电气工程测试6章节

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1、第六章,输电线路监测原理与方法,主要内容,6.1 绝缘子在线监测与故障诊断 6.2 电力电缆在线监测与故障诊断 6.3 电力网谐波在线监测与故障诊断 6.4 输变电设备老化和寿命预测,6.1 绝缘子在线监测与故障诊断,据统计，在电力系统总事故数中污闪事故仅次于雷害位于第二，但是由于污闪事故的自动重合闸成功率很低，致使所导致的损失为雷害事故的约10倍。在线实时监测高压输电线路绝缘子的泄漏电流，可以使电力系统管理人员把握高压网运行的绝缘状况，以便及时采取措施避免高压电网运行中污闪事故的发生，提高电力系统运行安全性和可靠性。,6.1.1 绝缘子的在线监测,基本原理 传感器与数据采集 信号的无线传输与

2、后台总机 电源的获取,6.1.1.1 绝缘子的在线监测基本原理,6.1.1.2 传感器与数据采集,包含响应速度快、信噪比高并能经受恶劣大气坏境考验的泄漏电流传感器、大气参数测量传感器（如温湿度传感器、风力风向传感器、导线张力传感器、覆冰量传感器等）。数据采集分机具有低功耗、数据处理量大、抗干扰能力强、并能实现数据无线传输等特点。,6.1.1.3 信号的无线传输与后台总机,由于前端机在杆塔上，所以它测得的数据必须通过无线传输的方式传到主控室，一般采用GPRS技术进行数据传送，通过Internet网络传输到后台监控中心。由于采集的数据量大，而且需要定时发送，就必须对采集的数据进行存储，而单片机的存

3、储容量往往不能满足要求，所以必须使用存储芯片扩展采集电路的存储量。采集的数据必须含有测量时间信息，所以日历时钟芯片也是必不可少的。,6.1.1.3 信号的无线传输与后台总机,保证无线通信中数据的可靠性：选用高质量的收发芯片；在硬件设计中增加数据头检测电路，防止数据的错位和避免空气中的干扰数据对系统正常工作的影响；在软件上 通过制定完备的通信协议或采取有效的编码措施保证数据的可靠性。 后台总机利用大量试验数据和运行部门提供的现场数据，确立外绝缘预警标准，建立绝缘子状态的多专家数据库预警诊断系统。,6.1.1.4 电源的获取,太阳能电源太阳能电池、控制器、蓄电池及DC/DC转换电路 激光供能电源这

4、种方法采用激光或其他光源从地面低电位侧通过光纤将光能量传送到高电位侧，再由光电转换器件（光电池）将光能转换成为电能，再经过DC-DC变换后，提供稳定的电压输出。,6.1.1.5 典型实例,系统框图,6.1.2 绝缘子劣化的诊断,绝缘子的劣化表现为绝缘子物理化学性能的劣化，如绝缘电阻的变小、泄漏电流的变化等，因此可以通过检测绝缘子的一些物理化学性能来对绝缘子的老化状况进行诊断，实际应用中就是通过一些离线或在线的检测方法来进行诊断。瓷绝缘子失效的表现形式为头部隐蔽零值或低值，复合绝缘子失效的主要表现形式为伞裙蚀损以及隐蔽的复合界面击穿。,6.1.2.1 零值瓷绝缘子检测诊断,瓷绝缘子老化结果产生低

5、值、零值绝缘子，诊断方法有绝缘电阻法、火花间隙法、分布电压法、红外成像和超声波法等，以下介绍绝缘电阻法、火花间隙法及分布电压法。,绝缘电阻法 直流电源经有源振荡变换后经三极管进行放大，再通过高频变压器将电压升高，最后经硅堆整流和高压电容滤波，便直流输出达到5kV。直流电源采用普通高效5号电池即可保证电路正常工作。,6.1.2.1 零值瓷绝缘子检测诊断,绝缘电阻法-检测结果,6.1.2.1 零值瓷绝缘子检测诊断,火花间隙法 根据不同电压等级绝缘子串分布电压规律，设定一个数字为基准的门槛电压，良好绝缘子的分布电压高，可间隙放电；低零值绝缘子分布电压低，无法造成间隙放电。,6.1.2.1 零值瓷绝缘

6、子检测诊断,分布电压法 在正常情况下，由于绝缘子的体积电阻和表面电阻较工频下的容抗大得多，所以绝缘子串也就相当于由许多电容器组成的链形回路。也就是说，悬式绝缘子串和变电站用支柱绝缘子，其工作电压的分配与各元件的电容量成反比。同时，也受到各元件对地及对导线间的电容量的影晌。对地电容CE使靠近导线的绝缘子分担更高的电压，而对导线的电容CL，又使远离导线的绝缘子分担较高的电压。,6.1.2.1 零值瓷绝缘子检测诊断,分布电压法 最靠近导线的绝缘子分担最高的电压，依次递减至串中或支柱的中部绝缘分担的电压最低，在靠近接地的横担端，分担的电压又略升高。绝缘子本身的电容C越大，悬式绝缘子串或者支柱绝缘子中各

