高壓電力設(shè)備在線監(jiān)測技術(shù)

第三章電容型設(shè)備在線監(jiān)測與診斷1整理課件本章內(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整理課件§3.1概述通常絕緣介質(zhì)的平均擊穿場強(qiáng)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，將其分隔為假設(shè)干份較薄的絕緣，可提高絕緣整體的耐電強(qiáng)度。由于結(jié)構(gòu)上的這一共同點(diǎn)，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。3整理課件750kV電容式電壓互感器4整理課件支撐絕緣均壓環(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5整理課件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(tái)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(gè)變電站能否平安運(yùn)行，因而對(duì)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6整理課件結(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)7整理課件CVT：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(jì)8整理課件耦合電容器：電容芯子受潮、密封不良、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理、夾板在制造和加工時(shí)有缺陷、現(xiàn)用的電容器油所含芳香烴成價(jià)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、電容器瓷瓶外表閃絡(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(dòng)作9整理課件絕緣介質(zhì)的能量損耗絕緣介質(zhì)在外部場強(qiáng)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(gè)重要因素。10整理課件

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。11整理課件電介質(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12整理課件引入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?yàn)镻值與試驗(yàn)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?yàn)閠g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

13整理課件討論介質(zhì)損耗角正切tg

的意義絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須注意到絕緣材料的tg。如果tg過大會(huì)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(yàn)中，tg是根本測試工程，當(dāng)絕緣受潮或劣化時(shí)，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，假設(shè)變化，那么存在放電現(xiàn)象〕?？梢妕g

既是絕緣劣化的原因，也是絕緣劣化的特征。14整理課件介質(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。UUCtg

UC代表較多氣隙開始放電時(shí)所對(duì)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(shí)，將發(fā)生局部放電，損耗急劇增加。15整理課件介質(zhì)損耗角正切tg的缺乏tg是反響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(diǎn)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，那么tg反映不靈敏。IC幾乎是不變的。tg

取決于缺陷對(duì)Ir的影響。16整理課件這相當(dāng)于不同的絕緣局部相并聯(lián)的情況，總絕緣損耗為完好局部與缺陷局部介質(zhì)損耗之和。這樣如果缺陷局部〔C1〕越小，那么C1/CX越小，所以在測量整體絕緣tg時(shí)越難以發(fā)現(xiàn)缺陷局部〔tg1〕的影響。17整理課件發(fā)電機(jī)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PTCT18整理課件§3.2測量三相不平衡電流Ik在電力系統(tǒng)中，三相分體設(shè)備，通常都是相同型號(hào)且同批生產(chǎn)的。各類性能應(yīng)當(dāng)根本一致。因此可以利用設(shè)備的這一特點(diǎn)，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)部缺陷的開展情況。19整理課件C0CRI0IU

絕緣特征參量分析20整理課件如取x=1/C，k=C/C0，那么

當(dāng)運(yùn)行電壓恒定的情況下，電流的變化既反映了導(dǎo)納的變化。21整理課件缺陷局部的損耗為

所以由此產(chǎn)生整個(gè)試品的介質(zhì)損耗增量〔初始為0〕

缺陷導(dǎo)致的整個(gè)試品的電容量增量為22整理課件當(dāng)絕緣內(nèi)部出現(xiàn)缺陷后，這三個(gè)參量〔 ，，〕是可被測量的。但哪一個(gè)對(duì)缺陷反響更靈敏？

可見當(dāng)缺陷層tg

’開始增大時(shí)，測量

和 更靈敏

而當(dāng)缺陷層tg

’>100%時(shí)，測量和 更靈敏23整理課件三相電流之和的在線檢測上述分析說明，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(duì)發(fā)現(xiàn)絕緣缺陷更為敏感。24整理課件如果三相電壓平衡，且三相設(shè)備的電容及損耗相同，那么無電流通過其中性點(diǎn)；但如果有一項(xiàng)設(shè)備出現(xiàn)缺陷，那么中性點(diǎn)有電流流過。UAUBUCYAYBYC25整理課件影響因素

三相電壓不平衡。各相設(shè)備間對(duì)地阻抗有差異。一般電容性設(shè)備在出廠時(shí)，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(shí)，這種方法才是有效的。雜散電流干擾。UAUBUCYAYBYCYB’YC’YA’I0Id26整理課件

為了補(bǔ)償臨近設(shè)備造成的感應(yīng)電流的影響等，提高信噪比，實(shí)際測量的是中性點(diǎn)的不平衡電壓。中性點(diǎn)三相不平衡電壓法UAUBUCYAYBYCU0RARBRCRr

