变压器绝缘在线故障诊断系统的设计

1、变压器绝缘在线故障诊断系统的设计学 生： 宋峥导 师： 卢泽生 教授申 请 学 位： 工学硕士学 科 、 专 业： 机械制造及其自动化所 在 单 位： 机电工程学院答 辩 日 期： 2006 年 6 月授予学位单位： 哈尔滨工业大学摘要高压电气设备在日常生活中对人们来说是一个相对危险的设备，因而，做好高压电气设备的绝缘在线故障诊断工作相当重要，只有把绝缘的工作做好，才能保证高压电气设备在应用中的安全性。下面的文章中，我们就来讨论一下高压电气设备中应该怎样做好绝缘在线故障设计，以及对高压电气设备中绝缘线的安装方法进行阐述，同时可以看出绝缘在线故障设计对高压电气设备的必要性。关键字：高压电气设备

2、绝缘在线系统 设计目 录摘要.1第 1 章 绪论.11.1 课题研究目的.31.2 课题研究意义.31.3 课题研究内容.41.4课题主要研究内容. 51.5 课题研究的未来前景. 6第 2 章 在线故障诊断研究.62.1绝缘在线故障设计的必要性.62.1.1以前绝缘系统的特点.在线故障诊断系统的特点. 82.2关于绝缘在线故障设计的检修问题. 92.2.1绝缘离线故障诊断设计费时费力.132.2.2.这种新型绝缘技术的优点. 132.3绝缘在线故障设计安装在高压电气设备中的实施方法. 142.3.1绝缘在线故障诊断系统在安装中遇到的问题绝缘安装系统的三个主要功能

3、15.结语.15参考文献.16致谢.20一、 绪论1. 课题研究目的 高压电气设备在日常生活中对人们来说是一个相对危险的设备，因而，做好高压电气设备的绝缘工作相当重要，只有把绝缘的工作做好，才能保证高压电气设备在应用中的安全性。高压电气设备中应该怎样做好绝缘在线故障设计以及高压电气设备中绝缘系统的安装方法都关系到我国电力方面的发展，同时可以看出绝缘在线故障设计对高压电气设备的必要性。2. 课题研究意义 （一）绝缘在线故障诊断系统，是指在高压电气设备中利用绝缘在线的技术进行安装，绝缘在线技术即：高压电气设备在运行的过程中，运用相关的电子方面的技术和传感方面的技术等，做一些信号收集，数据的处理等一

4、些工作，用这种方法来对处于工作状态中的高压电气设备进行一些测试，比如：带电测试，一些适时的监控和诊断。进入二十一世纪后，我国经济飞速发展，在经济发展的同时也带动了我国电力方面的发展，而当电力系统发展的同时，高压电气设备中的绝缘安装也更应该得到广泛实施，只有这样才能保证人民日常生活的正常进行。 （二）这种绝缘在线故障诊断技术是计算机网络技术和通讯技术的结合，它的出现改变以前那种落后的监测模式。因为这种线上监测可以更加及时更加准确的反映外部绝缘体的情况，使暴露出的问题能够得到即使处理，同时这种线上监测还可以自助诊断，在外部绝缘体损毁的情况下还可以自助报警，这样一来高压电气设备的安全性得到了更好的保

5、障。 （三）这种新型的绝缘在线故障诊断设计还能够检测到正常工作中的避雷针的阻性和容性电流的改变，通过对这种变化的电流分析探查出避雷针的损毁情况进而，进行维修；其次，这种线上检测可以监测耦合电容器，电流互感器等一些容性设备。当这些设备介质收到毁损时，就会被相应的工作人员及时的发现维修。最后，由于这种监测是不受变电站影响的，因而，它具有的自身保护性能就更加强大，这样，就减少了维修的费用。三 课题研究的内容（一）做好绝缘在线故障设计的监控和绝缘实施的必要性 1.以前绝缘系统的特点 2.在线故障诊断系统的特点（二）关于绝缘在线故障设计的检修问题 1.绝缘离线故障诊断设计费时费力 2.这种新型绝缘技术的

