《城市軌道交通電氣設(shè)備測(cè)試（第2版）》 課件3.10在線監(jiān)測(cè)

《高電壓檢測(cè)項(xiàng)目》在線監(jiān)測(cè)目錄01在線監(jiān)測(cè)的發(fā)展歷程02在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)原理及組成03變壓器絕緣在線監(jiān)測(cè)內(nèi)容04避雷器在線監(jiān)測(cè)01在線監(jiān)測(cè)的發(fā)展歷程在線監(jiān)測(cè)的發(fā)展歷程高壓電氣設(shè)備絕緣測(cè)量，從測(cè)量方法上也可以分為離線測(cè)試和在線測(cè)試。

從技術(shù)角度看，離線監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)不能完全反映絕緣狀態(tài)，因?yàn)樵囼?yàn)條件和運(yùn)行條件有較大的差異，例如，介質(zhì)損耗測(cè)試的試驗(yàn)電壓一般為10

kV，而工作電壓則遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于這個(gè)值，因此離線試驗(yàn)得到的介質(zhì)損耗一般要比實(shí)際損耗小得多。同時(shí)由于電氣設(shè)備大多數(shù)是在戶外，工作條件容易受到環(huán)境外部環(huán)境的變化影響，工作時(shí)的發(fā)熱條件也不同，所以在線監(jiān)測(cè)絕緣比離線測(cè)量更有實(shí)際意義。1.1絕緣在線監(jiān)測(cè)的必要性和迫切性

供電系統(tǒng)的安全運(yùn)行決定于供電設(shè)備的可靠性，開展電氣設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)及其故障診斷，能發(fā)現(xiàn)運(yùn)行設(shè)備中的隱患，防止突發(fā)性事故，將顯著提高其運(yùn)行可靠性，避免事故造成的直接和間接經(jīng)濟(jì)損失，從而帶來巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。在線監(jiān)測(cè)的發(fā)展歷程

在線監(jiān)測(cè)技術(shù)通過對(duì)運(yùn)行中的高壓電氣設(shè)備進(jìn)行絕緣檢測(cè)，有效的反映出高壓電氣設(shè)備運(yùn)行時(shí)的絕緣狀態(tài)，檢測(cè)時(shí)不需要進(jìn)行停電，有效地保證了供電的可靠性，同時(shí)在運(yùn)行狀態(tài)下也能更好地反映出設(shè)備的絕緣狀況，同時(shí)在線絕緣檢測(cè)是隨時(shí)性的行為，不需要對(duì)運(yùn)行中的設(shè)備進(jìn)行改變，所以其更適用于當(dāng)前電力系統(tǒng)發(fā)展的需要，同時(shí)在線檢測(cè)技術(shù)也具有非常好的發(fā)展前景，對(duì)絕緣檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展起著指導(dǎo)性的作用。1.2絕緣在線監(jiān)測(cè)的分類及構(gòu)成在線監(jiān)測(cè)的發(fā)展歷程

在線絕緣檢測(cè)是安裝在一次設(shè)備的輔助部件，能自動(dòng)連續(xù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)功能，有在線標(biāo)定的功能，具有電氣故障診斷功能，包括故障定位、故障性質(zhì)、故障程度的判斷和絕緣壽命的預(yù)測(cè)等。（1）按安裝場(chǎng)所分類便攜式和固定式。

便攜式的通用性強(qiáng)，針對(duì)性差，抗干擾性差，靈敏度不高，只能用于在線檢測(cè)，而不能用于在線監(jiān)測(cè)。

固定式可對(duì)設(shè)備連續(xù)監(jiān)測(cè)，功能強(qiáng)，成本高，適合于重要場(chǎng)所。（2）按監(jiān)測(cè)功能分類單參數(shù)監(jiān)測(cè)和多參數(shù)綜合監(jiān)測(cè)。（3）按診斷方式分類：人工診斷與自動(dòng)診斷。02在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)原理及組成在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)原理及組成