RA、RB和RC可調(diào)是補(bǔ)償用電阻。27整理課件UAUBUCYAYBYCU0RARBRCRr

在三相設(shè)備正常情況下，先調(diào)節(jié)補(bǔ)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(shí)，U0將顯著增長，其靈敏度比三相不平衡電流法高得多。28整理課件

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(shí)。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(shí)總體參數(shù)的變化。29整理課件

一般當(dāng)此三相不平衡電壓U0升高到數(shù)百微伏時(shí)，往往反映可能有明顯缺陷。U0與缺陷tg

的關(guān)系比照結(jié)果說明，當(dāng)一層缺陷進(jìn)一步惡化時(shí)，|C/C0|和|I/I0|的變化都不超過2%，而三相不平衡電壓卻增大假設(shè)干倍。因此三相不平衡電壓對(duì)缺陷的反響遠(yuǎn)比測量電流或電容靈敏。30整理課件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(shí)可達(dá)I的15%。 如果要求信噪比至少為2〔SNR>2〕 那么 時(shí)，才能較準(zhǔn)確地測量，這顯然是不合要求的。因此在實(shí)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(shí),既可測出。31整理課件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，那么設(shè)備浮地，后果不堪設(shè)想。32整理課件§3.3介質(zhì)損耗角正切的監(jiān)測電橋法絕對(duì)法相對(duì)法硬件法軟件法監(jiān)測tg

過零檢測法33整理課件在線檢測tan

的電橋法在停電試驗(yàn)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(yùn)行狀態(tài)下進(jìn)行檢測，那么有效性更高。34整理課件傳統(tǒng)電橋法(a)正接法； (b)反接法西林電橋測tanδ的根本線路被測量設(shè)備被測量設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)電容標(biāo)準(zhǔn)電容35整理課件電橋工作電壓一般為10kV；正接法由于調(diào)節(jié)局部處于低壓臂，操作比較平安；當(dāng)被測設(shè)備必須一端接地時(shí)，那么須采用反接法。此時(shí)應(yīng)注意電橋調(diào)節(jié)局部處于高壓側(cè)。36整理課件

無論是正接法還是反接法，電橋平衡時(shí)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=

INZNCNCx37整理課件CNCx38整理課件上式虛實(shí)局部別相等，通常取 ，f=50Hz，那么有〔單位微法〕39整理課件

現(xiàn)場的電場及磁場常會(huì)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?cè)囼?yàn)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(duì)電橋檢流計(jì)回路的影響明顯，可將檢流計(jì)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40整理課件在線檢測tg電橋法一般采用正接法，對(duì)運(yùn)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〔〕。當(dāng)電橋平衡時(shí)，測量值為tgm，有由于tg

N<<1,

tg

X<<1，故41整理課件在線電橋法的困難需要耐壓等級(jí)比運(yùn)行電壓更高的標(biāo)準(zhǔn)電容器。由于設(shè)備運(yùn)行電壓很高，在電橋調(diào)節(jié)過程中，R4上會(huì)出現(xiàn)比較高的電壓。電橋難以平衡。可能出現(xiàn)流經(jīng)設(shè)備的電流IX過大，而使R3過熱的情況。

42整理課件

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tg

c

。43整理課件

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(duì)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(diǎn)44整理課件過零檢測法根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。假設(shè)將電壓U的相位向前移π/2，會(huì)與電流i形成一小的相角差〔δ〕，如下圖。這個(gè)相角差〔δ〕的正切值〔tgδ〕就是絕緣介質(zhì)的介損。電容量

。45整理課件隨著研究的進(jìn)一步深入，電容型設(shè)備絕緣在線檢測技術(shù)已開展到了一個(gè)新的水平。目前，電容型設(shè)備的tg在線檢測方法根本上采取如圖的原理。比較反映被試品電流的電壓信號(hào)ui波形和作為標(biāo)準(zhǔn)電壓的信號(hào)uv波形之間的過零點(diǎn)相位；46整理課件脈沖測相位差法原理波形圖將從傳感器獲得的兩信號(hào)波形通過過零轉(zhuǎn)換變成幅值相同的兩個(gè)方波，再將ui信號(hào)和移相90