6、优点（三）绝缘在线故障设计安装在高压电气设备中的实施方法 1.绝缘在线故障诊断系统在安装中遇到的问题 2.绝缘安装系统的三个主要功能四 课题的研究解决的问题（一）绝缘线的监控和绝缘实施问题 高压电气设备在人们日常生活中有着非常重要的作用，它是由外壳，导电体和绝缘层组成的。在高压电气设备的这些组成中，它的外壳由于经常暴露在室外，因而经常会出现毁坏破损的情况，在遇到这种情况的时候，要及时进行维修，因为外壳损坏之后会降低高压线中的电气强度。从而可以看出做好绝缘线监控的重要性。就当前的形势来说，这种探查大部分是以预防性离线试验为主来进行的，但由于它的实时性比较低，这对于高压设备中外部绝缘体的探查并不是

7、最好的方法，不能准确的分析出外部绝缘体的情况。因而在这种情况下，绝缘在线故障诊断系统便应运而生。（二） 绝缘系统的检修问题 在以前的绝缘安装中，由于在高压电气设备中投入的费用比较低等各种问题，一般是问题出现之后，再对电气设备进行检查维修，这样一来，反而增加了在高压电气设备的检修方面的费用。因而，在这种情况下，便诞生了一种新的检修模式，这种检修是通过在线监控对采集到的数据进行分析处理，将得到的问题反映给相应的工作人员，从而精确的对高压电气设备进行监测。这种新型的监测维修形式大大提高了高压电气设备的应用型和安全性，同时在很大程度上，也减少了人力资源的浪费。但是，这种新型的绝缘在线故障设计不会出现这

8、种问题。五 课题研究的未来前景在经济快速发展的同时，高压电气设备的绝缘在线故障设计系统也在被广泛的使用，在进行设备的绝缘安装之前，这个安装系统的设计工作是必须要做好的，只有把高压电气设备的绝缘安装系统的设计工作做好，以后的工作才会更加的顺利。我们可以看出绝缘在线绝缘设计可以使高压电气设备方面的绝缘信息更加准确，其反应性也更加快速。这种绝缘在线故障诊断系统的设计能够在很大程度上保证高压电气设备在运行过程中的稳定性以及安全性，大大的促进了我们国家在电力事业方面的飞速发展。二、 在线故障诊断研究1.如何做好绝缘线的监控和绝缘安装实施的必要性1.1以前绝缘系统的特点 高压电气设备在人们日常生活中有着非

9、常重要的作用，它是由外壳，导电体和绝缘层组成的。在高压电气设备的这些组成中，它的外壳由于经常暴露在室外，因而经常会出现毁坏破损的情况，在遇到这种情况的时候，要及时进行维修，因为外壳损坏之后会降低高压线中的电气强度。从而可以看出做好绝缘线监控的重要性。绝缘线的监控是通过监控得到的数据信息对高压电气设备的现状进行探查分析，研究被探查的设备的毁坏程度。就当前的形势来说，这种探查大部分是以预防性离线试验为主来进行的，但由于它的实时性比较低，这对于高压设备中外部绝缘体的探查并不是最好的方法，不能准确的分析出外部绝缘体的情况。1.2在线故障诊断系统的特点因而在这种情况下，绝缘线上检测技术就应运而生了，这种

10、技术是计算机网络技术和通讯技术的结合，它的出现改变以前那种落后的监测模式。因为这种线上监测可以更加及时更加准确的反映外部绝缘体的情况，使暴露出的问题能够得到及时处理，同时这种线上监测还可以自助诊断，在外部绝缘体损毁的情况下还可以自助报警，这样一来高压电气设备的安全性得到了更好的保障。而高压电气设备绝缘试验设计能够增强高压电气设备的性能，为其正常高效的运行奠定基础。高压电气设备绝缘试验方法主要有平衡电桥法、过零点时差法、过零点电压比较法、积分测量法、基于傅立叶分析法的测量方法、正弦波参数法、相关系数法等。做绝缘物质在电场的作用下发生物理现象的研究时，其中的绝缘物质称为电介质。在直流电的作用下电介

11、质的损耗主要是漏电损耗，在这种直流电压下，介质的损耗主要有两种，一种是由于漏电而造成的漏电损耗，另一种是由于介质的极化而造成的极化损耗。如果介质当中出现损耗，那总电流中就存在跟电压向量的方向相同的有功电流分量。正是这种有功分量的存在，造成了总电流滞后电流电容一个角度，这个角度的正切值是由有功电流In跟无功电流Ic的比值，也就是In=Ictan,所以有功分量的值就代表了介质的损耗大小。在计算中绝缘材料的介损相关因数可以用tan来表示，而这里的介损角又是外施电压跟因为此而产生的电流之间相位差的余角，如图1.图1 介质损耗角示意图 图2 介质损耗的等效回路具有这种介质损耗的相关绝缘材料可以在任何频率

