电力设备的在线监测与故障诊断

1、电气设备的在线监测电气设备的在线监测与故障诊断与故障诊断高胜友高胜友2013年年12月月18日日电气设备状态监测与故障诊断的意义电气设备状态监测与故障诊断的意义l电气设备的组成：绝缘材料、导电材料、导磁材料等。电气设备的组成：绝缘材料、导电材料、导磁材料等。l绝缘材料大多为有机材料：矿物油、绝缘纸、各种有机合成绝缘材料大多为有机材料：矿物油、绝缘纸、各种有机合成材料，运行中受电、热、机械、环境等各种因素的作用，容材料，运行中受电、热、机械、环境等各种因素的作用，容易发生劣化，造成设备故障。易发生劣化，造成设备故障。设备绝缘结构性能的好坏，设备绝缘结构性能的好坏，成为决定整台设备寿命的关键。成为

2、决定整台设备寿命的关键。l由于大型电气设备发生故障而造成突发性停电事故，会造成由于大型电气设备发生故障而造成突发性停电事故，会造成巨大的经济损失和不良的社会影响。巨大的经济损失和不良的社会影响。l提高设备可靠性的方法提高设备可靠性的方法:（1）提高设备的质量；（）提高设备的质量；（2）对设备）对设备进行必要的检查和维修。进行必要的检查和维修。设备维修体制的发展设备维修体制的发展l事后维修事后维修（CM，Correction Maintenance）：对设备）：对设备使用直到发生故障。使用直到发生故障。l预防性维修（预防性维修（TBM，Time-Based Maintenance）：定：定期试验

3、和维修。期试验和维修。l状态检修状态检修（CBM，Condition-Based Maintenance）：以状态监测和故障诊断为基础。以状态监测和故障诊断为基础。在线监测的意义在线监测的意义l 不需要设备停电就可以了解设备的绝缘状况。不需要设备停电就可以了解设备的绝缘状况。l 监测时的电压就是设备的运行电压，较预防性监测时的电压就是设备的运行电压，较预防性试验时的电压更能灵敏地发现绝缘缺陷。试验时的电压更能灵敏地发现绝缘缺陷。l 绝缘在线监测得到的大量数据以及对数据的判绝缘在线监测得到的大量数据以及对数据的判断分析可以为状态检修提供依据，克服传统预断分析可以为状态检修提供依据，克服传统预防性

4、检修的不足。防性检修的不足。变电设备的在线监测变电设备的在线监测变电设备的在线监测变电设备的在线监测 主变压器（本体及附件）主变压器（本体及附件） 电抗器电抗器 高压开关高压开关 隔离开关隔离开关 电压互感器电压互感器 电流互感器电流互感器 避雷器避雷器 电容器（电力电容器和耦合电容器）电容器（电力电容器和耦合电容器）变压器变压器电抗器电抗器高压开关高压开关电压互感器电压互感器电流互感器电流互感器变压器的在线监测变压器的在线监测l 局部放电局部放电 l 油中溶解气体含量油中溶解气体含量l 油中微水含量油中微水含量l 绕组变形绕组变形 变压器局部放电监测变压器局部放电监测l在电场的作用下，绝缘系

5、统中只有在电场的作用下，绝缘系统中只有部分区域部分区域发生发生放电，而没有贯穿施加电压的导体之间，即尚未放电，而没有贯穿施加电压的导体之间，即尚未击穿。击穿。l在绝缘结构中局部场强集中的部位，出现局部缺在绝缘结构中局部场强集中的部位，出现局部缺陷时，将导致局部放电。陷时，将导致局部放电。局部放电监测的意义局部放电监测的意义l局部放电是造成高压电气设备最终发生绝缘击穿的主局部放电是造成高压电气设备最终发生绝缘击穿的主要原因。这是一个要原因。这是一个“日积月累日积月累”的过程，可谓的过程，可谓“冰冻冰冻三尺非一日之寒三尺非一日之寒”。刷形树枝刷形树枝 丛林状树枝丛林状树枝 变压器中局部放电类型变压