后的uv信號(hào)相與，得到的方波寬度由單片機(jī)或計(jì)算機(jī)內(nèi)時(shí)鐘脈沖計(jì)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47整理課件電容型設(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(hào)波形過零的瞬間稍有干擾，將直接影響到過零轉(zhuǎn)換前方波的起始位置，阻礙了對(duì)和tg的準(zhǔn)確測量。而硬件線路對(duì)于外界引入的電磁干擾、諧波干擾等十分敏感，因此脈沖計(jì)數(shù)法易受零點(diǎn)漂移和信號(hào)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(jì)數(shù)電路經(jīng)歷了由單板機(jī)到單片機(jī)、再到計(jì)算機(jī)的開展過程，使tg的測量精度逐步提高，但現(xiàn)場干擾對(duì)測量精度的影響及測量穩(wěn)定性問題始終是一個(gè)亟待解決的難題。48整理課件用硬件法易受外界干擾的影響，從而降低了整個(gè)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(jì)的難度和復(fù)雜性。鑒于這些難以防止的缺點(diǎn)，促使tg在線檢測方法的研究逐漸向軟件化方向開展。軟件法的研究主要集中在諧波分析法上。軟件法49整理課件諧波分析法的主要特點(diǎn)是基于傅立葉變換〔FT〕對(duì)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(hào)基波時(shí)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(shí)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(diǎn)，提高了測量精度及測量結(jié)果的穩(wěn)定性。50整理課件tan

在線檢測中的數(shù)字化信號(hào)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uv(t)的信號(hào)波形〔基準(zhǔn)電壓波形已進(jìn)行了90移相〕，兩個(gè)波形之間的相角差即為設(shè)備的介質(zhì)損耗角。51整理課件tan算法的根本原理ui(t)及uv(t)可由Fourier級(jí)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(gè)信號(hào)波形的基波分量，即工頻50Hz的信號(hào)。52整理課件其中

1和

2分別為兩信號(hào)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(shí)際的檢測系統(tǒng)中，這一過程是通過快速傅立葉變換(FFT)實(shí)現(xiàn)的。特點(diǎn)是：計(jì)算速度快、計(jì)算量小，但當(dāng)系統(tǒng)頻率波動(dòng)時(shí)會(huì)使得采樣頻率與信號(hào)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(huì)影響相位測量，因此必須對(duì)算法進(jìn)行改進(jìn)，減少頻譜泄漏。53整理課件用于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(hào)〔反映設(shè)備電流的電壓信號(hào)ui、基準(zhǔn)電壓信號(hào)uv〕都是由傳感器獲取的。只有首先從傳感器獲得真實(shí)的被測信號(hào)，才有利于進(jìn)一步對(duì)信號(hào)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)。54整理課件

傳感器是整個(gè)在線檢測系統(tǒng)的輸入端，擔(dān)負(fù)著信號(hào)提取的任務(wù)。它處于強(qiáng)電磁場環(huán)境中，容易受到電磁干擾；同時(shí)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(qiáng)噪聲干擾環(huán)境下獲取被測信號(hào)，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(hào)(mA級(jí))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(hào)與輸出信號(hào)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(shí)，輸出量變化應(yīng)限制在允許范圍內(nèi)。具有較強(qiáng)的抗干擾能力及良好的電磁兼容性能。55整理課件電容型設(shè)備的在線檢測采用的電流傳感器具有以下特點(diǎn)：以電磁耦合為根本工作原理，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(diǎn)是結(jié)構(gòu)上沒有氣隙，磁性能好，在鐵芯上均勻繞制線圈，那么漏磁很小。多匝串入式(b)單匝穿芯式56整理課件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(hào)電壓，有利于提高信號(hào)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(diǎn)，不利于設(shè)備的平安運(yùn)行及操作人員的人身平安。不改變被測設(shè)備原有接線方式，平安性高；但單匝穿芯式電流傳感器輸出電壓信號(hào)幅值較小。易受干擾影響，從而導(dǎo)致測量結(jié)果不準(zhǔn)確。57整理課件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(hào)通常只有幾十毫伏，在信號(hào)傳輸過程中極易受到外界大量噪聲信號(hào)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參加有源運(yùn)算放大器，這樣可以有效地增強(qiáng)傳感器系統(tǒng)的二次輸出電壓信號(hào)，降低外界干擾信號(hào)對(duì)測量結(jié)果的影響.58整理課件傳感器系統(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(huì)對(duì)二次回路產(chǎn)生干擾。現(xiàn)場存在的大量干擾信號(hào)不可防止地會(huì)以各種方式進(jìn)入絕緣在線檢測系統(tǒng)，與被測信號(hào)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根本的方法。而對(duì)傳感器系統(tǒng)而言，主要采取屏蔽的方法抑制電磁干擾。59整理課件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(yàn)說明，只要銅屏蔽材料的厚度大于30m，其屏蔽效能在全頻譜范圍內(nèi)均可到達(dá)120dB以上。但銅材料對(duì)于低頻磁場的屏蔽效能很差，同樣厚度為30m，對(duì)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(duì)工頻磁場的屏蔽效能到達(dá)40dB，那么銅材厚度應(yīng)到達(dá)1cm以上。屏蔽材料的選擇60整理課件2.鐵鐵材的電屏蔽能力較銅材差很多。

