电力系统在线监测与故障诊断课件—第三章 电容型设备的在线监测

1、第三章第三章 电容型设备的在线监测电容型设备的在线监测方瑞明方瑞明 博士博士/教授教授Email: 引言 一、电容型设备的构成 电容型设备是重要的输变电设备，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； 电力电容器大量用于改善功率因数及降低配电损失等目的，并为输变电设备不可缺少的器件。电容式套管是大型变压器高压引线绝缘的核心组件。引言 二、电容型设备的常见故障 以电容式电流互感器为例，其常见绝缘故障及发生原因如下表。引言 三、常规的停电试验方法三、常规的停电试验方法 以电容式套管为例，DL/T 596-1996（预试规程）规定的停电试验项目如下：1、主

2、绝缘及末屏对地绝缘电阻（用兆欧表，直流电压常为1、2.5或5KV）；2、主绝缘及末屏对地绝缘的介质损耗角正切值及电容量（用西林电桥，施加10KV交流）；3、油中溶解气体分析；4、交流耐压试验；5、局部放电试验。 在大修后或必要时，预试规程要求对上述5项都进行试验。而对其中前两项要求每13年进行一次试验。诊断实例分析诊断实例分析实例实例1：500 kV电容型套管故障电容型套管故障1、500 kV高压套管参数n500 kV并联电抗器一次高压套管型式为 GOE1675-1300-2500-06-B, 额定电压550 kV，额定电流2 500 A。n2005年出厂, 2006年11月投入运行。500

3、kV电容型套管故障电容型套管故障2、设备试验、设备试验 电抗器高压套管介质损失角出厂试验值为0.37%,现场验收试验值为0.38%。2007年10月9日秋检预防性试验其数值达到0587% (试验数据如表所示)。500 kV电容型套管故障电容型套管故障取油样进行色谱分析,结果如表所示。n判断：套管绝缘存在缺陷,套管内部存在电弧放电电弧放电。500 kV电容型套管故障电容型套管故障处理：处理： 厂家技术人员确认套管上端部密封垫安套管上端部密封垫安装顺序有误装顺序有误,造成设备密封不良,进水受潮,出现电孤放电。对设备进行更换。第三章第三章 电容型设备的在线监测电容型设备的在线监测第一节第一节 概述概

4、述 一、电容型设备的监测项目一、电容型设备的监测项目 二、电容型设备在线监测的意义二、电容型设备在线监测的意义 三、电容型设备介质损耗的理论知识三、电容型设备介质损耗的理论知识第二节第二节 介质损耗的监测介质损耗的监测 一、电桥法一、电桥法 二、相位差法二、相位差法 三、数字分析法三、数字分析法第一节概述第一节概述一、电容型设备的监测项目一、电容型设备的监测项目第一节第一节 概述概述二、电容型设备在线监测的意义二、电容型设备在线监测的意义第一节第一节 概述概述三、电容型设备介质损耗的理论知识三、电容型设备介质损耗的理论知识第二节第二节 介质损耗的监测介质损耗的监测u电桥法电桥法u相位差法相位差

5、法u数字分析法数字分析法n电桥法电桥法西林电桥法西林电桥法监测前，先调整监测前，先调整C4和和R3，使指零仪指零，监测时只要调整，使指零仪指零，监测时只要调整C4。若试验电压中含有某种频率的谐波分量时，欲使电桥平衡必须若试验电压中含有某种频率的谐波分量时，欲使电桥平衡必须是流过检流计的基波电流和谐波电流同时为零，一般情况下是是流过检流计的基波电流和谐波电流同时为零，一般情况下是不可能实现的不可能实现的例如电源中三次谐波的存在就会使电桥两端始终残存零点到几例如电源中三次谐波的存在就会使电桥两端始终残存零点到几毫伏的电压，并且毫伏的电压，并且 越大残存电压越大越大残存电压越大tan第二节第二节 介

