容性设备在线监测

电容性设备在线监测探讨【摘要】电容性设备占电站设备台数的40～50%.它们在变电站中具有极其重要的地位，在电力系统中容性设备绝缘状态的好坏直接关系到整个变电站能否安全运行。

本文提出了在线监测的2种测量方式：（1）绝对测量法，（2）比较法测量。

并探讨了电容性设备在线监测的实现方式。

最后进行了总结展望。

【关键词】电容性设备；在线监测；介质损耗；比较法测量1.电容性设备在线检测意义在变电站中，高压电容型电气设备是指其绝缘结构可看成一组申电容的设备.包括高压电容式套管、电容式电流互感器（CT）、电容式电压互感器（CVT）及耦台电容器等，其数量约占电站设备台数的40～50%.它们在变电站中具有极其重要的地位，在电力系统中容性设备绝缘状态的好坏直接关系到整个变电站能否安全运行。

因此，对其状态的监测就具有极大的意义。

与常规的绝缘预防性试验相比，在运行条件下设备本身绝缘特性和“冷态”有一定的差别。

所以，带电测试更能反映设备绝缘的真实状况。

此外，高压电气设备绝缘带电试验与常规停电试验相比也具有较大的优越性：无需停电，测试灵活、方便；基于设备的运行状态，诊断绝缘缺陷的灵敏度高；试验周期可以依据设备绝缘状况灵活安排，便于及时发现设备的绝缘隐患，了解绝缘缺陷的变化趋势等；并且常规停电预试会使电力部门的正常运转受到影响，造成很大的经济损失及人力、物力上不必要的浪费。

因此，电力设备绝缘带电试验技术的开发和应用，近年来逐渐得到重视。

而随着绝缘带电测试技术的逐步发展和完善，部分设备已经具备以带电测试取代传统停电预防性试验的可能性，在新近出版的中国南方电网有限责任公司企业标准《电力设备预防性试验规程》中，也特别强调了带电测试的重要性，并就带电测试代替停电预防性试验作出了具体规定。

电容型设备绝缘带电（在线）检测技术的开发和应用，对提高电力设备的运行维护水平，及时发现隐患，减少设备事故起了积极的作用。

2.电容性设备在线检测方法由于电容型设备是通过电容分布强制均压的，其绝缘利用系数较高，一旦绝缘受潮往往会引起绝缘介质损耗增加，导致击穿。

针对容性设备的在线状态检测研究概述在电力系统中，电容型设备在整个系统的40% ～50%左右，容性设备的性能直接关系到电网的正常运行。

介绍了电力系统中常见的几种高压容型设备的故障类型及其原因。

对容性设备的介电特性参数及在线监测的参数作了简单介绍。

分析了当前容性设备介质损耗因数在线监测的各种方法及其原理。

关键字：在线监测；容性设备；介质损耗；谐波分析引言容性电气设备除电力电容器之外，还有电容式高压套管、电容式绝缘电流互感器、电容式电压互感器、耦合电容器等。

在电力系统中应用广泛，主要起功率补偿、整流滤波和过电压保护等作用，电容器性能的好坏直接关系到电网的正常运行。

由于高压电气设备损坏事故中大部分是绝缘损坏引起的，因此时有效地发现绝缘存在缺陷对于保障电网安全具有重要意义。

为了确保电力系统电气设备的安全运行，根据过去长期的运行经验及试验研究，逐步确立了一些预防性试验项目，这些预防性试验项目已经发挥过不少积极作用，但是规程要求定期对电气设备停电进行绝缘预防性试验和检修，具有一定的盲目性，造成人力、物力的大量消费，而且还不能及时发现电气设备的绝缘潜伏性故障。

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，对于容性设备绝缘状况的监测主要基于对其电容量、介质损耗因数和绝缘电阻的监测。

