在线装置-容性设备原理

关键 词 ： 绝缘 ； 监测 ； 系统 ； 术 技
现对 四部分 的 技术原 理介 绍如 下 ： １ 弓Ｉ 言 ４２本地 测量 单元 Ｌ － Ｃ 传 统 的电气设 备绝 缘 检测 主要 是根 据 电 ４１现 场总线 技术 ． 本地 测 量 单 元 Ｌ （ 能 传 感器 ） 常安 ｃ智 通 气设备 预 防性试 验规程 的规 定对 电气设 备进 现场总线 控制技 术 的发展 和应用 ， 为 装在 变电站 电气 设备 的运 行 现场 ，每组 被测 行定期 的停 电试验 、 检修 和维 护 。 由于这 种检 ＳＭ一 Ｉ ２监 测 系 统 总 体 结 构 的 设 计 提 供 了 基 电气设 备（ 三相） 安装 一 台 ， 可就 地监 测 电气设 修 和试 验是定 期进 行 ，难 以及 时反 映设备 内 础 。 谓现场 总线 ， 所 是指 现场 仪表 和数 字控 制 备 的绝 缘特 征参 量 ， 通过 现场 通讯 总线 ， 并 把 部 的故 障 隐患 ，而 且试 验 电压往 往要 低 于运 系统输 人输 出之 间 的全数 字化 、 向 、 双 多站 点 测 量结 果 以数字方 式 传送 到变 电站 的 中央监 行 电压 ， 此 ， 等效 性 相对 较 差 ， 某些 缺 的通讯 系统 。其 特点 主要 表现 在如 下 几个 方 控 器 Ｓ 。 因 其 对 Ｃ 陷反映 不够灵 敏 。 随着 电力 系统 朝 着高 电压 、 面： ①以数字信号取代传统的模拟信号 ， 进行 ＳＭ一 Ｉ ２绝缘 监测 系统 目前 主要 包 括如 下 大容量 的方 向发展 ，如 何保 证 电气设 备 的安 双 向传输 ，一 对双 绞线 或 一条 电缆 上 可以挂 几种 类 型的 本地测 量单 元 ，可根 据监 测需 求 全 稳定运 行变 得尤 为重要 ， 因此 ， 根据 需要 对 载 多个 测量设 备 ， 电缆 的用 量 、 使得 连线设 计 自由进行 组合 。 电气设 备 运 行状 态 进行 在 线 监测 十 分 必要 ， 及 接头 校对等 工 作量 大为 减少 ；② 通讯 总线 （ １ ）电容 型设 备 介损 及 电 容 量测 量 单 元 Ｃｘ； 它可作 为弥补 定期 预防性 试 验不 足 的有效 手 延 伸 到现场传 感器 、 测或 控制 部件 ， 方便 ＬＣ— 检 可 段。 例如 ， 以将在线 监测 与定 期停 电预 防性 地 实现对 现场 测量 设备 的监 视 、 可 诊断 、 验或 校 （ ２ ）避 雷 器阻 性 电 流及 全 电 流测 量 单元 试 验 的结 果 结合 起 来反 映设 备运 行 状况 ， 也 标定， Ｍ 提高了系统的检测精度和抗干扰能力 ， ＬＣ— ＯＡ ； 可 根据在 线监 测的结 果合 理安 排 预防性 试验 节省了硬件数量与投资；③现场总线在结构 （ ３ ）母线 电压 及谐 波分 量 测 量 单元 Ｌ — ｃ 时间。 这样 ， 延长 电气设 备预 防性试 验及 大 上 只有 现 场测 控 设 备 和操 作 管 理两 个 层 次 ， Ｐ 可 Ｔ； 修 的周期 ，也是 逐渐 推行 状态 维修 的有效 途 现 场测控 设备 均含 有微 处理 器 ，它们 各 自进 （变 压器 油 中溶 解 气体及 铁 心电 流测量 ４ ） 径 。本文将 对 ＳＭ一 变 电站 电气设 备绝 缘在 行 信 号采 样 、／ Ｉ ２ ＡＤ转 换 、数 据 处 理 及 报 警 判 单元 Ｌ — Ｒ ＣＴ ； 线监 测系 统及该 套系 统在 ２ ０Ｖ变 电站的技 断 ， 别设 备 的损坏 或退 出运 行 ， ２ｋ 个 不会 影响 其 （污 秽 电流及环 境 温湿 度测 量单 元 Ｌ — ５ ） ｃ 术方案 进行 介绍 。 它设 备 的工作状 态 ；④总 线 网络 系统 是开 放 ＥＮ； ２变 电站绝缘 在线 监测 系统 概述 的， 扩展性 强 ， 户可 按照 自己 的需要 和考 虑 用 （变 压器套 管测 量单 元 Ｌ — Ｂ ６ １ ＣＴ 。 ＳＭ ２ 电站 电气设 备绝 缘 在线 监 测 系 把来 自不 同供货 商 的产 品组 成规模 各 异 的系 Ｉ一 变 本 地测 量单元 Ｌ Ｃ采用模 块 化设计 结构 ， 统采用 分层 分布 式结 构 ，综 合 运用 先进传 感 统 。 