但對(duì)磁場屏蔽能力是銅材的13倍。

材料對(duì)銅的相對(duì)電導(dǎo)率

r和相對(duì)磁導(dǎo)率

r材料

r

r銅11鐵0.171000坡莫合金0.0480,00061整理課件3.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。62整理課件傳感器結(jié)構(gòu)示意圖針對(duì)電力系統(tǒng)電磁干擾的具體特點(diǎn)〔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)。63整理課件在各屏蔽層之間不能相互連接，其間應(yīng)以絕緣材料，否那么會(huì)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(shí)，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。64整理課件電流互感器誤差分析電流互感器運(yùn)行時(shí)的示意圖：在原邊有電流?1流入，在鐵心鼓勵(lì)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(shì)；主磁通同時(shí)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(shì)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。65整理課件〔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(gè)理想線圈，線圈中只有因?yàn)橹鞔磐ń蛔兌袘?yīng)的電勢(shì)E1及E2?！瞓〕將二次側(cè)的電阻和電抗及電勢(shì)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(shì)相等，故可以把它們之間的等電位點(diǎn)連接起來，這樣兩個(gè)繞組便合并成一個(gè)繞組得到圖〔c〕〔c〕顯然這個(gè)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(gè)繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)E1＝E2’。這個(gè)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(gè)等值電阻R0，于是得到電流互感器的等效電路圖。因?yàn)?2’=(N2/N1)×?2，因此可以得到：?1N1＋?2N2＝?0N1電流互感器誤差分析66整理課件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(shí)：|bd|≈|bc|，那么：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〔假設(shè)磁導(dǎo)率趨于無窮大，那么I0趨于無窮小〕，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(qiáng)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，那么電流誤差和角差均減小。因此，使用CT時(shí)應(yīng)注意被測電流I1接近其額定電流，這時(shí)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，否那么測量精度會(huì)降低?！瞐〕〔b〕68整理課件電流互感器誤差補(bǔ)償裝置：假設(shè)經(jīng)過歸算后二次繞組的電勢(shì)為E2’，那么根據(jù)運(yùn)放的性質(zhì)，運(yùn)放的輸出端電壓為AE2’〔A為運(yùn)放的開環(huán)電壓放大倍數(shù)，一給定參數(shù)〕，運(yùn)放負(fù)向輸入端的電壓為二次繞組上的電勢(shì)－E2’。所以Z’上流過的電流：因此這時(shí)等效的二次負(fù)載值為：由于運(yùn)放的A是一個(gè)比較大的值，所以采用了上述的誤差補(bǔ)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69整理課件由于現(xiàn)場環(huán)境惡劣、干擾嚴(yán)重，采用傳感器提取微弱信號(hào)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，通過選擇適宜的電容，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(hào)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?yàn)榇腚娮柙斐傻恼`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(huì)造成末屏開路。

缺點(diǎn)：采用直接耦合的方法會(huì)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(jì)合理的保護(hù)電路以保證測量回路的平安性。

電流信號(hào)提取的另外一種思路70整理課件數(shù)字采集系統(tǒng)最正確工作點(diǎn)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(duì)tg測量的精度要求到達(dá)0.1%〔此處指絕對(duì)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71整理課件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(hào)中最高頻率的兩倍時(shí)，信號(hào)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(hào)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(hào)中最高頻率的7～10倍。f=250=100(Hz)f=1050=500(Hz)