12、下用电容Cp跟相应的电阻Rp形成的并联等效回路来表示，同时也可以用电容Cs跟电阻Rs形成的串联等效回路来表示，如图2。根据以上所说的等效回路，可以用下面的公式计算损耗角正切值。并联等效回路：串联等效回路：1.2.1过零点时差法这种数字化的检测方式在时域中是通过脉冲计数的方法来测量正弦电流、电压从负到正过零点的时差t，然后再换算成I超前U的相位差是： T是工频的周期，因而算得介损角。如果脉冲数用n表示，而计数的频率fc，则 测量的装置对于的分辨率是从而可以看出只要是计数的频率足够高的话就能够保持比较高的分辨率。这种过零点时差法具有分辨率高，线性好，易数字化的优点。但是这种方法也有缺点比如：主要是

13、依靠硬件装置来计算的，两个检测通道本身之间是存在相位差的，因而过零比较器的失调电压、零漂，电源谐波等等对测量的精度都有影响，从而使测量误差增加，必须运用相应的措施使这种干扰减小。介损的测量精度是要求非常高的，再加上这种测量大多是露天现场测量，比较大的温度差就会引起过零比较器测得的电压失调。假设温差导致信号零线上移，如果采用负向过零检测的话，两个信号的过零时差t1便增大，如果用正向过零检测时，两个信号的过零时差t2又会变小，最后t取这两者的平均值会更接近真值，如图3. 图3 测量原理及零漂对测量精度的影响1.2.2过零点电压比较法过零点电压比较法是在测量正弦波的相位差基础上，运用在过零点的附近测

14、量两个正弦波电压的差值从而计算tan的一种方法。被测的这两个正弦波必须要满足频率相同同时相角差小，表示如下：在幅值一样的时候A2=A1=A.这两者之间的差值电压表示如下：当t=0时测量出相差角时便可以计算出介损角。在两个正弦波的幅值不等的情况下，t=0的条件便可以严格满足，从而计算出两个正弦波的相差角。但是在实际的测量当中，t=0的条件是非常难以满足的，但是如果保证正弦波的幅值不变的话，即使过零点附近的测量点有相应的偏差，那差值的电压也不会改变明显，从而可以看出这种方法的优点是对过零点的测量精确度要求不高。1.2.3积分测量法从上面的过零点法的描述中可以看出过零点法严重的依赖着电压电流过零点的

15、稳定性，否则的话就会造成非常大的误差。而这种积分测量方法并不是对时间进行直接的测量，而是通过电压电流对应的面积的测量来测量时间。为了更详细的说明这种方法的原理，可以采用电压U和泄露电流I在时域中的波形来表示，I（t）超前U（t）的角度。这时就代表了介质的损耗角，如图4. 图4 电流电压波形相位图从上图中可以直接看出，当电流幅值一定的话，角的大小就决定了上图中阴影部分的面积A的大小值，A与存在着必然的联系。当电流幅值一定的话，那测量面积S就与A是相同的。所以这样运算的情况下，就可以把对的测量，转化成测量面积S和幅值。这样便可以将小信号的测量转化成大信号的测量，大大提高了测量的精确度，以上就是积分

16、测量法的最基础思想。下面再来推导下跟面积S的关系：设从而可以得出：当极小时，就会有下式： 这种积分测量方法可以把对小信号的测量转化为对大信号的测量，因而在测量电容型设备的介损时能够较为准确的测量出，同时对系统的频率变化、零点漂移或者是谐波的含量影响所造成的误差都有一定的改善作用。这种积分测量方法是以电压电流过零点相位差原理做基础，所以这种方法仍然受到过零点误差的影响。1.2.4基于傅立叶分析法的测量方法电力系统上分析谐波时，一般情况下是以快速傅立叶方法的变换实现的，对信号x(t)是按nT的周期采样和x(n)的深度进行离散傅立叶变换的。相位角表示为：基波信号的相位角表示为：变压器介损方面的谐波分