文献[2-4]对目前容性设备在线监测方法作了介绍。

1. 主要容性电气设备常见故障及原因容性电气设备主要包括电力电容器、电容式高压套管、电容式绝缘电流互感器、电容式电压互感器、耦合电容器等。

这些设备的特点是高压端对地有较大的等值电容，大约几百皮法到几千皮法。

1.1 电力电容器故障类型及原因电力电容器故障类型主要有渗油、漏油、桶皮鼓肚，异常响声，严重时则发生爆炸起火事故[1]。

容性设备绝缘在线监测系统技术规范批准: 审核: 校核: 编写：目录1.0工程慨况 (1)1.1初步设计依据 (1)1.2工程主要设计内容 (1)1.3适用和参照的规程 (1)2.0 取样电路的设计 (2)2.1 末屏接地的安全设计 (2)2.2 有源传感器设计原则 (3)2 .3 监测点统计 (3)2.4 PT参考取样设计 (3)3.0 信号处理系统设计 (3)3.1信号处理板的设计 (3)3.2系统结构的设计 (4)4.0 控制柜的布置 (5)5.0主控制屏的设计 (5)5.1 现场MIS调度系统设计 (5)5.2数据发布系统设计 (6)5.3测量 (6)5.4设备的电磁兼容 (6)6.0接地 (7)7.0电缆及电缆敷设 (7)8.0土建 (7)1.0 工程慨况对×××变电站在线运行的容性设备进行在线监测项目的安装和调试工作，监测对象共3个点，包括3个容性设备监测点。

1.1 初步设计依据1．2008年10月与×××公司讨论的在线监测可研报告。

2．2008年12月由×××公司工程专员到变电站进行实地勘察后出具的现场考察报告。

1.2 工程主要设计内容1.根据可研结果对预期采用的在线监测系统进行深入设计，其中电气部分包括：· 电流传感器和信号处理集控柜在现场安装的布置位置· 后台机放置位置，及接线布置· 现场PT参考信号的取样与输送方式· 末屏接地线的接线方式和抗干扰处理· 现场运行硬件设备的温度和湿度控制· 现场运行硬件设备的可靠设计· 现场光缆总线网络的组织结构与调度模式· 数据的收集处理和发布设计2.工程投资概算3.相关的土建部分1.3 适用和参照的规程提供的设备和配套件要符合以下标准但不局限于以下标准：GB/T 14598.9-1998 辐射电磁场干扰GB/T 14598.10-1996 快速瞬变干扰GB/T 14598.13-1998 脉冲群干扰GB/T 14598.14-1998 抗静电干扰GB 12801-1991 生产过程安全卫生要求总则DL 5053-1996 火力发电厂劳动安全和工业卫生设计规程DL 5000-2000 火力发电厂设计技术规程国电公司电力安全工作规程DL/T 596-1996 电力设备预防性试验规程Q/CSG 10007-2004 电力设备预防性试验规程GB50150-1991 电气装置安装工程电气设备交接试验标准GB/T 311-2002 高压输变电设备的绝缘配合2.0 取样电路的设计针对不同监测点的电流配套相应的电流传感器，保证在整个测量范围内保持高的线性度和稳定性。

容性设备在线监测系统一系统发展背景电力系统中，高压容性设备是指某些绝缘结构可视为一组串联电容的设备，数量在变电站中占较大比重，且具有重要的地位，它们的绝缘状态是否良好直接关系到整个变电站能否安全运行，因而对其绝缘状态进行监测具有重点的意义。

容性设备的绝缘劣化、缺陷的发展大多数都有一定的发展期。

在这期间，绝缘会发出绝缘状态变化的各种物理化学信息，借助实时的在线监测系统，就能及早发现这种缺陷，及时发出警报，从而为管理人员决策提供有力的依据。

容性设备的绝缘在线监测技术对电力工业的发展具有重大意义，归纳起来主要有：1.能够及时反映电力系统主设备绝缘状态，从而及时发现缺陷，提高整个系统供电的可靠性。

2.减少主设备停电的盲目性，降低了供电成本，提高电力系统经济效益。

3.在线监测装置安装固定在被试设备上，避免了大量停电操作和高空拆装引线、临时布置试验场地等带来的不安全因素，增加了人身安全性。

二系统概述容性设备在线监测系统可监测35kV － 1000kV电压等级的电力变压器套管、电抗器套管、电流互感器、电压互感器、耦合电容器等高压电气设备的绝缘状况和故障诊断。