6、质损耗的监测介质损耗的监测第二节第二节 介质损耗的监测介质损耗的监测第二节第二节 介质损耗的监测介质损耗的监测第二节第二节 介质损耗的监测介质损耗的监测一、相位差法一、相位差法过零相位比较法过零相位比较法第二节第二节 介质损耗的监测介质损耗的监测一、相位差法一、相位差法过零相位比较法过零相位比较法第二节第二节 介质损耗的监测介质损耗的监测一、相位差法一、相位差法过零相位比较法过零相位比较法第二节第二节 介质损耗的监测介质损耗的监测一、相位差法一、相位差法过零相位比较法过零相位比较法第二节第二节 介质损耗的监测介质损耗的监测一、相位差法一、相位差法过零相位比较法过零相位比较法第二节第二节 介质损

7、耗的监测介质损耗的监测一、相位差法一、相位差法过零相位比较法过零相位比较法第二节第二节 介质损耗的监测介质损耗的监测二、数字分析法二、数字分析法谐波分析法谐波分析法第二节第二节 介质损耗的监测介质损耗的监测二、数字分析法二、数字分析法谐波分析法谐波分析法第二节第二节 介质损耗的监测介质损耗的监测二、数字分析法二、数字分析法谐波分析法谐波分析法第二节第二节 介质损耗的监测介质损耗的监测二、数字分析法二、数字分析法谐波分析法谐波分析法第二节第二节 介质损耗的监测介质损耗的监测二、数字分析法二、数字分析法谐波分析法谐波分析法第二节第二节 介质损耗的监测介质损耗的监测二、数字分析法二、数字分析法谐波分

8、析法谐波分析法第二节第二节 介质损耗的监测介质损耗的监测二、数字分析法二、数字分析法谐波分析法谐波分析法第二节第二节 介质损耗的监测介质损耗的监测二、数字分析法二、数字分析法谐波分析法谐波分析法影响电流和电压过零的因素有影响电流和电压过零的因素有: (1) 谐波频率谐波频率(2) 谐波正弦波形畸变率谐波正弦波形畸变率(3) 谐波初相角谐波初相角(4) 试品的介质损耗试品的介质损耗设置低通滤波单元滤除三次谐波设置低通滤波单元滤除三次谐波第二节第二节 介质损耗的监测介质损耗的监测现场环境对测试的影响现场环境对测试的影响1、湿度对测量结果的影响、湿度对测量结果的影响环境湿度大时，电气设备表面的污垢尘

9、埃受潮，导电性增强，环境湿度大时，电气设备表面的污垢尘埃受潮，导电性增强，表面电导增大引起较大的电导电流。表面电导增大引起较大的电导电流。湿度大于湿度大于90时的损耗角正切会比正常时大时的损耗角正切会比正常时大23倍倍2、周围电磁场的影响、周围电磁场的影响采用加屏蔽罩采用加屏蔽罩第二节第二节 介质损耗的监测介质损耗的监测数字化测量法注意问题：数字化测量法注意问题：（1）电压电流两路信号采集的同时性）电压电流两路信号采集的同时性（2）保证在一个周期内均匀采集到整数个点数，以防止出现）保证在一个周期内均匀采集到整数个点数，以防止出现频谱泄漏，而导致采样误差频谱泄漏，而导致采样误差第二节第二节 介质

10、损耗的监测介质损耗的监测电容型套管末屏对地的电容型套管末屏对地的tg及电容测量及电容测量试验接线高压电容套管的等值电路如图所示。一些部门和单位，在采用西林电桥测量套管的介质损耗因数时，往往只测电容芯子的介质损耗因数，质损耗因数。由于初期进水受潮时，潮气和水分只进入末屏附近的绝缘层，故占总的体积的比例很小，往往反映不出来，给电气设备安全运行留下隐患。套管末屏对地的套管末屏对地的tg及电容测量及电容测量试验接线 右图示出了油纸套管绝缘的tan与受潮时间的关系曲线。由曲线可知，当受潮120h后，抽压端子和法兰间绝缘tan0(曲线1)比开始受潮时已经增大许多倍，而导电芯和抽压端子与接地部分间绝缘的ta

