基于分离单元的电气设备带电测试系统的研制.doc

电气维修工程师论文电气维修论文：基于分离单元的电气设备带电测试系统的研制摘要：建设在线监测系统存在一次性投入大的不足。研制了一种现场安装传感器、多变电站公用相同的测试装置的分离单元电气设备带电测试系统，该系统既可实现随时对设备进行不停电测试，又节省了投资，可以为110kV变电站的状态检修提供一种良好的解决方案。关键词：电气设备；带电测试；系统；分离单元 0引言电力系统中，为防止事故的发生，设备需要定期进行预防性试验，许多预防性试验是离线进行的，如容性设备的介损试验、氧化锌避雷器（MetalOxide Surge Arrester，简称MOA）的各项测试等；离线的预防性试验需要增加员工的工作量，如停电和一些拆卸安装工作，这无疑增加了人工成本，更为重要的是，离线试验需要停电，目前用户对停电要求也越来越苛刻，停电造成的社会影响和经济损失越来越大；此外，设备停电状况下的试验结果与运行中有差异，离线试验的结果也不能准确反映设备的状况。为了减少停电，并能反映设备在运行情况下的状态，当前许多厂家陆续进行了容性设备在线监测系统的研究与开发12，在线监测系统也日趋完善。然而，安装在线监测系统一次性投入较大，一个变电站所有设备安装在线监测系统，投入一般为数十万至数百万元不等。对于大型的枢纽变电站，安装在线监测系统固然可以，但是对于110 kV电压等级的变电站，这种方法存在较大的困难。以中国湖南省的情况为例，每个地级市电业局110 kV变电站有30多个，全部安装在线监测系统需花费数千万元，投入太大，如果选择部分安装，又难以进行全面监测，使得在线监测效果大打折扣。为了达到既节省投资又能覆盖全面，有必要开展电气设备带电测试方法的研究，研制电气设备带电测试装置或者系统，实现既节省投资，又能实现110 kV变电站不停电测试的目标。1系统总体结构带电测试系统采用在每个110 kV变电站电气设备的运行现场安装可接入式传感器，每个单位配置1至2套带电测试仪，传感器的引出电缆与测试仪采用可拆卸的形式进行设计。测试前，需要在运行设备处安装不同类型的传感器，对于同一电业局，可以在多个110 kV变电站安装传感器（传感器的投资相对来说比较小），测试 时，带上带电测试仪器以及连接电缆到现场，不需要停电就可以进行带电测试，测试完成后，收起连接电缆和测试仪即可。这样，所有110 kV变电站就可以公用1至2套带电测试仪，大大地节省了投资。系统的总体结构如图1所示。 2系统原理2.1容性设备介损测试原理电介质的耐电强度通常随其厚度的增加而下降，因此电力电容器常由一些极间介质厚度较小的电容元件串联组成。电容型套管、电容型电流互感器的绝缘中也设有一些均压电极，将较厚的绝缘分隔为若干份较薄的绝缘，形成了电容串联结构。由于结构上的这一共同特点，电力电容器、耦合电容器、电容型套管、电容型电流互感器以及电容型电压互感器等统称为电容型设备。电容型设备的绝缘完好时，流经绝缘的电流I超前电压U的相位十分接近/2弧度(见图1)。相对于其他电气设备，电容型设备的工作电场强度较高，长期工作后设备绝缘可能发生局部损坏，即绝缘老化，此时流经绝缘的电流变化为II+I。由图1可以看出，监测电流值的变化I/I、绝缘的介质损耗因数tg(相量I)以及电容量的变化C/C(相应于电流相量I的虚部)，可判断电容型设备是否已有绝缘缺陷。 介质损耗因数是衡量电力设备绝缘性能的重要指标之一，长期以来大多用西林电桥测量。在线监测要求测量过程自动化，不宜采用电桥，改为采用数字化测量技术。在测量方法上，采用了正弦波参数法，即设流经绝缘的电流ii(t)，绝缘两端的电压UU(t)。正弦波参数法是通过模/数转换，将电流、电压信号离散化后，应用一定的算法(FFT)，求得参数电流幅值Im、电流角度i、电压幅值Um、电压角度u，再计算出i超前U的相位差=i-u，并进而算得介质损耗角的一种方法。