所 有测 量单元 的 硬件 结构 完全 相 同 ，均 由传 器技 术 、 字信 号 处理 技 术 、 算 机技 术 等 ， 数 计 ＳＭ ２ Ｉ 一 系统 理想 的布线 原则 是 ：通 过 一 感 器模 块 、 据 采 样模 块 、 处 理器 模 块 、 数 微 通 实现 了信号 采 集 的就 地 数字 化 和智 能 化 ， 并 条 电缆 ， 现 场 中所 有 的节 点 （Ｃ和 ｓ ） 把 Ｌ ｃ 以 讯及 电源管理 模块 分 构成 ，硬件 的 通用性 极 由现场 总线将 实 时数据 送人 变 电站通 信 管理 最短 距离 串接起 来 ， 如下 图所 示 ， 即除两 个 端 强 ， 可互 换使 用 。 系统 。通过 网络通 信还 可 以把 变电站 监控 系 头 的节点 外 （ 简称 端 点 ） ，其他 节 点 （ｃ或 Ｌ 本 地测 量 单 元 Ｌ ｃ的联 接 方式 如 图 ２所 统的监 测数 据汇集 到上 层 的数据 管理 和专 家 ｓ ） ｃ 均含 有 １ 条进线 和 ｌ 条出线 ， 线两 端 的 示 。 总 只要 输入 被测信 号 ， 把通 讯及 电源接 口 并 诊 断系 统 ，实 现对 变 电站 内电气 设备 绝缘 状 节点 （ｃ或 ｓ ） Ｌ ｃ 则仅 含有 １ 条进 线 。 时 ，ｃ 挂 载 到 中 央 监 控 器 ｓ 此 ｓ ｃ提 供 的 现 场 总 线 上 态 的在线 监测 和诊 断 。 与Ｌ ｃ一样可 被视 为 １ 节点 ， 个 并不 存在 任何 （Ａ ｕ）即可进 行实 时测量 。 Ｃ Ｎ Ｂ ｓ， 由于整个监 ３监 测 的对象及 参数 差异 ， 可位 于总线 的任 何位 置 （ 端部 或 中部均 测 系 统 的 联 接 完 全 建 立 在 数 字 化 通 讯 基 础 系 统 主要 是对 ２ ０ Ｖ变 电站 主 变 压 器 、 可 ） ２ｋ 。 上 ，不但 可彻底 解决 模 拟信 号在 传输 过程 中 电流互感 器 、 电压互感 器 、 耦合 电容器 等高 压 为减 少通 讯信 号在 总线 两端 的 波反 射 问 的失 真 问题 ， 高 了监测 数据 的 可信度 ， 提 同时 电气设 备绝 缘情 况 的在线 监测 。ＳＭ一 变 电 题 ，通 常应 在 总 线 的 ２ 端 头 节点 Ｌ Ｉ ２ 个 Ｃ中加 也将 大大 简化现 场 安装 、调试 及运 行维 护工 站 绝缘在 线监 测系统 除对 某些 常 规预 试项 目 １０欧 姆 的 匹配 电阻 （ 过跳 线器 ）特 别 是 作 。 ２ 通 ， 实 现在线 化监 测 以外 ，还 引进 了一些 新 的更 在 总线较 长 的情况 下 。 应注 意 ， 论 总线上 但 无 能 真实反 映设 备状态 的特 征量 。如对 变压 器 是 否 存在 分枝 节 点 （ 在 多 个端 点 ）总线 中 存 ， 本体 ，监测 其油 中溶 解气 体 的含 量和铁 心及 只 能含有 ２ 匹配 电 阻 ，且 应加 在总 线 的最 个 夹件 的接 地 电流 ； 电容性 电气设 备 ｆ 变压 远端 。 对 如 器套 管 、 压 电流互感 器 、 高 电容 式 电压互感 器 ＳＭ ２ 电站 电气 设备 绝缘 状 态在 线 监 Ｉ一 变 和耦 合 电容器 ）监测 它们 主 绝缘 的介 质 损耗 测 系统采 用 了现场 总线 的设 计思 想 ，由安 装 ， 和 电容量 以及末 屏泄 漏 电流 ；对氧 化锌 避雷 在变 电站 内 的监 测 系统 和安 装在 用户 端 的数 器 ， 测其 全 电流 及容 性 和 阻性分 量 ； Ｓ６ 据管 理系统 两部 分构 成 。通过 局域 网或 电话 图 ２ 本地测 量单 元 Ｌ 监 对 Ｆ ： Ｃ的 构成及 系统联 接 断路器 ， 监测 其开 断电 流 、 程一 间特性 、 行 时 分 网 ，用 户可 把若 干个 变 电站 的监测 数 据汇 集 ４ 中央监 控器 Ｓ － ３ Ｃ 合 闸 电磁铁绕 组 电流 、 体压 力 报警 接点 、 到数 据管理 及诊 断 中心 ，整个 系统 的结 构框 气 电 中央监控 器 ｓ ｃ采用嵌 入式 结构 ， 直接 可 动机启 动时 间间 隔和运 转 时间 等 ；对 大 型变 图如 图 １所示 安 装在 电气 设备 运行 区域 （ 需 占用主 控室 不 压 器 、并 联 电抗器 等 ，还监 测其 局部 放 电情 空 间 ）每个 变电站 通 常使用 一 台 。它可 通过 ， 况。 该在线 监 测系统 还提 供对 现场 温度 、 度 湿 现 场 总线 控制 各 个本 地 测量 单 元 Ｌ Ｃ的工 作 及 瓷裙表 面污 秽 电流等环 境 参量 的监 测和 记 状 态 ， 和处 理测 量 数据 及异 常信 息 ， 把 读取 并 录， 作为设 备运行 工 作状 况的辅 助评 估 。 最 终 获 得 的 绝 缘 监 测 数 据 按 照 下 述

