于是得到電流互感器的等效電路圖。因為?2’=(N2/N1)×?2，因此可以得到：?1N1＋?2N2＝?0N1電流互感器誤差分析電流互感器誤差分析

由相量圖可見：?1N1＝|od|；－I2N2＝|ob|。所以：I1N1－I2N2＝|od|－|ob|＝|bd|。當(dāng)δi非常小時：|bd|≈|bc|，則：電流互感器誤差分析

從上面的（a）（b）兩式可以看出，減小?0可減小電流誤差及角差。影響I0的因素包括：1）磁路鐵芯的材料、尺寸；2）二次負(fù)載大小和性質(zhì)；3）電網(wǎng)的頻率。制造CT，首先采用高磁導(dǎo)率的磁性材料（若磁導(dǎo)率趨于無窮大，則I0趨于無窮?。?，其次增大磁路面積、縮短磁路長度，并使鐵芯工作在磁感應(yīng)強度不高的情況下，或采用特殊線路和結(jié)構(gòu)提高準(zhǔn)確度。I1增大，則電流誤差和角差均減小。因此，使用CT時應(yīng)注意被測電流I1接近其額定電流，這時誤差較小。從等值電路可知：I0＝－E1/Zm；I1≈－I2’

＝－E2’/(Z2’+Z’)

所以：I0/I1≈?0/I2’=(Z2’+Z’)/Zm

從上式可以看出，二次負(fù)載Z’減小，電流誤差及角差均減小。所以，二次所接阻抗應(yīng)降為最低值，不得超過允許值，否則測量精度會降低。（a）（b）電流互感器誤差補償裝置：

假設(shè)經(jīng)過歸算后二次繞組的電勢為E2’

，那么根據(jù)運放的性質(zhì)，運放的輸出端電壓為AE2’（A為運放的開環(huán)電壓放大倍數(shù)，一給定參數(shù)），運放負(fù)向輸入端的電壓為二次繞組上的電勢－E2’

。所以Z’上流過的電流：因此這時等效的二次負(fù)載值為：由于運放的A是一個比較大的值，所以采用了上述的誤差補償裝置后相當(dāng)于減小了二次負(fù)載值，從而減小了電流誤差及角差

由于現(xiàn)場環(huán)境惡劣、干擾嚴(yán)重，采用傳感器提取微弱信號仍相當(dāng)困難，目前國外的一些公司（如美國的AVO公司、德國的LDIC公司）在被測設(shè)備的地線或末屏直接串入監(jiān)測電容，利用監(jiān)測電容電壓與TV電壓之間的相位關(guān)系求取被測設(shè)備的tanδ。電容具有電壓不突變的特性，通過選擇合適的電容，可使輸出電壓保持在30－40V之間，這樣可降低外界干擾的影響和減少模擬信號傳輸?shù)乃p，測量結(jié)果具有較高的穩(wěn)定性。之所以采用串入電容而非串入電阻，是因為串入電阻造成的誤差要比串入電容所造成的誤差大，而且電容故障多為擊穿，而電阻故障一般為燒斷，會造成末屏開路。

缺點：采用直接耦合的方法會影響一次設(shè)備的接線結(jié)構(gòu)，為防止末屏開路、測量回路過電壓，必須設(shè)計合理的保護(hù)電路以保證測量回路的安全性。

電流信號提取的另外一種思路數(shù)字采集系統(tǒng)最佳工作點

A/D卡轉(zhuǎn)換位數(shù)的選擇

絕緣在線檢測數(shù)字化測量系統(tǒng)中，對tg測量的精度要求達(dá)到0.1%（此處指絕對精度）。

如采用12位的A/D卡，其滿度電壓為10V，雙極性方式工作。

系統(tǒng)A/D轉(zhuǎn)換的分辨率為2.44mV，最大量化誤差即為1.22mV，最大相角誤差約為0.0244%，只占系統(tǒng)介質(zhì)損耗測量精度要求的五分之一，所以精度滿足測量系統(tǒng)要求。

0FS0001111LSBMSB模擬輸入數(shù)字輸出2.A/D卡轉(zhuǎn)換速率的選擇

根據(jù)奈奎斯特（Nyquist）采樣定理，當(dāng)采樣頻率大于或等于信號中最高頻率的兩倍時，信號就完全可由采樣值唯一確定，并可通過理想低通濾波器重新恢復(fù)原信號波形。

為了保證數(shù)據(jù)采集精度，一般選取采樣頻率為信號中最高頻率的7～10倍。f=250=100(Hz)f=1050=500(Hz)

而對于電容型設(shè)備絕緣在線檢測波形采集系統(tǒng)，這樣的采樣速率是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。

對于電容型設(shè)備，其介質(zhì)損耗角一般在1%rad左右，換算成工頻50Hz下的時間間隔，

為了測出如此一個小的時間間隔，A/D卡的采樣周期必須小于31.8S，考慮到測量精度的要求，因此在線檢測時所采用的A/D卡轉(zhuǎn)換速率應(yīng)在100kHz以上。

影響tan在線檢測結(jié)果的主要因素電流、電壓傳感器自身的角差。獲得基準(zhǔn)電壓的電壓互感器（PT）的角差變化?，F(xiàn)場各種干擾的影響。環(huán)境因素的影響。tan的“綜合相對測量法”PT角差、環(huán)境因素、相間干擾和系統(tǒng)頻率變化是造成測量結(jié)果不穩(wěn)定的主要原因。變電站中常用0.5級的PT，其角差范圍為±20’之間，約為±5.8×10-3rad，足以淹沒介損值（一般在0.001～0.02）。正是由于由于PT的角差與很多因素有關(guān)，因此從PT二次側(cè)獲取的電壓信號并不能完全真實地反映高壓側(cè)電壓的相位，這就會導(dǎo)致tg的測量結(jié)果通常存在分散性較大、準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性較差等問題。