容性设备绝缘在线监测的在线监测及分析系统，系统主要包括线监测装置（由传感器和嵌入式监测主机组成）、通信总线、系统网关服务器及后台分析和诊断软件。

容性设备在线监测系统采用分层分布式结构,综合运用先进的零磁通无源传感器技术、同步采样技术、程控放大技术、数字信号处理技术等,实现了信号采集的就地数字化和智能化,并由现场总线将实时数据送入容性设备在线监测系统后台数据库中保存。

通过网络通信还可以把容性设备在线监测系统的监测数据汇集到上层的数据管理和专家诊断系统,实现对变电站内容性设备绝缘状态的在线监测和诊断。

三系统功能特点1.实时监测2.数据图表生成3.故障设备跟踪4.数据处理分析5.WEB查询6.远程维护7.故障设备跟踪报警及事故记录采用最新的超微晶材料、双层电磁屏蔽、单匝穿心结构的高精度无源传感器与电力设备一次系统完全隔离，不影响系统运行接线方式，绝对保证系统设备及运行的安全。

容性设备绝缘在线监测方案探讨摘要：高压容性设备是指某些绝缘结构可视为一组串联电容的设备，数量在变电站中占较大比重，它们的绝缘状态是否良好直接关系到整个变电站能否安全运行，因而对容性等设备绝缘状态进行监测也具有重要的意义。

本文基于高压容性设备的绝缘在线监测方案进行了分析探讨。

关键词：容性设备；在线监测技术；方案1容性设备在线监测技术背景高压容性设备是指某些绝缘结构可视为一组串联电容的设备，数量在变电站中占较大比重，它们的绝缘状态是否良好直接关系到整个变电站能否安全运行，因而对容性等设备绝缘状态进行监测也具有重要的意义。

图1-1容性设备绝缘结构示意图针对容性设备的绝缘在线监测，目前还没有成熟的方案、没有进行组网监测，大多还停留在试验阶段，还未产业化应用。

因干扰和测量误差，无法满足相位的高精度测量要求。

如膜纸复合绝缘电容器（OWF）在10 k V电压环境下，其介质损耗因数不大于0.2%,油纸绝缘电容介质损耗<0.5%，相位角本身已很小，在现场环境下在线监测易受干扰而无法取得较高的测量精度。

影响测量精度的因素比较多, 现场相间电耦合电容电流的干扰、系统电压的高次谐波对测量的影响，高压下绝缘层表面污秽和温度、湿度等环境条件的影响，已经严重影响到在线监测的有效性，其中最主要的误差来源是电流取样方式和从ＰＴ取到的参考电压相移影响，再加上通过互感器耦合到二次检测回路的信号已极其微弱，使得测量结果产生误差、偏移或不稳定。

2容性在线技术特点由于容性高压设备的在线监测，多是在监测漏电流的基础上展开，因此立项研发容性在线监测两个独立项目时，着重攻克是微弱电流的检测和相位角的计算，前端技术重点在系统的采集节点，既要解决实时同步采集、又要保证系统的电气完全隔离，保障系统的可靠性，方案设计考虑了这些要点，在此基础上研发完成了容性设备在线监测系统。

微弱漏电流的监测——研究提供的零磁通穿芯漏电流传感器是专门为高压电气设备绝缘在线监测特制的一种小电流传感器，选用起始导磁率高损耗小的新型铁合金材料做铁芯，并采用一次穿心方式安装不对一次设备的泄流产生影响，互感器采用一体式金属屏蔽外壳，提高了信号测量的抗扰能力，使系统软件和现场监测器数据完全同步，真正实现在线监测所有功能。