感性及容性无功配置的研究摘要：本文主要围绕国家电网公司建设“资源节约型、环境友好型、工业化”输变电工程为目标，根据国家电网公司通用设计变电站建设规模及接入系统方案，通过详细的无功平衡计算，并参照国网公司通用设计与通用设备，对本工程感性无功及容性无功补偿装置进行优化配置，以满足电压和功率因数运行要求，减少无功的不合理流动，提高电力系统运行的经济性。

关键词：感性无功，容性无功，无功配置1、无功功率补偿的作用电力系统网络中不仅大多数负荷要消耗无功功率，而且大多数网络组件也要消耗无功功率。

电力系统中网络组件和负荷需要的无功功率必须从网络中某个地方获得。

如果这些所需要的无功功率由发电机提供并经过长距离传送，显然是不合理的，通常也是不可能的；如果这些所需要的无功功率不能及时得到补偿，电力系统的安全运行以及用电设备安全就会受到影响。

因此，无功功率补偿对电力系统有着重要意义，包括以下几点：（1）稳定受电端及电网的电压，提高供电质量。

（2）提高供用电系统及负载的功率因数，降低设备容量，减小功率损耗。

（3）改善系统的稳定性，提高输电能力，并提供一定的系统阻尼。

（4）减少线路损失，提高电网的有功传输能力。

（5）降低电网的功率损耗，提高变压器的输出功率及运行经济效益。

2、并联电容器补偿无功功率的原理电力系统的大部分负荷是电感性的，这些感性负荷消耗大量的无功功率，感应电动机消耗的无功功率约占总功率的60%~70%，变压器消耗的无功功率约占其总功率的20%~25%，而空载运行时，变压器的功率因数只有0.01左右，如果感性负荷所需的无功功率得不到就地补偿，势必由发电机来供给，即电气设备与电源之间存在大量的功率交换。

大量的无功电流在电源与负荷之间流动，造成电网电能的消耗，降低电源的功率因数。

在交流电路中，纯电阻原件中负载电流和电压同相位，纯电感负载中电流滞后电压900 ，纯电容负载中电流超前电压900 。

也就是说，纯电容中的电流与纯电感中的电流相位相差1800 ，可以相互抵消，即当电源向外供电时，感性负荷向外释放的能量由容性负荷储存起来；当感性负荷需要能量时，再由容性负荷向外释放的能量来提供。

电容补偿柜原理介绍以及特点（附加原理图）来源：电⼯维修学习1、电⼒电容器的补偿原理电容器在原理上相当于产⽣容性⽆功电流的发电机。

其⽆功补偿的原理是把具有容性功率负荷的装置和感性功率负荷并联在同⼀电容器上,能量在两种负荷间相互转换。

这样,电⽹中的变压器和输电线路的负荷降低,从⽽输出有功能⼒增加。

在输出⼀定有功功率的情况下,供电系统的损耗降低。

⽐较起来电容器是减轻变压器、供电系统和⼯业配电负荷的简便、经济的⽅法。

因此,电容器作为电⼒系统的⽆功补偿势在必⾏。

当前,采⽤并联电容器作为⽆功补偿装置已经⾮常普遍。

2、电⼒电容器补偿的特点2.1、优点电⼒电容器⽆功补偿装置具有安装⽅便,安装地点增减⽅便;有功损耗⼩(仅为额定容量的0.4 %左右);建设周期短;投资⼩;⽆旋转部件,运⾏维护简便;个别电容器组损坏,不影响整个电容器组运⾏等优点。

2.2、缺点电⼒电容器⽆功补偿装置的缺点有:只能进⾏有级调节,不能进⾏平滑调节;通风不良,⼀旦电容器运⾏温度⾼于70 ℃时,易发⽣膨胀爆炸;电压特性不好,对短路稳定性差,切除后有残余电荷;⽆功补偿精度低,易影响补偿效果;补偿电容器的运⾏管理困难及电容器安全运⾏的问题未受到重视等。

以上是对电容柜的特点和知识简介下⾯是详细解说关于电容补偿柜的⼀些知识低压电容补偿柜也叫低压⽆功补偿装置MSCGD，⼯作原理是根据电⽹向⽤电设备提供的负载电流由有功电流和⽆功电流两部分组成，⽆功电流在电源和负载之间往复交换，⼤⼤占⽤电⽹，使供电设备的供电能⼒⼤⼤降低，使功率因数降低。

就是⽤装置产⽣的容性⽆功电流快速、准确地跟踪抵消电⽹中的感性⽆功电流，从⽽提⾼功率因数，保证⽤电质量，提⾼供电设备的供电能⼒，并减⼩电路中的损耗。

⼀般来说，低压电容补偿柜由柜壳、母线、断路器、隔离开关，热继电器、接触器、避雷器、电容器、电抗器、⼀、⼆次导线、端⼦排、功率因数⾃动补偿控制装置、盘⾯仪表等组成。

电容器柜功能及其结构电容器补偿柜的作⽤电容补偿柜的作⽤是提⾼负载功率因数，降低⽆功功率，提⾼供电设备的效率；电容柜是否正常⼯作可通过功率因数表的读数判断，功率因数表读数如果在0.9左右可视为⼯作正常。

陷的灵敏度高 ： 试 验周期易于依据设 备绝缘状况
灵 活安 排 ， 能及早 发现 设 备 隐 患 和绝 缘 变化 趋 势 等． 对提 高 电力设 备 的运行 维护 水平 、 减 少停 电事 故 有积极 作 用 ］ 。在 绝 缘 在线 检 测 时 ， 通 常 从 电 压 互感 器 （ Ｐ Ｔ或 Ｃ Ｖ Ｔ） 的二次侧抽取 电压信号 ，
收稿 日期 ： ２ ０ １ ３ － ０ ７ － ０ ６
・
从设备末屏或接地点连线上的电流传感器抽取电 流信号 ， 再经过信号幅值调整、 模／ 数转换 、 角差信 号处理等环节 ， 最后得 出被试设备绝缘 的介损值 和电容量【 ６ 引。一般认 为所获取的基准信号能够
保 证介 损测 量 的精 度 ． 然 而实 践 证 明 这 种 观点 是
图 ３ 钳 形 电 流 互 感 器
Ｆ ｉ ｇ ． ３ Ｃｌ ａ ｍｐ ｔ ｙ ｐ ｅ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｏ ｒ ｍｅ ｒ
和电流大小比。 等式右边是相对值测量所需要 的 介损损耗差值和电容比。相对值测量方式需要基
准 设备 的存 在 ． 对 于变 电站 里某 些 单 相 Ｃ Ｖ Ｔ介 损 和 电容 值 的测量 ， 无 法实 现 。 绝对 值测量 方式如 图 ２所示 。 通过 Ｐ ｒ 或 Ｃ Ｖ Ｔ
片面的。这是因为电气设备的介损值量很小 ， 往
７ ４・
２ ０ １ ３年 第 ６期
・ 试 验与研究 ・ 张鑫， 等
一种新型容性设备带 电检测 系统的研究
（ 总第 １ ５ ０期 ）
往 只有千 分 之 几 的数 量 级 ． 而互感 器角误差 、 二次 负荷 变化 、 接 地点 的 电位差 、 外 界干 扰等 都会