2.2铁芯接地和夹件接地电流测试原理变压器正常运行时，是不允许铁芯多点接地的。因为变压器正常运行中，绕组周围存在着交变的磁场，由于电磁感应的作用，高压绕组与低压绕组之间，低压绕组与铁芯之间，铁芯与外壳之间都存在着寄生电容，带电绕组将通过寄生电容的耦合作用，使铁芯对地产生悬浮电位。由于铁芯及其它金属构件与绕组的距离不相等，使各构件之间存在着电位差，当两点之间的电位差达到能够击穿其间的绝缘时，便产生火花放电。这种放电是断续的，长期下去，对变压器油和固体绝缘都有不良影响。为了消除这种现象，把铁芯与外壳可靠地连接起来，使它与外壳等电位，但当铁芯或其他金属构件有两点或多点接地时，接地点就会形成闭合回路，造成环流，引起局部过热，导致油分解，绝缘性能下降，严重时，会使铁芯硅钢片烧坏，造成主变重大事故。铁芯接地故障原因主要有：(1)安装时疏忽使铁芯碰壳，碰夹件。(2)穿芯螺栓钢座套过长与硅钢片短接。(3)铁芯绝缘受潮或损伤，导致铁芯高阻多点接地。(4)潜油泵轴承磨损，产生金属粉末，形成桥路，造成箱底与铁轭多点接地。(5)接地片因加工工艺和设计不良造成短路。(6)由于附件引起的多点接地。(7)由遗落在主变内的金属异物和铁芯工艺不良产生毛刺、铁锈与焊渣等因素引起接地。当变压器铁芯存在多点接地时，由于形成了闭合的回路，造成环流，将会使得铁芯接地出电流值偏大，因此DL/T596-1996电力设备预防性试验规程中规定“运行中的铁芯电流一般不大于0.1A”3。2.3氧化锌避雷器测试原理避雷器结构不良，密封不严，内部构件受潮，会导致运行中泄漏电流和阻性电流分量急剧增加。可导致阀片温度上升而发生热崩溃，甚至引起爆炸事故,因此对MOA开展在线测试十分重要，MOA测试参数有如下内容。(1)阻性电流。由于总电流中容性电流分量比例很大，故测试电流的关键是如何从总电流中分离出微弱的阻性电流。其测量原理与介损测量相同。但是，MOA电流更小，同时，由于MOA的非线性，需要考虑谐波影响。(2)全电流。与电容性设备不同，如避雷器结构不良、密封不严、内部构件受潮，也会导致运行中泄漏电流急剧增加，因此，测试MOA全电流，不但简单，而且有效，并为现场运行所证明，当全电流变大时，再通过红外检测发现阀片是否发热，以提高准确性。(3)三次谐波监测。避雷器结构不良、密封不严、内部构件受潮，也会导致谐波电流增加，因此可在测试全电流基础上，测试谐波电流，增加诊断灵敏性。但是，必须区分系统电压产生的谐波电流。3系统功能系统的主要功能有：(1)带电测试电气设备特征参量。系统可以在不停电的情况下测试容性设备的泄漏电流、介损和电容量参数，容性设备包括变压器套管、CT、CVT三种类型；测试变压器铁芯接地和夹件接地电流大小，判断变压器是否存在多点接地故障；带电测试ZnO避雷器的泄漏电流，基波电流和阻性电流参数；测量PT电压大小，并将PT信号引入作为参考信号。(2)参数设置功能。设置试验时的被测试设备类型，被测试设备名称，测试时环境条件，测试人员等。(3)试验报告自动生成。系统可自动生成试验报告。(4)历史数据查阅功能。可查询以往测试的历史数据，显示历史趋势。4测试结果通过在传感器的输入端接入信号的方式进行对比测试，测试结果如表1所示。从上述测试结果可见，带电测试系统：(1)泄漏电流、铁芯接地电流的测试精度可达0.2级。(2)介损的测试误差小于0.1。系统开发完成后，在长沙电业局的110 kV新开铺变电站和110 kV雨花亭变电站开展了现场测试工作，测试效果良好。5结束语开展电气设备状态检修技术，可以有效地减少设备突发性事故，减少停电时间，延长设备的检修周期，降低检修成本，减轻检修人员的劳动强度，越 来越被广大的发供电单位所接受。本文研制的一种电气设备带电测试系统，采用现场安装接口式传感器，电缆与测试仪可拆卸，实现了多个110 kV变电站共用一套测试设备的目的，大大节省了投资，又实现了在线监测的效果，具有良好的应用前景。参考文献：1