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1、容性负载电力设备的在线监测电力设备绝缘的基础知识电力设备绝缘的基础知识电力设备的构成材料电力设备的构成材料q电力设备是电力系统的构成元件 q电力设备是机械与电磁相结合的装备q电力设备主要由两类不同材料构成： 一类为金属材料，包括铜、铝等导电材料，硅钢片等导磁材料，铸铁、钢板等外壳或结构材料； 另一类为绝缘材料，如绝缘纸(及纸筒、纸板)、层压板(及筒)、塑料薄膜、硅橡胶、电瓷、绝缘油、绝缘气体等。q电力设备中绝缘材料或电介质的根本作用，除了在电容器中有储能这一特殊要求外，在其它绝大多数场合中，只是防止电流向不希望的方面流动，以及对不同电位的导体起机械固定或隔离作用q上世纪40年代以前，绝缘问题似
2、乎并不占有重要的作用，但之后?q相对于金属材料，绝缘材料尤其是有机绝缘材料，容易老化变质而使其机电强度显著降低；q电力系统中60以上的停电事故是由电力设备的绝缘缺陷引起的；q潜伏性故障设计、制造过程中存在质量问题，安装运输中出现损坏；q运行中故障由于电、热、机械、化学及其它因素，潜伏性故障发展或出现新的故障；q绝缘缺陷的分类：集中性缺陷、分布性缺陷；电力设备的故障电力设备的故障故障率故障率 (t)Burn-In FailuresRandom FailuresWear-OutFailuresLifetimeArrangementse.g. caused by Instalation, Produ
3、ction or Material failures e.g. caused by Operating and Maintenace Errors trials, initial batch, production control, quality assurance accurate operation and maintenance life span calculation, trials 电力设备的故障率曲线电力设备的故障率曲线q国外先进电力企业供电可靠性高，最好水平达到输配电网年平均每户停电次数为0.1次，平均停电时间不超过4分钟，供电可靠率可达99.999%。大城市供电网络敷设地下
4、电缆，电网线损率可降低到4.5%。开关多数实现无油化，基本实现变电站无人值守。由于自动化和信息化技术的应用，使其售电量增长和公司职工人数增长的比例达到很高的水平(一流企业达到100:4)。q与这些数据相比较，国家电网公司2002年平均线损率仍为6.91%，10千伏用户供电可靠率为99.906%，最低的省公司10千伏用户供电可靠率只有99.664%。对用户的年平均停电次数为1.96次（不包括瞬时停电）。超高压输电线路稳定极限低，电网有功调峰、无功补偿和电压调整手段欠缺，输送能力不能充分发挥，可靠性差。配电网比较薄弱，线路间联络差，互供能力不足。农村电网薄弱，供电损耗高，可靠性低，无人值班变电所比
5、例小。根据根据国家电网公司科技发展规划国家电网公司科技发展规划(200320052010)公布数据（国家电网科公布数据（国家电网科2003285号）号） 设计上： 研究改善电场分布、降低最大场强； 配件上： 对配件(如变压器分接开关、套管等)认真选购 及试验； 工艺上： 提高油纸绝缘包缠、干燥、浸渍质量； 试验上： 严格车间检验、出厂试验、增加局放试验等。 生产过程的措施（制造厂家）生产过程的措施（制造厂家） 投运后的试验和维修策略（运行部门）投运后的试验和维修策略（运行部门） 加强试验和维修如何减少电力设备的故障、避免和减少损失？如何减少电力设备的故障、避免和减少损失？电力设备试验的分类电力
6、设备试验的分类q按类型分类：型式试验、出厂试验、交接验收试验、预防性试验等； q设计定型型式试验地点在认证机构q制造完出厂前出厂试验地点在厂家q制造商与运行商之间的交接交接验收试验地点在现场q投入运行后的运行中预防性试验地点在现场q按性质和要求分类：绝缘试验、特性试验；q绝缘试验的分类：非破坏性试验(试验电压低)、破坏性试验(试验电压高)；设备投入运行后的试验q预防性试验：离线试验、在线试验；q常规预防性试验的缺点：试验时需要停电；试验时间集中、工作量大；试验电压低、试验周期长，灵敏性、有效性值得研究；q在线检测目前并不能完全取代常规预防性试验：大多局限于测量工频运行电压下的绝缘参量；无法测量