在線監(jiān)測(cè)的原理是在電力設(shè)備正常運(yùn)行的情況下，通過測(cè)量常規(guī)絕緣特征參數(shù)（流過設(shè)備絕緣的電流、電容量、介質(zhì)損耗因數(shù)tan

），從而反映設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)和是否存在問題。而影響高壓電氣設(shè)備的主要參數(shù)是介質(zhì)損耗因數(shù)tan

，tan

能及時(shí)反映設(shè)備運(yùn)行存在的缺陷，靈敏度高，在線操作控制簡(jiǎn)單。

tan

在線檢測(cè)的原理主要有兩種：一種是通過硬件直接測(cè)量相位角，主要有過零點(diǎn)相位比較法，電壓比較法等；另一種是通過軟件對(duì)檢測(cè)信號(hào)A/D變換后，用軟件對(duì)測(cè)量信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理得到tan

值，主要有諧波分析法。在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)原理及組成過零相位比較法的原理：將獲取的電流信號(hào)i和電壓信號(hào)u進(jìn)行過零整形，使之成為過零翻轉(zhuǎn)的方波I和U，用一個(gè)“或”門電路比較出I和U過零時(shí)的時(shí)間差方波寬度

，用高頻時(shí)鐘脈沖讀取方波寬度T，根據(jù)時(shí)鐘脈沖個(gè)數(shù)n及周期T，用公式T＝nT，可計(jì)算出T的寬度，進(jìn)而根據(jù)電壓、電流信號(hào)頻率算出

。

諧波分析法的測(cè)試原理：首先由高靈敏度的電流互感器檢測(cè)設(shè)備末端引出的電流信號(hào)，而從電壓互感器二次側(cè)抽取電壓信號(hào)，經(jīng)整形放大、低通濾波、程控放大后的模擬信號(hào)正再經(jīng)過采樣保持同步采樣由A/D轉(zhuǎn)換為離散數(shù)字信號(hào)，然后利用計(jì)算機(jī)對(duì)兩個(gè)離散數(shù)字信號(hào)波形進(jìn)行快速傅里葉變換，得到兩個(gè)信號(hào)的基波傅里葉系數(shù)，進(jìn)一步求出兩個(gè)基波的相位差，從而得到tan

。在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)原理及組成

影響tan

在線測(cè)量精確度與穩(wěn)定性的主要因素有傳感器角差、電磁場(chǎng)干擾、諧波、測(cè)量回路及系統(tǒng)本身的精度及穩(wěn)定性，對(duì)tan

測(cè)量精度都有影響。

絕緣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由信號(hào)變送系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和處理診斷系統(tǒng)組成，如圖3-59所示。圖3-59絕緣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)原理及組成牽引變電所在供電系統(tǒng)中位置非常重要，其絕緣在線監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括：（1）主變壓器的絕緣油中溶解氣體分析；（2）主變壓器的局部放電量監(jiān)測(cè)及定位；（3）容性電氣設(shè)備的介質(zhì)損耗、電容電流、電容量的監(jiān)測(cè)；（4）避雷器泄漏電流的監(jiān)測(cè)；（5）瓷絕緣子的污穢泄漏電流的監(jiān)測(cè)；（6）少油開關(guān)絕緣拉桿泄漏電流的監(jiān)測(cè)；（7）系統(tǒng)母線電壓的監(jiān)測(cè)。03變壓器絕緣在線監(jiān)測(cè)內(nèi)容變壓器絕緣在線監(jiān)測(cè)內(nèi)容下面以主變壓器絕緣在線監(jiān)測(cè)為例，說明絕緣在線監(jiān)測(cè)的原理及過程。主變壓器絕緣其主要監(jiān)測(cè)的內(nèi)容包括：（1）絕緣油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)；（2）變壓器局部放電在線監(jiān)測(cè)；（3）變壓器鐵心接地電流監(jiān)測(cè)；（4）變壓器油中含水量在線監(jiān)測(cè)；（5）變壓器絕緣套管介質(zhì)損耗角正切在線監(jiān)測(cè)；（6）變壓器內(nèi)部溫升在線監(jiān)測(cè)。變壓器絕緣在線監(jiān)測(cè)內(nèi)容變壓器絕緣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)模塊及實(shí)物圖如圖3-60、圖3-61所示。圖3-60變壓器絕緣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)模塊變壓器絕緣在線監(jiān)測(cè)內(nèi)容絕緣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，對(duì)主變壓器的監(jiān)測(cè)參數(shù)主要有介質(zhì)損耗、泄漏電流、等值電容、鐵心接地泄漏電流、絕緣油中的氣體。