6、器中局部放电类型l 气隙放电气隙放电 （1 1）密封于固体内的气泡。例如：铁芯环氧绑扎带内的气泡。）密封于固体内的气泡。例如：铁芯环氧绑扎带内的气泡。 （2 2）油和固体包围的气泡。例如：纸板夹层的气泡。）油和固体包围的气泡。例如：纸板夹层的气泡。l 悬浮放电悬浮放电 （1 1）悬浮导体处于电场中，按电容分压取得一定电位，当体积）悬浮导体处于电场中，按电容分压取得一定电位，当体积足够大时积聚一定的能量。足够大时积聚一定的能量。 （2 2）悬浮导体的存在引起电场畸变，使局部绝缘上的作用场强）悬浮导体的存在引起电场畸变，使局部绝缘上的作用场强超过耐受电场强度。超过耐受电场强度。 例如：套管均压球悬

7、浮放电、金属异物悬浮放电例如：套管均压球悬浮放电、金属异物悬浮放电变压器中局部放电类型变压器中局部放电类型l尖端放电尖端放电 位于电场中的尖端位于电场中的尖端, , 不论其本身的电位高低不论其本身的电位高低, ,包括处于地电位包括处于地电位, , 都会引起电场畸变都会引起电场畸变, , 使尖端附近的电场强度增大使尖端附近的电场强度增大, , 这种作用称这种作用称为尖端效应。由尖端效应引起的局部放电为尖端效应。由尖端效应引起的局部放电, , 简称尖端放电。简称尖端放电。l 夹层放电夹层放电变压器局部放电监测方法变压器局部放电监测方法l介质迁移过程介质迁移过程脉冲电流法脉冲电流法l机械振动机械振动

8、声发射法声发射法l电磁辐射电磁辐射特高频法特高频法l化学分解化学分解色谱法色谱法脉冲电流法监测变压器局部放电脉冲电流法监测变压器局部放电脉冲电流法监测变压器局部放电脉冲电流法监测变压器局部放电脉冲电流法监测变压器局部放电脉冲电流法监测变压器局部放电声发射方法监测变压器局部放电声发射方法监测变压器局部放电声发射方法监测变压器局部放电声发射方法监测变压器局部放电特高频方法监测变压器局部放电特高频方法监测变压器局部放电特高频方法监测变压器局部放电特高频方法监测变压器局部放电宽带脉冲电流法局部放电监宽带脉冲电流法局部放电监测测l现场局放检测的核心要求：取得最多的放电信息，排除现场现场局放检测的核心要求

9、：取得最多的放电信息，排除现场干扰干扰l从信息量来说，脉冲电流法为首选，但在其频段内各种干扰从信息量来说，脉冲电流法为首选，但在其频段内各种干扰杂波较多杂波较多l固体和气体内放电的波长为几十到几百纳秒，主要能量频率固体和气体内放电的波长为几十到几百纳秒，主要能量频率为几十兆到几兆，故采样频率取为几十兆到几兆，故采样频率取100MHz，此时可以比较准确，此时可以比较准确地记录信号波形地记录信号波形l在此频段下，各种干扰及不同种类局放的波形上有较大差别在此频段下，各种干扰及不同种类局放的波形上有较大差别，从而可以根据波形特征首先分离分类所测信号及干扰，从而可以根据波形特征首先分离分类所测信号及干扰

10、l对分离后对分离后“干净干净”的局放信号，已有大量识别和诊断经验，的局放信号，已有大量识别和诊断经验，此方法是目前最好的。此方法是目前最好的。宽带脉冲电流法局部放电监宽带脉冲电流法局部放电监测测l常规局放测量的相位谱图不能分离噪声与信号，不能常规局放测量的相位谱图不能分离噪声与信号，不能分离不同种类的信号，从而不能准确识别放电类型。分离不同种类的信号，从而不能准确识别放电类型。宽带脉冲电流法局部放电监宽带脉冲电流法局部放电监测测l基于脉冲信号分离基于脉冲信号分离分类技术的局放检分类技术的局放检测则可根据信号特测则可根据信号特征将每一类局放的征将每一类局放的相位谱图分离出来相位谱图分离出来 a)

11、 局放相位谱图 b1) b2) 簇 A 簇B 脉冲B 脉冲A 局放B d1) d2) c) 局放特征谱图局放A波形数据sFsT#1#2sFsT特征提取特征谱图分类sFsT模式#1局放种类识别局放种类识别 （专家系统）（专家系统）干扰识别干扰识别宽带脉冲电流法局部放电监测宽带脉冲电流法局部放电监测波形数据(相位谱图)模式#2变压器油中溶解气体分析变压器油中溶解气体分析l气体的产生气体的产生 多数电气设备选用油纸或油和纸板组成的绝缘结构，当设备内部发生热故障、多数电气设备选用油纸或油和纸板组成的绝缘结构，当设备内部发生热故障、放电性故障或者油、纸老化时均会产生各种气体。这些气体会溶解于油中，不放电