ｇｉ ｒｄ， Ｋ ｅ ｒ ： ａ ｃ ｔ ｅ ｅ ｕｉｍ ｅ ｔ ｉ ｓ ｌｔｏ ； ｎ ｉ ｅ ｍｏ ｉｏ ｉ ｇ； ｎ ｓｔ ｅ ｉ ｃ ｔｏ ｙ ｗｏ ｄｓ ｃ ｐａ ｉ ｖ ｑ ｐ ｎ ； ｎ ｕ ａ ｉ ｎ ｏ ｌ ｎ ｔ ｒｎ ｏ — ｉ ｖ ｒ ａ ｉｎ ｉ ｎ ｅ ｉ ｆ
２Ｐ ｗ ｒ ｏ ｐ ｎ ｎ ｒｙＭｅｅｉｇＣｅｔｒｆＱｉｇ ａ Ｐ ｏ ｉｃ， ｎｎ １ １０ Ｃ ｉａ ｏ ｅ Ｃ ｍ ａｙＥ ｅｇ ｔｒ ｎ ｎｅ ｏ ｎ ｈ ｉ ｒｖｎｅＸｉｉ ８ ０ ０， ｈｎ ） ｇ
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｎ ｒ ｄ ｃ ｉ ｎ ｗａ ｄ ｏ ｔ ｅ ｓａ ｕ ｕ ｎ ｘ ｓ ｉｇ ｐ ｏ ｌ ｍｓｏ ｈ ａ ｃ ｔ ｅ ｅ ｉ ｍｅ ｎ ｕ ａ ｉ ｎ ｏ ｌ ｅ ｍｏ ｉｏ ｉ ｇ ｓ ｓｅ ． ｓ ｒ ｃ ：Ｉ ｔｏ ｕ ｔｏ ｓｍａ ｅｔ ｈ ｔｔ ｓｑ ｏ ａ ｄ ｅ ｉｔ ｒ ｂ ｅ ｆｔ ｅ ｃ ｐａ ｉｉ ｑｕ ｐ ｎｔ ｓ ｌ ｔ ｎ ｉ ｎ ｔ ｒｎ ｙ ｔｍ ｎ ｖ ｉ ｏ ｎ Ａｎ ｏ — ｉ ｅ ｉ ｃ ｔ ｎ ｍ ｅｈ ｄ ｆ ｒｔ ｙｓｅ ｗａ ｒ ｐ ｓ ｄ ｔ ｏ ｏ ｅ ｔ ｎ ｒ ｎ ｒｎ ｉ ｌ ｆｔ ｅ ｏ ・ ｉ ｅ ｉ ｃ ｔ ｎ ｄ ｖ ｃ ｉ ｅ ｎ ｓｔ ｖ ｒｆ ａ ｉ ｔ ｏ ｏ ｅ ｉ ｏ ｈｅ ｓ ｔ ｍ ｓ ｐ ｏ ｏ ｅ ， ｈｅ ｃ ｍｐ ｎ ｎ ｓａ ｄ ｗｏ ｋｉ ｇ ｐ ｉ ｃ ｐ ｅ ｏ ｎ ｓｔ ｖ ｒｆ ａｉ ｅ ｉ ｅ ｇ ｖ ｎ． ｈ ｅ ｉ ｏ
０ 引言
在 电力系 统 中运行 着大 量 的容性 电力 设备 ， 一
旦这 些 电力设备绝缘损坏 ， 就可 能造 成设备事故 ， 甚 至引发系统事故 。 了监测 电力 设备的绝缘状况 ， 为 确

02
根据不同场景的需求，定制化的 解决方案，满足各种复杂场景的 监测需求。
05
容性设备在线监测的挑 战与解决方案
数据处理与干扰消除
总结词
在容性设备在线监测中，数据处理和干扰消除是关键的挑战。
详细描述
由于监测系统通常会接收到大量数据，因此需要有效地处理这些数据，以提取有 用的信息。此外，由于电力系统的运行环境复杂多变，各种干扰可能会对监测系 统造成影响，因此需要进行干扰消除以获得准确的结果。
02
预测性维护
通过在线监测技术对容性设备的运行状态进行实时监控，能够实现预测
性维护，提前发现设备故障隐患，减少设备损坏和维修成本。
03
优化运行管理
在线监测技术将帮助电力企业实现对容性设备的优化运行管理，通过对
数据的分析和挖掘，制定更加科学合理的运行方案，提高设备运行效率
和安全性。
THANKS
感谢观看
背景：随着电力系统规模的不断扩大和运行复杂性的增加， 容性设备的故障对电力系统稳定性和可靠性的影响日益突出 。因此，开展容性设备在线监测对于保障电力系统安全运行 具有重要意义。
监测的重要性
实时监测容性设备的运行状态， 及时发现并处理故障，有助于降 低设备故障率，提高设备使用寿
命。
在线监测能够为电力系统的稳定 运行提供重要数据支持，为运维
在线监测技术的应用领域将进一步 扩大，不仅局限于电力行业，还将 拓展到石油、化工、钢铁等领域， 实现多元化应用。源自人工智能与大数据的应用前景
深度学习
人工智能将应用于在线监测数据的处理中，通过深度学习 算法对大量数据进行学习，提取出更准确的特征和规律， 提高监测准确度。
数据挖掘
大数据技术将应用于在线监测数据的挖掘中，通过对大量 数据的分析和挖掘，提取出有价值的信息，为决策提供支 持。