泄漏電流是指在作用電壓下流過電氣絕緣體表面的電流。這里所指的污穢絕緣子泄漏電流是指在運(yùn)行電壓下污層受潮時(shí)流過絕緣表面的電流。顯然，它是污穢程度、環(huán)境條件以及運(yùn)行電壓三個(gè)主要因素的綜合反映和最終結(jié)果，稱為反映污穢絕緣表面污穢特性的動(dòng)態(tài)參數(shù)。由于泄漏電流能較全面地反映絕緣污穢狀態(tài)，對(duì)泄漏電流的檢測(cè)和分析作為污穢絕緣在線監(jiān)測(cè)的一種方法近年來引起大量關(guān)注。這主要是因?yàn)榻^緣泄漏電流和污穢沿面放電的發(fā)展過程密切相關(guān)，包含了豐富的信息，可以綜合反映污穢程度、受潮程度、絕緣子耐受電壓以及絕緣子形狀等因素的影響，而且便于連續(xù)在線監(jiān)測(cè)。同時(shí)絕緣子的泄漏電流變化也可以反映污穢的積累變化過程，所以對(duì)絕緣泄漏電流估算方法的研究對(duì)于判斷污穢絕緣子的運(yùn)行狀態(tài)具有重要意義。變壓器絕緣在線監(jiān)測(cè)內(nèi)容圖3-61

變壓器絕緣在線監(jiān)測(cè)實(shí)物圖變壓器絕緣在線監(jiān)測(cè)內(nèi)容圖3-61變壓器絕緣在線監(jiān)測(cè)實(shí)物圖變壓器絕緣在線監(jiān)測(cè)內(nèi)容3.1變壓器絕緣的介質(zhì)損耗

變壓器絕緣的介質(zhì)損耗包括繞組絕緣介質(zhì)損耗和高壓套管的損耗，繞組絕緣體積大，絕緣油多，套管體積小，絕緣油少，所以套管的絕緣更容易受到外界的影響。因此，在線檢測(cè)套管的介質(zhì)損耗和運(yùn)行中交流下的泄漏電流，更能反映變壓器的絕緣實(shí)時(shí)狀況。3.2變壓器泄漏電流

牽引變電所中高壓設(shè)備試驗(yàn)參數(shù)中，泄漏電流是反映高壓電氣設(shè)備絕緣特性最靈敏的指標(biāo)之一，在線監(jiān)測(cè)關(guān)鍵硬件是采用微電流傳感器。如圖3-62所示為零磁通高精度微電流傳感器。變壓器絕緣在線監(jiān)測(cè)內(nèi)容圖3-62零磁通高精度微電流傳感器變壓器絕緣在線監(jiān)測(cè)內(nèi)容

需要檢測(cè)的泄漏電流的對(duì)象主要有：（1）高壓套管泄漏電流，在套管末屏接地端提取信號(hào)。（2）斷路器絕緣拉桿處泄漏電流，在靠近電位端安裝傳感器。（3）避雷器工作電流及絕緣泄漏電流，在靠近電位端安裝傳感器。（4）各種絕緣子表面的泄漏電流，靠近地電位端安裝傳感器，判斷絕緣表面受潮易開裂狀況。3.3等值電容