BushingGard容性设备绝缘在线监测及分析系统1、概述容性设备(套管、CT、高压PT/CT等，以下用套管代表)绝缘十分重要，它决定了套管的技术经济性能和运行可靠性。

套管的绝缘在运行中受到电、热和机械应力以及环境应力的作用，其性能会逐渐下降，或者说，绝缘状态会劣化，最终丧失绝缘的功能，这称为绝缘的老化。

高达35－40％的变压器故障与套管的缺陷相关，绝大多数是套管的绝缘。

绝缘的老化是一个渐变的过程，如果不及时发现，就可能导致套管发生故障，甚至引发突发性的电力事故，造成巨大的直接和间接经济损失。

为了了解套管的绝缘状态，避免或减少因绝缘故障引起损坏和非计划停电，进行绝缘监测和诊断是十分必要的。

BushingGard容性设备绝缘在线监测及分析系统是美国伊顿电气公司生产的、用于监视套管等容性高压电气设备的绝缘监测系统，它能提高电力系统运行的可靠性。

BushingGard系统连续的从套管采样，把采样值送到装置内具有高可靠性的故障判别专家系统内。

诊断系统根据采样值显示装置的在线分析，根据这种分析，监控人员将会得出更换设备的最佳时间，系统的这种分析能力既能降低设备的更换费用，又能降低设备报废的危险，因此具有很高的经济性和安全性。

BushingGard监测及分析系统的主要功能包括：在线、实时、连续监测套管的平均泄漏电流——零序电流在线、实时、连续监测套管的介质损耗角及趋势变化在线、实时、连续监测套管的电容及趋势变化数据显示功能绝缘故障诊断分析2、系统组成伊顿电气BushingGard是专用于容性设备绝缘在线监测的在线监测及分析系统，系统主要包括TBS－2传感器、嵌入式监测主机和后台分析和诊断软件。

整个系统采用分层分布式结构，共分三层：设备及传感器层、监测预警设备层和分析诊断层。

套管电容和功率因数的改变预示着绝缘降低。

BushingGard通过三相套管电流的求和和平衡监测这些改变。

它会生成一套复杂的计算数据（Gamma）。

容性设备在线监测方法综述本文介绍了电力系统中常见的几种高压电容型设备的结构特点及其等效电路图。

着重分析了当前容性设备介损在线监测的各种方法及其原理，将各种方法做了详细的比较，介绍了多种方法的优缺点。

总结了当前在线监测中存在的几种其他方法，并对于容性设备在线信号的取样位置做了简单介绍。

标签：在线监测容性设备介质损耗引言电容型电气设备主要指电流传感器、套管、耦合电容、电容式电压互感器等。

根据过去长期的运行经验及试验研究，逐步确立了一些预防性试验项目，这些预防性试验项目已经发挥过不少积极作用，但是规程要求定期对电气设备停电进行绝缘预防性试验和检修，具有一定的盲目性，造成人力、物力的大量消费，而且还不能及时发现电气设备的绝缘潜伏性故障。

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，因而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CT、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[1]和绝缘电阻。

一、电容型设备的结构特点及等效电路1.套管套管是将载流导体引入变压器或断路器等电气设备的金属箱内或母线穿过墙壁时的引线绝缘。

瓷套管以瓷作为主要绝缘，电容套管、充油套管则以瓷套作为外绝缘（如图1）。

套管由于表面有电位降，可以想象沿着此表面有单元电容CS的串联。

同时这个单元电容层对套管导体还存在有互相并联的单元体积电容CV，因为这里同样存在有一个电压降，其它电容相对较小，因此有等效电路图如下。

2.支柱绝缘子支柱绝缘子是支承高压配电装置母线和高压电器带电部分（如触头）的绝缘支柱，按外形结构和工作条件的不同，分为户外、户内两大类。

户外支柱绝缘子采用带伞的实心圆瓷柱来增加电极间沿瓷表面的泄露距离，以提高湿闪络电压。