11、n 1(曲线2)还没有明显变化。因此，要监视绝缘的开始受潮阶段，测量tan0比测量tan 1要灵敏得多。如图所示，图中如图所示，图中YA、YB、YC为该三相试品的导纳，而用为该三相试品的导纳，而用YA、YB、YC 反映周围相邻设备的影响。反映周围相邻设备的影响。第三节第三节 介质损耗的其他监测方法介质损耗的其他监测方法一、三相不平衡电流法一、三相不平衡电流法图图 杂散电流杂散电流Id对对I0的影响示意图的影响示意图第三节第三节 介质损耗的其他监测方法介质损耗的其他监测方法一、三相不平衡电流法一、三相不平衡电流法000ddIIIKII采用该方法监测时，应主要分析I0测值的纵向（历史性）变化：由于

12、电源电压的不平衡，三相试品的阻抗也有差异，原来已导致中性点处有某不平衡电流I0.而当某一相试品中出现缺陷时，将使I0改变为（I0+I0）。但由于杂散电流Id的干扰，会影响到中性点电流变化规律的灵敏程度。为此采用比例值：由于此比例取决于各电流矢量，当有一相故障引起I0增大时，K值可能增大，也可能减小，故不能仅用三相不平衡电流测量值的变化来判断；该方法简单、造价较低，监测仪表可靠性高，可做“初测”使用第三节第三节 介质损耗的其他监测方法介质损耗的其他监测方法二二、三相不平衡电压法电路如图所示，设备刚安装完成时，可调节可变电阻、，使三相不平衡电压降到最小的数值。以后当三相试品中有一相或者两相出现缺陷

13、时，此就会有显著增加。该方法灵敏度较不平衡电流法高 三相不平衡电压法原理图三相不平衡电压法原理图在线监测三相不平衡电压的实例第三节第三节 介质损耗的其他监测方法介质损耗的其他监测方法二、三相不平衡电压法二、三相不平衡电压法n该方法简单易行，但要将试品末屏的接地线解开后才能接入阻抗，不符合规程中不断开地线的要求；n该方法无法确定缺陷位于哪一相。第三节第三节 介质损耗的其他监测方法介质损耗的其他监测方法三、改进的三相不平衡法三、改进的三相不平衡法n电路如下图所示：n改用穿心式电流传感器，采用高速采样、转换技术，利用采集的电流的幅值和相位来分析每相试品的及介损正切值。第三节第三节 介质损耗的其他监测

14、方法介质损耗的其他监测方法n 气体分析气体分析参照变压器参照变压器n 局部放电局部放电主要以脉冲电流法为主主要以脉冲电流法为主电流传感器安装在低压套管接地线处电流传感器安装在低压套管接地线处一、概述 只有掌握各方面，进行全面、科学的综合分析，才能做出较为准确的判断。例如： 电容型设备导电部分出现故障时常引起局部严重过热，可用红外热像仪带电检测(预试规程中对互感器要求在必要时复测其直流电阻也包含这个目的) 试品受潮，以测tan及C较灵敏； 试品有早期局部放电，局放测量较为灵敏。应多种方法配合，取长补短，综合分析。第四节第四节 电容型设备的故障诊断电容型设备的故障诊断第四节第四节 电容型设备的故障

15、诊断电容型设备的故障诊断二、基于二、基于Ix及及tan相对测值的诊断方案相对测值的诊断方案 采用四个特征量： tan相对值（同相、同母线下两设备间的比较）、tan相对值差分序列与模型间的残差、相对电容量（同相、同母线下两设备间的比较）、相对电容量差分序列与模型间的残差。诊断流程如下：二、基于二、基于Ix及及tan相对测值的诊断方案相对测值的诊断方案ntan和和Ix超标的判据流程超标的判据流程第四节第四节 电容型设备的故障诊断电容型设备的故障诊断三、基于tan测值及其随时间的变化趋势的定性诊断 不仅要看tan的当前值，还要注意其变化趋势，并结合其他带电检测方法（红外测温）、离线方法进一步确诊。流程如下：三、基于三、基于tan测值及其随时间的变化趋势的定性诊断测值及其随时间的变化趋势的定性诊断A：有少量变化，继续监测，不需采取措施；B：有明显变化，适当时宜离线复测、红外测温