（ 2） 西林电桥法： 对西林电桥法进行改进，进行数 字化处理，同时在系统中用微处理器进行控制，提高了 测量的性能。
优点： 在前端信号滤波效果很好的情况下，可以达 到较高的精度和分辨率。
缺点： 硬件处理环节过多，对硬件要求太高，在测 量过程中受电磁干扰、谐波干扰等十分明显，会造成较 大的误差和分散性［15］。
16
《电气开关》（2011． No． 3）
料构 成。此 固 体 材 料 一 般 用 于 35kV
料套管
和导体间有时还有气 及以下系统
浇注或模塑树脂 体间隙
套管
液体绝缘套管
主绝缘是绝缘液体，如 一 般 用 于 35kV
有绝缘套管
及以下系统
流体绝
缘套管 气体绝缘套管
主绝 缘 由 等 于 或 高 于 110kV 及 以 上
大气压 （ 与周围空气 不同 ） 的 气 体 构 成 的 SF6 断路器或 GIS
在线监测能利用运行电压对高压设备绝缘状况进
行试验，可以大大提高试验的真实性与灵敏度，弥补仅 靠定期离线检测的不足之处。随着电子测试技术的进 步以及管理水平的提高，对于电力设备的健康状况的 判断和维护，已经从预防性检修逐步向状态检修和预 知检修的方向发展。在众多的电气设备中，对于容性 设备（ 如电压互感器、变压器套管、耦合电容器等） ，其 绝缘状况的监测主要基于对其电容量、介质损 耗 值 （ tgδ） 的监测［3］和绝缘电阻。
当电容式电压互感器忽略其电磁单元的影响，可 以近似把它等效看成一个电容器，其等效电路图应与 支柱绝缘子相似，但其各部分对地电容和对导线电容 及其参数变化会有不同。
3 介质损耗因数在线监测方法
常见的测量介损方法主要通过硬件和软件两种途 径实现［12］。 3. 1 硬件方法

ｔ ｅ ｈ ｏｎｌｎｅ ｔ ｍ ｉ ｉ ｅｒ ｎａ１０ｂｓ ｖａｔ ｏｎ ｓ ｔ ｅｒ ｉ ｙｓ ｅｍ ｅｓ ｒ ｅａｒ ｃｈ
张 晓琴
ＺＨＡＮＧ ａ ． ｉ Ｘｉｏ ｑｎ
（ 重庆工业职业 技术学院，重庆 ４ ０ ５ ） ０ ０ ０ 摘 要 ：本文介 绍一种基于Ｄ Ｐ Ｃ Ｌ 的 高压容性设备在 线监测终端系统的硬件和软件设 计。简述了 Ｓ 和 ＰＤ 该 终端系统中Ｄ Ｐ接口电路、高速Ａ Ｄ Ｓ ／ 转换 电路 、锁相环倍 频电路及通信接 口电路 的实现 ，利 用Ｄ Ｐ Ｓ 优化 的傅 里叶变换求取介质损耗角 ６，从而达到在线 监测 高压容性设备的绝缘性 能的目
０ 引言
随 着 电 力事 业 的迅 速 发 展 ，对 电力 系统 运 行
ｘ Ｉ Ｉ
一 一
可 靠 性 要 求 将 越 来 越 高 ， 电气 设 备 绝 缘 检 测技 术
的 发 展 更 加 受 到 重 视 。 其 中 高 压 电 容 型 设 备 在
电力 系 统 中 占有 很 大 的 比例 ，而 介 质 损 耗 因数 是 反 映 其 绝 缘 状 况 的 重 要 参 数 。然 而 ，现 有 的介 质 损 耗 测 试 系 统 普 遍 存 在 稳 定 性 差 、精 度 较 低 、可
扩 展性 差 、 软 硬 件 无 法 及 时 升 级 等 缺 点 ， 因此 介 质损 耗 测试 系统 的研 究 和 开 发具 有 十分 重 要 的 意 义 。本 文 首 先 介 绍 了介 质 损 耗 测试 的原 理 ，并 对
容 生 设 昏
一 —
一 －
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ｘ Ｕ ｘ
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二 次 侧抽 取 电压 信 号 ，经过 信 号调 理 和Ａ Ｄ 换 后 ／转 送 微 处 理 器 进 行处 理 （ 要 是 快 速 傅 立 叶级 数 变 主

2.1.1 真空脱气法 .............................................................................................................................9 2.1.2 振荡脱气法 ...........................................................................................................................10 2.1.3 高分子平板膜脱气法 ...........................................................................................................10 2.1.4 动态顶空脱气（吹扫－捕集） ...........................................................................................11 2.1.5 中空纤维膜脱气 ...................................................................................................................12 2.2 混合气体分离技术 ..........................................................................................................................13 2.3 变压器油中溶解气体在线监测的气体检测技术原理 ..................................................................13 2.4 典型装置及应用实例 .....................................................................................................................15 2.5 以油中特征气体法诊断故障的方法及应用 .................................................................................17 2.6 油中特征气体组分比值诊断方法 ...............................................................................................18 第 3 章 变压器局部放电在线监测原理及方法 ..................................................................................21 3.1 脉冲电流法 .....................................................................................................................................21 3.2 超声法 .............................................................................................................................................22 3.3 超高频法 .........................................................................................................................................24 3.4 局部放电监测抗干扰技术 .............................................................................................................27 3.5 典型应用实例 .................................................................................................................................27 第 4 章 变压器套管（容性）设备绝缘在线监测 ..............................................................................29 4.1 电容性设备绝缘结构及绝缘参数 .............................................................................基本原理及方法 .....................................................................................29 4.2.1 过零比较法（相位差法） ..................................................................................................29 4.2.2 谐波分析法 ..........................................................................................................................30 4.2.3 小波分析法 ...........................................................................................................................31 4.2.4 相对差法 ...............................................................................................................................31 4.3 介损监测的稳定性分析 .................................................................................................................31 4.4 典型应用实例 .................................................................................................................................32