7、电力设备在高于运行电压下的参量；迄今尚未形成统一的判断标准。电力设备试验和维修策略的发展历程电力设备试验和维修策略的发展历程 事故维修（坏了再修，第二次世界大战之前） （盲目、不科学） 定期维修（按固定时间周期维修，当前多数情况） （维修过量、维修不足） 状态维修（以运行状态决定维修周期，正在逐步开展） （以在线监测为基础，科学、可靠、经济、可预见）q这几种维修方法并不互相排斥，但在不同阶段、不这几种维修方法并不互相排斥，但在不同阶段、不同要求的情况下，共存的形式有差别。同要求的情况下，共存的形式有差别。q维修的目的在于获取各种信息，基于此得到设备状维修的目的在于获取各种信息，基于此得到设备状
8、况的结论；况的结论；q迄今为止，尚不能完全建立测量数据与设备状况之迄今为止，尚不能完全建立测量数据与设备状况之间的直接关系：间的直接关系：Ub f (R, tan, PD, DGA, )?事故维修、定期维修、状态维修三种策略电力设备使用寿命与应力之间的关系电力设备使用寿命与应力之间的关系 具体问题要具体分析，不宜全采用状态维修电力设备维修策略的分类原则监测系统的价值分析 采用在线监测时的投入产出的分析 不采用时的费用 采用时费用 由于风险所致的损失(宜计及故障几率及故障后果) 常规检查工作的支出 完成维修任务的支出 对故障进行调查及消除的支出 对故障设备进行监测所得知识的得益 监测评估及选用的
9、支出 监测设备的投资及运行费用 设备负荷最大利用能力的提高 基于对少量的检测而可获得大量的该类设备性能的得益 对运行人员安全性的改善 对环境保护的改善 $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ B $ $ $ B $ $ 各栏累加后,可得采用该在线监测系统前后的费用及得益 ? ? q$表示支出费用，IRx,甚小。介质中的功率损耗 P = UIRx = UICx tg= U2Cx tg （4-1）tg为介质损失角的正切，一般均比较小。图41 介质绝缘的等值电路和向量图 如果绝缘内的缺陷不是分布性而是集中性的，则tg 有时反映就不灵敏。被试绝缘的体积越大，或集中性缺陷所占的体积越小，那么集中性缺
10、陷处的介质损耗占被试绝缘全部介质损耗中的比重就越小，而ICx一般几乎是不变的。故由（4-1）式可知，tg 增加的也越少，这样，测tg 法就越不灵敏。对于象电机、电缆这类电气设备，由于运行中故障多为集中性缺陷发展所致，而且被试绝缘的体积较大，tg 法效果就差了。 当被试品绝缘由不同的介质组成时，例如由两种不同的绝缘部分并联组成，则根据被试品总的介质损耗为其两个组成部分介质损耗之和，而且被试品所受电压即为各组成部分所受的电压，由（4-1）式可得 从而由（4-2）式可知， 越小，则C2中缺陷（tg 2增大）在测整体的tg 时越难发现。 图4-2 tg U关系曲线4.1 测tg用的西林电桥图4-3 Q
11、S1型电桥的基本线路（a）正接法；（b）反接法图44 电桥平衡时的相量图由图4-4（b）可得 由UDA = UDB，可得IxR3 = INZ4 = INR4 ，于是ICx = Ixcos 。再由，（46）故通常取R4为 欧，故（4-5）式成为法 = 微法 也就是当电桥调到平衡时，C4的微法数就是等于被试品的tg值。4.2 用电桥法进行tg在线检测 图4-5 采用高压标准电容器CN以正接法测量tg为解决现场没有很高电压的标准电容器的困难，不少单位采用挂在同相线路上各电容型试品相互作对比的方法，测得各电容型试品的tg的差值，如果此差值与过去有显著变化，往往反映某一试品有问题。应用得较多的是选定某几
12、台tg较小且随电压、温度较稳定的电容型试品相串联而当作“标准”电容器使用。 图46 存在tgN时测量tg的相量图或（47）对于tgN1， tgN 1，故 （48）或 为解决在现场只有低压标准电容器而无高压标准电容器的困难，可采用电压互感器配以低电压标准电容器CN的方案，其原理如图4-7。这时对该电压互感器的角差 大小及其线性度等须予以重视，因为被测的试品Cx的tg常是很小的数值。 在现场实测时，一般选CN为10003000pF。而试品真实的tgx与电桥上读数tgm的关系为 图4-7 用电压互感器配低压标准电容器CN而组成的电桥法 4.3 tg及C的在线监测 图4-8 tg在线监测仪的原理框图图