變壓器的等值電容，特別是套管的等值電容反映了絕緣介質(zhì)的特性，能夠有效地說明設(shè)備受潮程度。3.4鐵心接地泄漏電流

鐵心接地泄漏電流反映了主變壓器的鐵心絕緣的狀況、變壓器高壓與低壓之間的電磁能轉(zhuǎn)換是否正常、渦流大小、鐵心溫度，泄漏電流可以監(jiān)測(cè)鐵心絕緣狀況。變壓器絕緣在線監(jiān)測(cè)內(nèi)容

絕緣油色譜分析是檢測(cè)變壓器早期故障成熟的方法，但由于在線監(jiān)測(cè)變壓器油色譜分析的專用傳感器價(jià)格相對(duì)來比較貴，所以工程上在線檢測(cè)以氫氣H2為主，當(dāng)監(jiān)測(cè)的氫氣異常時(shí)再進(jìn)行全面的絕緣油色譜分析，這樣能夠?qū)崿F(xiàn)在線監(jiān)測(cè)絕緣油中的氣體，也可降低工程造價(jià)。3.5絕緣油中的氣體

絕緣油中綜合氣體在線監(jiān)測(cè)設(shè)備的關(guān)鍵器件是氣體傳感器，將氣體傳感器安裝在油枕通道的瓦斯繼電器處，油中所溶解的氣體上升的過程中，經(jīng)過傳感器，傳感器中的氣敏元件根據(jù)不同的濃度輸出不同的電氣信號(hào)，從而檢出不同氣體的含量，判斷是過熱性故障還是放電性故障（電弧放電故障、火花放電故障、局部放電故障），如圖3-63所示。變壓器絕緣在線監(jiān)測(cè)內(nèi)容圖3-63變壓器智能集成在線監(jiān)測(cè)示意圖04避雷器在線監(jiān)測(cè)避雷器在線監(jiān)測(cè)4.1避雷器的檢測(cè)參數(shù)

主要以綜合泄漏電流和氧化鋅避雷器泄漏電流為主，綜合泄漏電流是衡量避雷器的絕緣優(yōu)劣狀況，氧化鋅避雷器泄漏電流包括監(jiān)測(cè)氧化鋅避雷器的全電流、阻性電流和容性電流。避雷器的絕緣劣化時(shí)，密封變壞，將導(dǎo)致綜合泄漏電流增大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起避雷器爆炸，所以監(jiān)測(cè)綜合泄漏電流可以避免事故的發(fā)生。4.2在線監(jiān)測(cè)特性

在線監(jiān)測(cè)氧化鋅避雷器特性包括避雷器內(nèi)部電壓分布和泄漏電流。監(jiān)測(cè)避雷器內(nèi)部電壓分布意義在于，如電壓分布不均勻，部分閥片由于承受電壓過高而損壞，一般用光電測(cè)量法監(jiān)測(cè)避雷器各閥片間的電壓分布。避雷器在線監(jiān)測(cè)

監(jiān)測(cè)泄漏電流（尤其是阻性電路）的意義在于：閥片在長(zhǎng)期工作電壓下老化，引起電阻特性變化，導(dǎo)致流過閥片的阻性電流增大；避雷器結(jié)構(gòu)不良或內(nèi)部受潮，閥片泄漏電流增加；泄漏電流中阻性電流急劇增加時(shí)，閥片溫度急劇上升導(dǎo)致熱崩潰，嚴(yán)重時(shí)發(fā)生避雷器爆炸事故。如圖3-64所示為氧化鋅避雷器在線監(jiān)測(cè)裝置。避雷器在線監(jiān)測(cè)圖3-64氧化鋅避雷器在線監(jiān)測(cè)裝置避雷器在線監(jiān)測(cè)

高壓電氣設(shè)備的在線檢測(cè)技術(shù)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)測(cè)量方法中出現(xiàn)的不足和缺陷，能夠及時(shí)反映高壓電氣設(shè)備運(yùn)行中出現(xiàn)的問題，保證電網(wǎng)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，為電力系統(tǒng)的供應(yīng)可靠性提供了強(qiáng)有力的保障。復(fù)習(xí)與思考1.