ｄ ｎ ｅ ｅ ｆｒ ｎ ｅ ｉ ｔ ｉｅ ｔｒ ｌ ｔ ｎ ｔ ｏ ｍａ ｐ ｒ ｔｏ ｆｅ ｅ ｔｉ ｅｗｏ ｋ ． ｖ ｒ ｌｓｒ ｃｕ ｅ ｃ ａ ａ ｔｒｓｉｓａ ｄ ｅ ｅ ｓ ｒｐ ｒｏ ｍａ ｃ ｓｗｉ ｄ ｒ ｃ ｅａ ｉ ｏ ｎ ｒ ｌｏ ｅ ａｉｎ ｏ ｌｃ ｒｃ ｎ ｔ ｒ ｓ Ｓｅ ｅ ａ ｔｕ ｔ ｒ ｈ ｒ ｃ ｅ ｔｃ ｎ — ｈ ｏ ｉ ｑ ｉａ ｅ ｔｃｒ ｕ ｔｄ ａ ｒ ｍｓｏ ｇ ｏｔｇ ａ ａ ｉａ ｅ ｔ ｐ ｅ ｉｅ ｎ ｔ ｅ ｅｅ ｔ ｃｐｏ ｒｓ ｓｅ ｒ ｒ ｓ ｎｅ Ｔ ｅ ｐ ｐ ｒ ｕ ｖ ｌｎ ｉｃ ｉ ｉｇ ａ ｆｈｉｈ ｖ ｌａ ｅ ｃ ｐ ｃｔｎｃ －ｙ ｅ ｄ ｖ ｃ ｓｉ ｌｃｒ ｗｅ ｙ ｔ ｍｓａ ｅｐ ｅ ｅ ｔｄ． ｈ ｉ ｈ ａ ｅ ｍａ ｅ ｐ ｃａ ｆ ｒ ｏ ａ ａｙ ｅ ｔ ｎ－ｉ ｎｉ ｒｎ ｔ ｏ ｓｔ ｅ ｄｉｌｃ ｒｃ ｌｓ ｆｔ ｅ ｃ ｐ ｃｔｖ ｅ ｉ ｅａ ｄ ｉｓｐ ｉ ｃ ・ ｋ ｓ ａ ｓ ｅ ｉｌｅ ｏ ｔｔ ｎ ｌ ｚ ｈｅｏ －ｎｅｍｏ ｔ ｉ ｇ ｍｅ ｈ ｄ ｈ ｅ ｅ ｔ ｏ ｓｏ ｈ ａ ａ ｉｉｅ ｄ ｖｃ ｎ ｔ ｒｎ ｉ ｌ ｏ ｉ ・ ｐ ｅ， ｋ ｓ ａ ｄ ｔ ｉ ｃ ｍｐ ｉｏ ｍｏ ｈ ｔ ｏ ．Ｏｔｅ ｔ ｏ ｓ ｏ ｒ ｓ ｎｔｏ ｌ ｎ ｔｒｎｇ ａ ｅ ｓ ｍｍａ ｚ ｄ．Ｔ ｅ ｌ ｍａ ｅ ｅａｌ ｏ ａ ｓ ｎ ａ ｎｇ ｔ ｅ ｍｅ ｄｓ ｒ ｈ ｈ ｒ ｍｅ ｈ ｄ ｆ ｐ ｅ ｅ ｎ—ｉ ｍｏ ｉｏ ｎｅ ｉ ｒ ｕ ｉ ｒｅ ｈ ｓ ｍｐ ｉ ｇ ｐ ｓｔ ｎ ｆｔ ａ ａ ｉｉｅ ｄ ｖｃ ｎ—ｉ ｅ ｓｇ ｌ ｒ ｉ ｌ ｒ ｓ ｎ ｅ ａ ｌｎ ｏ ｉ ｏ ｓｏ ｈｅ ｃ ｐ ｃｔｖ ｅ ｉｅ ｏ ｌｎ ｉｎａｓ ａ ｅ ｓｍｐ ｙ ｐ ｅ ｅ ｔｄ． ｉ