而對(duì)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。72整理課件

對(duì)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(shí)間間隔，

為了測出如此一個(gè)小的時(shí)間間隔，A/D卡的采樣周期必須小于31.8

S，考慮到測量精度的要求，因此在線檢測時(shí)所采用的A/D卡轉(zhuǎn)換速率應(yīng)在100kHz以上。

73整理課件影響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。現(xiàn)場各種干擾的影響。環(huán)境因素的影響。74整理課件tan的“綜合相對(duì)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(jí)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(hào)并不能完全真實(shí)地反映高壓側(cè)電壓的相位，這就會(huì)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。75整理課件由于在線檢測實(shí)時(shí)地對(duì)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(duì)測量結(jié)果產(chǎn)生很大影響，使同一臺(tái)正常運(yùn)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(shí)，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，假設(shè)全歸咎于環(huán)境異常惡劣，而無視絕緣參數(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(duì)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76整理課件不以PT低壓側(cè)電壓作為基準(zhǔn)電壓來測量設(shè)備tg的“絕對(duì)值〞。而是選擇在相同相別下運(yùn)行的多臺(tái)電容型設(shè)備，以它們之間的電流信號(hào)互為基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行比較，求出各設(shè)備間tg的差值，即“相對(duì)介質(zhì)損耗角正切值〞〔tg〕。并根據(jù)此多個(gè)相對(duì)介質(zhì)損耗角正切值的變化趨勢(shì)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(duì)測量法〞的根本思想77整理課件將兩臺(tái)電容型設(shè)備的電流信號(hào)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(shí)，當(dāng)相互比較的兩臺(tái)設(shè)備絕緣都良好時(shí)，其相對(duì)介質(zhì)損耗角tg一般非常小。

如其中一臺(tái)設(shè)備出現(xiàn)故障缺陷，其tg

將明顯增大，從而導(dǎo)致兩臺(tái)設(shè)備間的

tg也將發(fā)生明顯變化。

78整理課件假設(shè)要進(jìn)一步判斷是哪一臺(tái)設(shè)備存在缺陷，那么需要在三臺(tái)以上的同相設(shè)備之間進(jìn)行tg的綜合相對(duì)測量。在此以三臺(tái)同相電容型設(shè)備之間的相對(duì)測量為例，給出“綜合相對(duì)測量法〞相應(yīng)的故障診斷規(guī)那么簡表。從“綜合相對(duì)測量法”結(jié)果的變化趨勢(shì)判斷設(shè)備缺陷結(jié)論不變不變不變?nèi)_(tái)設(shè)備均無缺陷變化變化不變?cè)O(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(tái)有缺陷79整理課件同時(shí)還應(yīng)注意到，當(dāng)三臺(tái)設(shè)備中如有兩臺(tái)以上存在缺陷時(shí)，三個(gè)相對(duì)介質(zhì)損耗角正切值的數(shù)值均會(huì)變化，此時(shí)根據(jù)以上方法，將會(huì)判斷錯(cuò)誤。但在同相母線相鄰區(qū)域內(nèi)兩臺(tái)設(shè)備同時(shí)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。所以根本可以忽略。80整理課件反映相互比較的兩臺(tái)被測設(shè)備電流的實(shí)際電壓波形81整理課件“綜合相對(duì)測量法〞具有以下優(yōu)點(diǎn)①不需要從PT二次側(cè)提取基準(zhǔn)電壓，從而防止了從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(gè)主要誤差來源，同時(shí)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(yùn)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〕，那么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(gè)被測設(shè)備的電流中的隨機(jī)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(huì)有一定的相互抵消作用。③測量同相設(shè)備間的相對(duì)介質(zhì)損耗角正切值，重要的是根據(jù)其變化趨勢(shì)及相互間的關(guān)系進(jìn)行故障分析，及時(shí)診斷出存在缺陷的設(shè)備，也可防止“絕對(duì)測量〞中存在的結(jié)果與停電結(jié)果有時(shí)無對(duì)應(yīng)關(guān)系，以致無法直接判斷設(shè)備絕緣狀況的問題。82整理課件昌平500kV三相CT(5051)介損變化曲線

故障實(shí)例83整理課件tg

趨勢(shì)分析的季節(jié)模型某臺(tái)設(shè)備的介損長期監(jiān)測數(shù)據(jù)84整理課件同溫?cái)?shù)據(jù)比照校正法：如果某日溫度與第一年同日的溫度差超過5C，那么就近尋找第一年同期溫度相近時(shí)的介損值作為基數(shù)進(jìn)行比較。同期數(shù)據(jù)比照校正法同期數(shù)據(jù)比照校正法是以第一年的介損監(jiān)測數(shù)據(jù)為根底，將以后的介損監(jiān)測值與第一年同日的介損值比照，根據(jù)介損相對(duì)值的變化趨勢(shì)來判斷絕緣狀態(tài)。通常一個(gè)地區(qū)每年的溫度變化規(guī)律根本一致，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(shì)。85整理課件實(shí)際投運(yùn)的系統(tǒng)運(yùn)行效果并不理想，沒有取得預(yù)期的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至1998年底，在全國調(diào)研的57個(gè)系統(tǒng)中，能正常運(yùn)行的只占30%，已不能正常使用或處于癱瘓狀態(tài)的占36%。造成這種狀況的原因是多方面的，除管理維護(hù)、質(zhì)量