13、4-8为国内外应用较为广泛的用传感器、移相器及自动平衡装置来测量C及tg的原理框图。由被试品Cx接地侧处的传感器获得 ，它反映了流经试品的电流 ；而由分压器或电压互感器处获得 ，它反映了加在试品上的电压 。如果先忽略传感器及分压器的角差，则 应滞后一个角度（90）；再将 经移相器前移90而成 ，则 与 间的角差即为介质损耗角，其相量图如图4-9所示。 图4-9 测tg的相量图为了能准确地读出此很小的角差，可采用了单片机或计算机里的时钟脉冲来计数，其示意图如图4-10所示。由图4-8中从传感器所获得的信号Ui及Uu分别经过过零转换而成相同幅值的方波I及U。为便于相与，将移相90后的电压信号再反相
14、而成U*，再将I与U*相与，所得的方波宽度即反映了此角的大小了。图4-10 用过零转换移相相与的原理测角的原理图为提高测量的准确性，可加进图4-11那样的预处理电路 。低 通滤 波低 通滤 波带 通滤 波带 通滤 波过 零整 形过 零整 形数字电路计算机UuUi图4-11 对Uu及Ui信号的预处理及校正回路也可采用加进电子开关后，用同一套预处理电路进行处理，其原理图如图4-12。 低 通滤 波低 通滤 波UuUi电 子开 关去 直稳 零波 形整 形相 位鉴 别计算机图4-12 用同一套预处理电路来测量tgPresco AG介损测量电桥高精度自动、手动电容及介损测量电桥TG-1通用型全自动电容及
15、介损测量电桥TG-3高精度全自动电容及介损测量电桥TG-4现场型全自动电容及介损测量电桥FT-12有效排除现场干扰采用先进的电流比较法Presco AGI = U * * C这里里 = 2 * * f电流比较法工作原理Presco AGIN . NN = IX . NX 或者或者Utest . . CN . NN = Utest . . CX . NX CX = CN . NN / NXPresco AGTG-1可以手动平衡，也可全自动平衡 (独一无二的设计)通过试品的最大电流 35A通过标准电容器的最大电流 30mA电容测量范围 0.1CN.10000CN介质损耗测量范围 110-5.1电压
16、测量范围 10V.1MV 电容测量精度 0.01%相位测量精度 0. 2mrad读数的2% 电压测量精度 量程的1%2位Presco AGTG-3全自动电桥平衡通过试品的最大电流 5A通过标准电容器的最大电流 30mA电容测量范围 0.1CN.1000CN(可扩充到10000xCN)介质损耗测量范围 110-5.1电压测量范围 10V.1MV 电容测量精度 0.01%相位测量精度 0. 02mrad显示值的2% 电压测量精度 量程的2%2位Presco AGTG-4全自动电桥平衡通过试品的最大电流 15A通过标准电容器的最大电流 30mA电容测量范围 0.1CN.10000CN介质损耗测量范围
17、 110-4.1电压测量范围 10V.1MV 电容测量精度 0.1%相位测量精度 0. 2mrad显示值的1% 电压测量精度 量程的1%2位通过伽玛值监测容性设备的绝缘状况通过伽玛值监测容性设备的绝缘状况BSD IPD 传感器B 平衡单元平衡单元- 求和单元求和单元零位计零位计S伽玛值测量原理伽玛值测量原理影响伽玛值大小的因素有:C1 电容值, 和该电容的变化量C1介损值的变化伽玛值是一个矢量。从这个矢量的相位上可以看出存在缺陷的相以及缺陷的类型。平衡状态平衡状态A相的介损值增大相的介损值增大A相的电容值增大相的电容值增大存在缺陷的套管状态良好的套管温度Iimb1%0.1%伽玛值与温度的关系伽
18、玛值与温度的关系伽玛值与套管电压的关系伽玛值与套管电压的关系1 良好条件2 全部潮湿污染3 严重的部分潮湿污染4 铁心或铁心表面严重的局放5由于沉淀，内部的磁套污染升温升温降温降温增加负载增加负载减少负载减少负载监测单元工作在剧监测单元工作在剧烈变化的模式下烈变化的模式下在负载变化的时候，我们在负载变化的时候，我们能看到一个矢量的跳变能看到一个矢量的跳变在套管冷却和加热时，我们在套管冷却和加热时，我们可以看到温度对它的影响可以看到温度对它的影响不平衡矢量图不平衡矢量图伽玛值趋势图伽玛值趋势图伽玛趋势伽玛趋势05101520256/156/257/57/157/258/48/148/249/3日期日期/时间时间%/year报警发生在6:18 AM 和 12:38 PM精品课件资料分享 SL出品精品课件资料分享 SL出品精品课件资料分享 SL出品