SPM-2型变电设备在线监测诊断系统福建和盛高科技产业有限公司Fujian Hoshing Hi-Tech Industrial Co.,Ltd.目录1、系统概述 (3)1.1系统功能 (3)1.1.1主变油色谱 (3)1.1.2容性高压设备监测单元 (3)1.1.3 金属氧化锌避雷器监测单元 (4)1.1.4 变压器铁芯电流监测单元 (4)1.1.5 系统电压监测单元 (4)1.1.6 环境监测单元 (4)2 在线监测系统的使用 (4)4.2.1系统软件结构 (4)4.2.2操作说明 (5)4.2.2.1系统启动 (5)4.2.2.2系统主界面 (6)4.2.2.3变压器设备 (8)4.2.2.4容性设备 (12)4.2.2.5避雷器、铁芯、环境 (14)3 在线监测系统原理 (14)3.1油色谱在线监测的原理 (14)系统组成与原理 (14)4.3.1 SPM-Z型在线监测装置说明 (16)3.2容性设备在线监测的原理 (16)1、系统概述 (16)2、中央监控器C U的基本结构 (17)3、本地测量单元L U (18)3.1测量单元的基本结构 (18)3.1.1 相位测量单元 (18)3.2.2 非相位测量单元 (19)3.2信号线的连接 (20)4.6产气速率及三相不平衡计算模块 (22)4.7数据标定 (22)4.7.1 功能综述 (22)4.7.2 操作 (22)4.7.2.1 自动在线标定 (22)6、测量典型案例 (26)6.1在母联开关合上的情况下 (26)6.2在母联开关断开的情况下 (26)6.3容性设备热备用，且对地仍有电压，三相同时波动 (27)6.4C T投到对侧变电站时，三相同时波动 (27)6.5环境湿度对M O A的阻性电流的影响 (27)6.6介质损耗测量误差分析 (29)1、系统概述1.1系统功能SPM-2C型变电设备在线监测与故障诊断系统，可实现对变电站电气设备状态的在线监测，进行数据采集、实时显示、诊断分析、故障报警、参数设置等，同时可以实现电网变电站电气设备在线监测的系统化和智能化，使各级领导、专业人员能够实时直观地了解和掌握电气设备的运行情况，能够对有异常状况的电气设备及时采取措施，避免事故的发生；系统可以延长预防性试验的周期，甚至于代替预防性试验，并可对开展设备的状态检修提供技术支持。

电力电容器的原理及实际应用————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：电容器与无功补偿一、电容器的原理1．概念顾名思义，电容器是“装电的容器”，是一种容纳电荷的器件，英文名称：capacitor。

电容器通常简称为电容，用字母C标示。

2．单位电容器所带的电荷量Q与电容器两极板间的电势差U的比值，叫做电容器的电容，用C表示。

式中，电荷量Q是用于度量电荷多少的物理量，简称电量，单位为库仑，简称库，符号为C。

库仑的定义是，若导线中载有1安培的稳恒电流，则在1秒内通过导线横截面积的电量为1库仑。

电压U的单位为伏特，简称伏，符号为V。

电容器的单位在数值上等于两极板间的电势差为1V时电容器需带的电荷量。

电容的物理意义是，表征电容器容纳（储存）电荷本领的物理量。

在国际单位制中电容的单位是法拉（F），这是一个非常大的物理量，我们在电力系统中常用的低压并联电容器，电容一般不到一法拉的千分之一。

所以，常用单位还有微法（μF）和皮法（pF）。

1F=106μF=1012pF。

对于一个确定的电容器而言，电容是不变的，C与Q、U无关。

3．构造任何两个彼此绝缘又相互靠近的导体都可以构成电容器。

在两个相距很近的平行金属板中间夹上一层绝缘介质，就组成一个最简单的电容器，叫做平行板电容器。

（见图1）4．电容器的大小平行板电容器的电容C跟介电常数ε成正比，跟正对面积S正比，跟极板间的距离d成反比：图1 平行板电容式中，k为静电力常量，其值为9.0×109Nm2/C2。

静电力常量表示真空中两个电荷量均为1C的点电荷，它们相距1m时，它们之间作用力的大小为9.0×109N。

εr为两平行板之间的绝缘介质的相对介电常数，其值为绝缘介质的介电常数和真空介电常数的比值。

S为两平行板相对部分的面积，单位为m2，d为两平行板之间的距离，单位为m。

第二节介损的监测 二、相位差法－过零电压比较法
3、特点
优点: 计算简单 缺点: 是由于上述众多的误差因素，故对各单元电子器件的要 求较高，否则会影响监测数据的重复性，甚至出现由于重 复性差而无法正确诊断的情况。
第二节介损的监测 三、数字（谐波）分析法
1、基本原理
Cx U
CT
Ix
放大
滤波 工业 控制 计算机
2 T U km cos k u x sin kt dt T 0
（7）
u
0
T
x
cost dt / u x sin Байду номын сангаасt dt
0

T
（8）
第二节介损的监测 三、数字（谐波）分析法
1、基本原理
按相同方法，可由式（4）推得电流基波相角1：
tan 1
凹形谐振腔法
测量线法
相位差法
数字分析法
第二节介损的监测 一、电桥法
第二节介损的监测 二、相位差法－过零电压比较法
1、基本原理
3600 T 20m s
0

3600 T 20m s
0
3600 90 90 T 20m s
第二节介损的监测 二、相位差法－过零电压比较法
i
0
T
x
cost dt / i x sin t dt
0

T
（9）
对容性试品，电流相角超前于电压90o， 所以，介质损失角正切：
tan tg90 (1 1 )
（10）
第二节介损的监测 三、数字（谐波）分析法
2、特点
对硬件电路依赖小，如直流分量、电路零漂等对监测结果无 影响，从而提高了测量的稳定性和测量精度。 要求对被测电压和电流同步采样，否则1－1是变化的，影 响监测结果的重复性。 谐波分析法的主要特点是基于傅里叶变换，进行分析，可运 用 FFT运算求出电压、电流各次谐波的相角，取基波的相角 差用于计算tan，可使结果不受高次谐波的影响。 傅里叶变换要求一周波采样2n个点，考虑到系统频率的变化， 应对该电路进行锁相倍频跟踪，以确保频率变化时仍采样2n 个点。