7、元件上分担的电压就越均匀，绝缘子串越长，电压分布就越不均匀。因此可以认为，悬式绝缘子串中各绝缘分担的电压一般要比支柱绝缘子均匀些。,6.1.2.1 零值瓷绝缘子检测诊断,分布电压法,6.1.2.1 零值瓷绝缘子检测诊断,分布电压法 劣化绝缘子上分布的电压大多在正常值的50%以下，劣化绝缘子还有一个显著的特点，即劣化绝缘子的电压降明显低于两侧良好绝缘子的电压降。采用分布电压法来判定零低值绝缘子的两个标准：当被测绝缘子上的电压值低于标准规定值的50%时；分布电压虽然高于标准值的50%，但明显地同时低于相邻两侧良好绝缘子的电压值时，均可判为零值或低值绝缘子,6.1.2.1 零值瓷绝缘子检测诊断,分布

8、电压法 1-完好绝缘子串；2-10号绝缘子零值（0M）;3-4号绝缘子低值（60 M）,6.1.2.1 零值瓷绝缘子检测诊断,分布电压检测仪器 -电阻分压杆 -电容分压杆 -火花间隙检测杆 -SG系列数字式高电压表 -超声波劣质绝缘子检测仪 -表面温度判别法,6.1.2.1 零值瓷绝缘子检测诊断,6.1.2.2 合成绝缘子劣化诊断,6.1.2.2 合成绝缘子劣化诊断,直接观测法 用双筒望远镜在杆塔下观察以发现常见表面缺陷 鳄鱼皮式的腐蚀（龟裂）或是伞裙呈现粗糙； 外层介质材料上出现条痕或是裂纹； 扩展绝缘子伞裙出现电击穿； 伞裙或两端的铠装部位有裂缝； 外部的覆盖足有裂纹； 端部填充物的防潮密

9、封件有损伤； 绝缘子芯棒裸露； 因闪络引起的绝缘子电介质材料密封或端部填充材料等损伤。,6.1.2.2 合成绝缘子劣化诊断,憎水性检测方法 用普通喷壶对试品表面喷洒水雾，观察水分在试品表面的分布情况，对比分级判据和标准图片，即可得出绝缘子表面的憎水性状况。喷水分级法的缺陷是对人的主观判断依赖性较大。近年来，数码摄影技术和计算机数字图像处理技术的发展为人们更为客观和精确地评价复合绝缘子表面的憎水性提供了一条新的道路。,6.1.2.3 绝缘子污秽状态诊断,受运行电压和温度及湿度影响的泄漏电流能全面真实的反映绝缘子污秽状况的有效信息，是所有污秽沿面放电检测参量中最有效的动态参量，能综合反映染污程度、

10、运行电压以及气象参数（温度湿度等）的作用。目前国内外常用的泄漏电流检测方法大致包括：运行电压下泄漏电流的最大脉冲值；临闪前最大泄漏电流；泄漏电流有效值等。,6.1.2.3 绝缘子污秽状态诊断,运行电压下泄漏电流的最大脉冲值法,6.1.2.3 绝缘子污秽状态诊断,临闪前最大泄漏电流值法 临闪泄漏电流是绝缘子污秽前的最大泄漏电流值，也是污闪后的最小泄漏电流值。在临界点上测得的相应于闪络的泄漏电流必定是最大值，但不在临界点上的泄漏电流是忽大忽小的，应在一定时间内测得的许多值中取其最大值来作为临闪前最大泄漏电流值，它与污闪电压具有良好的相关性。,6.1.2.3 绝缘子污秽状态诊断,泄漏电流有效值法 泄

11、漏电流有效值是所有泄漏电流特征参量中最容易检测和处理的，也是被大家广泛认同的最有效特征量之一，是一种常用的具有很高预测性的特征量。可以在数字域中取一定时间内的电流然后测定其有效值，通过有效值的大小就可以判断出绝缘子污秽程度的大小。,6.1.2.3 绝缘子污秽状态诊断,泄漏电流有效值法的应用 泄漏电流在交流污秽放电过程中具有三区段特性，且三区段有各自的发展特性，根据试验测得的泄漏电流有效值，将三区段明确表示为安全区（150mA）；预报区或危险区泄漏电流大容易检测但发展快，往往没有足够的预警时间裕度；安全区的泄漏电流虽很小，但却有足够的时间预警。,泄漏电流有效值法的应用,基本理论 从安全区泄漏电流