由于在線檢測實時地對被測設(shè)備絕緣參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，因此現(xiàn)場的各種環(huán)境因素，如季節(jié)、溫度、濕度、降雨等將對測量結(jié)果產(chǎn)生很大影響，使同一臺正常運行的設(shè)備的絕緣參數(shù)在不同環(huán)境下的測量值也可能發(fā)生較大變化。由此可見，當(dāng)環(huán)境因素有顯著變化時，不能單憑設(shè)備絕緣參數(shù)的增大就認(rèn)定設(shè)備存在缺陷。反之，若全歸咎于環(huán)境異常惡劣，而忽視絕緣參數(shù)等的大幅度變化，也有可能忽略設(shè)備已趨于劣化的苗頭。所以如何正確對待現(xiàn)場環(huán)境因素給在線檢測帶來的影響是值得注意的問題

不以PT低壓側(cè)電壓作為基準(zhǔn)電壓來測量設(shè)備

tg的“絕對值”。而是選擇在相同相別下運行的多臺電容型設(shè)備，以它們之間的電流信號互為基準(zhǔn)信號進(jìn)行比較，求出各設(shè)備間tg的差值，即“相對介質(zhì)損耗角正切值”（tg

）。并根據(jù)此多個相對介質(zhì)損耗角正切值的變化趨勢來綜合判斷設(shè)備的絕緣狀況，發(fā)現(xiàn)設(shè)備中存在的缺陷?！熬C合相對測量法”的基本思想

將兩臺電容型設(shè)備的電流信號Ix1和Ix2進(jìn)行相位比較，便可得到兩設(shè)備介質(zhì)損耗角之間的差值

tg

。當(dāng)1和2很小時，

當(dāng)相互比較的兩臺設(shè)備絕緣都良好時，其相對介質(zhì)損耗角tg一般非常小。

如其中一臺設(shè)備出現(xiàn)故障缺陷，其tg將明顯增大，從而導(dǎo)致兩臺設(shè)備間的tg也將發(fā)生明顯變化。

若要進(jìn)一步判斷是哪一臺設(shè)備存在缺陷，則需要在三臺以上的同相設(shè)備之間進(jìn)行tg的綜合相對測量。在此以三臺同相電容型設(shè)備之間的相對測量為例，給出“綜合相對測量法”相應(yīng)的故障診斷規(guī)則簡表。

從“綜合相對測量法”結(jié)果的變化趨勢判斷設(shè)備缺陷結(jié)論不變不變不變?nèi)_設(shè)備均無缺陷變化變化不變設(shè)備1有缺陷變化不變變化設(shè)備2有缺陷不變變化變化設(shè)備3有缺陷變化變化變化至少兩臺有缺陷

同時還應(yīng)注意到，當(dāng)三臺設(shè)備中如有兩臺以上存在缺陷時，三個相對介質(zhì)損耗角正切值的數(shù)值均會變化，此時根據(jù)以上方法，將會判斷錯誤。但在同相母線相鄰區(qū)域內(nèi)兩臺設(shè)備同時發(fā)生故障的幾率是非常小的，如果以年為單位的話，僅為十萬分之一。所以基本可以忽略。反映相互比較的兩臺被測設(shè)備電流的實際電壓波形“綜合相對測量法”具有以下優(yōu)點①不需要從PT二次側(cè)提取基準(zhǔn)電壓，從而避免了從PT引入不穩(wěn)定的角差，消除了影響tg測量準(zhǔn)確性及穩(wěn)定性的一個主要誤差來源，同時簡化了測量系統(tǒng)的硬件線路。②在測試現(xiàn)場，同相設(shè)備的運行狀態(tài)和工作環(huán)境相似，特別是同類型、同相別的設(shè)備（如同為套管、同為CT等），則受到的干擾情況更為相似。因此將同相設(shè)備互為基準(zhǔn)，兩個被測設(shè)備的電流中的隨機噪聲干擾、測試過程中的系統(tǒng)干擾及外界環(huán)境因素的影響還會有一定的相互抵消作用。③測量同相設(shè)備間的相對介質(zhì)損耗角正切值，重要的是根據(jù)其變化趨勢及相互間的關(guān)系進(jìn)行故障分析，及時診斷出存在缺陷的設(shè)備，也可避免“絕對測量”中存在的結(jié)果與停電結(jié)果有時無對應(yīng)關(guān)系，以致無法直接判斷設(shè)備絕緣狀況的問題。昌平500kV三相CT(5051)介損變化曲線

故障實例tg趨勢分析的季節(jié)模型某臺設(shè)備的介損長期監(jiān)測數(shù)據(jù)同溫數(shù)據(jù)對比校正法：如果某日溫度與第一年同日的溫度差超過5C，則就近尋找第一年同期溫度相近時的介損值作為基數(shù)進(jìn)行比較。同期數(shù)據(jù)對比校正法同期數(shù)據(jù)對比校正法是以第一年的介損監(jiān)測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，將以后的介損監(jiān)測值與第一年同日的介損值對比，根據(jù)介損相對值的變化趨勢來判斷絕緣狀態(tài)。

通常一個地區(qū)每年的溫度變化規(guī)律基本一致，所以可以嘗試用不同年份相同日期的介損比較來反映介損變化的趨勢。

實際投運的系統(tǒng)運行效果并不理想，沒有取得預(yù)期的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。據(jù)統(tǒng)計，截至1998年底，在全