-2-
2 装置技术参数
2.1 额定参数
1) 套管及铁芯电流：±2% 2) 温度：-20℃～100℃ 3) 工作环境：温度-20℃～80℃，湿度 0～95% 4) 无线频率范围：2.4G Hz
2.2 正常工作自然环境条件
1) 不结露的最大相对湿度：95％ 2) 最高环境温度： 3) 最低环境温度： 65℃ －25℃
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2.4 监测指标
设备名称和项目 变压器 表 2 监测指标 监测参数 测量范围 套管及铁芯电流 0～1000mA 测量精度 ±2%
2.5 装置现场采集部件性能指标
2.5.1 绝缘性能 在正常大气条件下，本系统的带电部分具备良好的绝缘。 2.5.2 电磁兼容性能
表 3 电磁兼容试验项目及结果 序 号 1 检测项目 标准要求 接触放电电压：±8kV 空气放电电压：±15kV 试验场强：10V/m 频率：80MHz～1GHz 试验电压：±4kV 波形：5/50ns，频率：2.5kHz 试验电压：±4kV 波形：1.2/50μs、8/20kHzμs 试验场强：100A/m 试验场强：1000A/m 波形：8/20kHzμs 试验场强：100A/m 振荡频率：0.1MHz 和 1MHz 检测结果 机箱端口满足试验电 压下的抗扰度要求 机箱端口满足试验场 强下的抗扰度要求 信号端口满足试验电 压下的抗扰度要求 信号端口满足试验电 压下的抗扰度要求 机箱端口满足试验场 强下的抗扰度要求 机箱端口满足试验场 强下的抗扰度要求 机箱端口满足试验场 强下的抗扰度要求 性能 评价 A
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4) 日气温最大变化： 30K 5) 大气压力： 6) 外磁场感应强度： 7) 频率： 80kPa ～ 110kPa 任一方向不大于 1.5mmT 50 Hz ±2％ 垂直加速度 0.1g

变压器在线监测装置我厂2×1000MW机组2组主变（2x3台单相变）及2台三相一体式起备变变压器配置美国Serveron公司生产的变压器在线监测装置的描述。

在该系统装置中，对变压器油中故障气体（TM8）、微水（TMM）、高压套管（TMB）进行在线监测及后台控制，并通过接口与DCS 连接。

1、TM8/TMM变压器在线监测装置工作原理TM8/TMM变压器在线监测装置是通过油中溶解气体分析（Dissolved Gases Analysis,简称DGA）来对油浸电力设备进行监测。

因能够及时发现变压器内部存在的早期故障，在以往的运行维护中消除了不少事故隐患。

其工作原理是：TM8/TMM通过一台泵来实现变压器油以大约250ml/m的流量在变压器和在线监测仪的萃取系统间循环。

萃取过程不消耗变压器油。

油气分离装置气体侧有一个气密的空间，与油侧的油中气体达到自然平衡。

经过一个典型的4小时采样间隔，大约有60升油穿过了萃取系统，萃取系统中显示的气压反映了变压器中溶解气体的全部气压。

在获得气样后用载气通过色谱柱后，通过TCD获得气体的具体含量。

在色谱柱热区，通过加热的方式使其温度一直保持在73 C。

这样能够使测量准确稳定。

TM8/TMM带有自校验系统，能够自动或人为进行校验。

TM8/TMM共测量8种故障气体及微水，包括氢气，甲烷，乙炔，乙烯，乙烷，一氧化碳，二氧化碳和氧气。

TM8也能对氮气及总烃报数，是唯一全面符合中国标准的DGA。

2、TMB容性设备绝缘在线监测系统工作原理TMB容性设备绝缘在线监测系统，对电流互感器（CT）、套管（Bushing）、耦合电容器（OY）以及电压互感器（PY）、CVT等进行在线监测，能够发现套管存在的绝缘问题。

本系统利用高灵敏度电流传感器，不失真的采集电力设备末屏对地的电流信号，同时从相应的PT取得电压信号，通过对数字信号的运算和处理，得出介质损耗和电容量等信息。

最终利用专家系统，全方位的分析、判定、预测电气设备绝缘系统的运行状况。

容性设备在线监测关键技术研究摘要：本文从信号获取和信号处理两方面着手，研究了提高容性设备在线监测精度和可靠性的两种关键技术。

设计了一种小电流有效的高精度电流传感器以减小获取信号误差，此外还设计了一种传感器多层屏蔽结构，能有效屏蔽电磁场干扰，能在较强的电磁干扰环境中提取出被测电流信号。

最后利用“混合基”FFT算法提高信号处理精度。

关键词：容性设备；电流传感器；混合基FFT。

0 引言电力系统中有大量的容性设备，如电流互感器、电压互感器、高压套管等，它们的绝缘性能将直接额影响电网的安全、稳定运行。

在线监测技术能够及时发现事故隐患，是提高供电可靠性的主要技术手段之一[1]。

介质损耗角正切值(tanδ)和等值电容是反映设备绝缘性能的重要参数，目前比较常用的检测tanδ的方法是采用传感器分别高压设备的交流泄漏电流信号和比较稳定的标准电压信号，然后通过比较计算这两个信号的相位关系从而得到tanδ。

但是目前高压设备的泄漏电流数量级一般都在几μA到几十μA，而目前市场上用来获取电流信号的小电流传感器准确度通常为几十μA，其精确度已经不能满足在线监测的要求。

所以本文基于单芯穿电流互感器的工作原理开发了一套分辨率小于1μA的小电流传感器系统，由于测试现场电磁干扰较强，又设计了一种传感器多层屏蔽结构，能有效屏蔽电磁场干扰，使电流传感器系统能在较强的电磁干扰环境中提取出被测电流信号。

针对外界噪声和环境因素对电气量采样的干扰，本文运用FFT算法从电网谐波干扰中提取被测工频信号，结合工频信号的频率特征，在tan δ在线监测的数据分析中采用“混合基”FFT算法，可以避免数据处理时出现频谱泄漏现象。

1小电流传感器系统研制根据传感器应用在XLPE电缆的特殊要求，传感器设计的目标为：可测量电流下限小于1μA，电流分辨率小于1μA，线性度在0.99以上；在传感器测量范围内，角误差满足小于1‰rad。

为了尽量减小信号传输过程中干扰因素对微弱信号的影响，传感器采用有源形式，即在耦合到泄漏电流后直接调理到适当幅值的大信号，然后进行传输。