12、有效值（50mA）出发，提取出三个有效值特征量，分别是泄漏电流有效值均值Ime、泄漏电流有效值的最大值Imaxe、泄漏电流有效值的标准差。这三个特征量各自从不同角度反映了染污绝缘子沿面放电发展中泄漏电流的变化特征。试验证明在相同条件下，这三个参量的变化与绝缘子表面的污秽程度紧密相关。,泄漏电流有效值法的应用,污闪的发生需要进过四个必备的过程，即积污、污秽湿润、形成干燥带和局部电弧发展，这四个过程都可以反映在泄漏电流的变化之中。当污秽受潮湿润后，绝缘子表面就会流过泄漏电流，此时泄漏电流的大小直接反映了相同湿润条件下污秽度的不同，也即污秽越重，泄漏电流有效值均值也越大。,泄漏电流有效值法的应用,随

13、着泄漏电流的持续，污秽表面会产生干带，干带的厚度和宽度反映在泄漏电流上就是脉冲的大小，也即泄漏电流有效值最大值的大小，污秽越重则泄漏电流有效值最大值也就越大，而泄漏电流有效值标准差则反映了脉冲的多少，脉冲数量越多则标准差就会越大；当条件适合时，污秽足够重的表面会产生局部电弧，局部电弧继续发展结果是闪络。,泄漏电流有效值法的应用,为此采用泄漏电流有效值均值及最大有效值和标准差三个特征量，,泄漏电流有效值法的应用,6.2 电力电缆在线监测与故障诊断,随着国家现代化水平的提高，电力电缆作为传输电能的重耍工具，越来越受到人们的重视，电力电缆按绝缘材料可分为：油纸绝缘电缆、聚乙烯电缆、聚氯乙烯电缆、交联

14、聚乙烯电缆、橡胶绝缘电缆、充气电缆等，其中交联聚乙烯 （XLPE）电力电缆由于电气性能良好，击穿场强高，介质损耗小及安装、维护方便，在各电压等级电网中得到了越来越广泛的应用。,6.2.1 电力电缆故障的产生原因,绝缘老化电缆绝缘材料长期在电磁作用下工作，要受到伴随电磁作用而来的化学、热和机械作用，从而使介质发生物理化学变化，使介成的绝缘水平下降。 电缆过热电缆内部气隙产生电游离造成局部过热，使绝缘层碳化。电缆超负荷运行产生过热，安装于电缆密集地区、电缆沟及隧道等通风不良处的电缆因过热而使绝缘加速损坏。,6.2.1 电力电缆故障的产生原因,机械损伤主要有施工和交通运输所造成的损坏，如挖土、打桩等

15、都可能误伤电缆，行驶车辆的震动也会损坏埋在公路及铁路附近的电缆。在敷设电缆的过程中也会因为拉力过大或弯曲过度而导致电缆绝缘和护层的损坏，土壤下沉所形成的拉力导致电缆故障的发生。 护层的腐蚀因受土壤内酸、碱和杂散电流影响，埋地电缆的铅或铝包易遭到腐蚀而损坏。,6.2.1 电力电缆故障的产生原因,材料缺陷及设计制作工艺的影响材料缺陷包括交联聚乙烯绝缘中含有杂质、附件中的铸件有砂眼，瓷件的机械强度不够、由于管理不严而造成电缆绝缘材料受潮、脏污和老化等。 过电压大气过电压和内部过电压超过电缆所能承受的电压允许值而造成击穿，户外终端头的故障是由大气过电压引起的，电缆本身的缺陷也会导致在大气过电压的时候发

16、生故障。,6.2.2 电力电缆绝缘在线监测方法,直流分量在线监测方法 直流叠加在线监测方法 交流叠加在线监测方法 低频交流叠加在线监测方法 介质损耗在线监测方法 局部放电在线监测方法 联结盒温度的在线监测方法 充油电缆、压气SF6电缆的在线监测方法,6.2.2.1 直流分量在线监测方法,基本原理 运行中的交联聚乙烯电缆的绝缘体内产生了水树枝，则在交流电的作用下，由于水树枝的“整流作用”将产生一个微弱的直流电流分量（nA级）流过绝缘体。直流分量与直流泄漏电流具有良好的相关性，两者成比例相互增长。利用这一相关性，在电缆外屏蔽接地端串入一微直流电流监测装置监测这一直流分量并以此来判断电缆绝缘老化。,6.2.2.1 直流分量在线监测方法,原理图,6.2.2.1 直流分量在线监测方法,影响测量结果的因素化学电动势和护套绝缘电阻 直流分量法在现场测量时经常碰到的问题是当电缆屏蔽接地化学电动势较大而护套绝缘电阻较小时，会在检测回路中形成较大干扰电流，使得检测电流被干扰电流淹没，解决的方法是：采用补偿电势法来消除干扰电流，此方法需要良好的补偿电