17、析方法就是通过这种离散傅立叶被测量的电压电流进行谐波分析的，从而计算出基波，进而求出介损的因数。介损的一个特性就是慢变，而电网信号的基波频率对于介损的慢变特性来说则是快变信号。因而对一定长度的电信号进行测量介损角不会对测量的准确性造成太大的影响，同时这种效果还可以抵消电网的一部分噪音和短脉冲等对准确性有干扰的因素。基于傅立叶分析法的测量方法能够有效的克服各种的干扰，特别是对于谐波的干扰和零漂、温漂的干扰等。2.关于绝缘安装的检修问题2.1绝缘离线故障诊断设计费时费力 在以前的绝缘安装中，由于在高压电气设备中投入的费用比较低等各种问题，一般是问题出现之后，再对电气设备进行检查维修，这样一来，反而

18、增加了在高压电气设备的检修方面的费用。因而，在这种情况下，便诞生了一种新的检修模式，这种检修是通过在线监控对采集到的数据进行分析处理，将得到的问题反映给相应的工作人员，从而精确的对高压电气设备进行监测。这种新型的监测维修形式大大提高了高压电气设备的应用型和安全性，同时在很大程度上，也减少了人力资源的浪费。例如：在煤矿上运用这种线上监测维修方法的话，可以大大提高煤矿的经济效益，同时保证煤矿的正常运行。2.2这种新型绝缘技术的优点同时这种新型的绝缘安装技术还能够检测到正常工作中的避雷针的阻性和容性电流的改变，通过对这种变化的电流分析探查出避雷针的损毁情况进而，进行维修；其次，这种线上检测可以监测耦

19、合电容器，电流互感器等一些容性设备。当这些设备介质收到毁损时，就会被相应的工作人员及时的发现维修。最后，由于这种监测是不受变电站影响的，因而，它具有的自身保护性能就更加强大，这样，就减少了维修的费用。在减少了发电问题的同时，也可以使效益最大化。3.绝缘安装在高压电气设备中的实施方法3.1绝缘在线故障诊断系统在安装中遇到的问题 在进行高压电气设备的绝缘安装时，首先要注意的问题是绝缘安装系统的维修监测问题，关于安装系统的设计要尤其注意以下问题：这个要安装的绝缘系统是否能够非常准确的反映出高压电气设备的外部绝缘体的特点，反应出的外部绝缘体的特点主要由以下几个重要的方面：在进行高压电气设备的绝缘安装时

20、不能改变这个高压电气设备的原有结构组成和接线的方式，也不能改变这个设备原来就有的一些安全设施方面的工作。同时，这个高压电气设备的绝缘系统要具有很好的利用性和操作性，这里所说的这种特性主要反映在，运用现用的类似传感器的一些仪器仪表就能轻松地监测高压电气设备的绝缘情况，并且，这种监测系统要具有独立性，能够在没有其他系统辅助的情况下完成工作。3.2绝缘安装系统的三个主要功能这种高压电气设备的绝缘安装系统主要有三个最主要的功能：其一：数据的收集功能，利用高压电气设备中的各种类似传感器的仪器进行数据收集，收集到的这些信息再传到主站的服务器上，让主站的上位机来进行监测控制。其二，信息的处理工作，将采集到的

21、信息进行筛查，比较等处理，这种处理的核心是单片机或者是一种中央控制计算机。在进行处理的同时，要以专家的处理系统为依托。其三，就是在作出信息处理之后的结果显示和报警工作。对高压电气设备的绝缘系统进行分析之后，得出处理的结果，以便相应的工作人员能够及时的解决这些问题。在煤矿的高压电气设备的绝缘安装上，我们也要考虑到以上这些问题，使设备的绝缘系统保证煤矿的正常发电。只有掌握住绝缘系统的安装方法和经常会出现的问题，才可以减少人力资源的浪费。三、 结语 在经济快速发展的同时，高压电气设备的绝缘在线故障诊断系统也在被广泛的使用，在进行设备的绝缘安装之前，这个安装系统的设计工作是必须要做好的，只有把高压电气

22、设备的绝缘安装系统的设计工作做好，以后的工作才会更加的顺利。从文章中我们可以看出，绝缘系统的设计可以使高压电气设备方面的绝缘信息更加准确，其反应性也更加快速。所以在实践当中，也应该适时的推广这种高压电气设备绝缘安装系统，使它的发展更上一层楼。参考文献：1. DL/T596-1996.电力设备预测性试验规程S.北京：中国电力出版社，1997.2. 铁道部，牵引变电运行检修规程S，北京：中国铁道出版社，2000.3. 金为祥，有关电力设备绝缘检测技术的探讨J.科技传播，2012（2）：158-159.4. 铁道部，接触网运行检修规程S.北京：中国铁道出版社，2000.5. GB50150-91，电

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