12、性故障或者油、纸老化时均会产生各种气体。这些气体会溶解于油中，不同类型的气体及其浓度可以反映不同类型的故障。所以对油中溶解气体的检测同类型的气体及其浓度可以反映不同类型的故障。所以对油中溶解气体的检测和分析是充油电气设备绝缘诊断的重要内容。和分析是充油电气设备绝缘诊断的重要内容。l不同故障类型产生的气体组分不同故障类型产生的气体组分故障类型故障类型主要气体成分主要气体成分次要气体成分次要气体成分油过热油过热CH4、C2H4H2、C2H6油和纸过热油和纸过热CH4、C2H4、CO、CO2H2、C2H6油纸绝缘中局部放电油纸绝缘中局部放电H2、CH4、C2H2、COC2H6、CO2油中火花放电油中

13、火花放电C2H2、H2油中电弧油中电弧H2、C2H2CH4、C2H4、C2H6油和纸中电弧油和纸中电弧H2、C2H2、CO、CO2CH4、C2H4、C2H6变压器油中溶解气体分析变压器油中溶解气体分析l 气相色谱的分析流程气相色谱的分析流程 取油样取油样脱气脱气检测检测数据处理数据处理l色谱分析的基本原理色谱分析的基本原理变压器油中溶解气体分析变压器油中溶解气体分析l检测器：热导池（检测器：热导池（TCD）、氢火焰离子化（）、氢火焰离子化（FID）l谱峰谱峰变压器油中溶解气体分析变压器油中溶解气体分析l 脱气方法脱气方法n 离线离线u 溶解平衡法（机械振荡法）溶解平衡法（机械振荡法）u 真空法

14、（变径活塞泵全脱法）真空法（变径活塞泵全脱法）n 现场检测现场检测u 鼓泡脱气法鼓泡脱气法n 在线监测在线监测u 高分子渗透膜法高分子渗透膜法u 真空脱气法真空脱气法u 顶空脱气法顶空脱气法u 其他方法其他方法油中溶解气体分析油中溶解气体分析l检测器检测器n热导池（热导池（TCDTCD）n氢离子火焰（氢离子火焰（FIDFID）n半导体气敏传感器半导体气敏传感器n 热线形气体传感器热线形气体传感器n 电化学检测器电化学检测器n 半导体微桥式检测器半导体微桥式检测器n 光谱技术光谱技术 油中溶解气体分析油中溶解气体分析变压器油中溶解气体分析变压器油中溶解气体分析诊断方法诊断方法变压器油中溶解气体分

15、析变压器油中溶解气体分析变压器油中溶解气体分析变压器油中溶解气体分析变压器油中溶解气体分析变压器油中溶解气体分析l 人工神经网络方法人工神经网络方法l 模糊聚类方法模糊聚类方法变压器油中溶解气体监测装变压器油中溶解气体监测装置置型号型号生产厂家生产厂家脱气方式脱气方式气体分离及检气体分离及检测器测器检测气体种类及检测气体种类及指标指标特色特色TAM_VI加拿大加拿大BravTech铂睿克铂睿克超声一体化气室超声一体化气室+膜膜渗透平衡脱气渗透平衡脱气气敏传感器气敏传感器H2,CO,CH4,C2H6,C2H4,C2H2单一色谱柱，单单一色谱柱，单一传感器一传感器空气做载气（部空气做载气（部分型号

16、）分型号）TRANSFIX英国英国Kelman凯尔曼凯尔曼动态顶空平衡动态顶空平衡光声光谱技术光声光谱技术（PAS）H2,CO,CH4,C2H6,C2H4,C2H2,CO2,O2,八八种气体加水分种气体加水分无载气，无色谱无载气，无色谱柱，无半导体传柱，无半导体传感器感器TM8美国美国Serveron公公司司半透膜，采样间隔半透膜，采样间隔4小时小时He做载气，双做载气，双柱，热导柱，热导H2,CO,CH4,C2H6,C2H4,C2H2,CO2,O2,八八种气体加水分和种气体加水分和油温油温技术文档很全面技术文档很全面MGA2000宁波理工宁波理工毛细管平衡渗透毛细管平衡渗透纳米晶半导体纳米晶

17、半导体检测器检测器压缩空气作载压缩空气作载气气H2,CO,CH4,C2H6,C2H4,C2H2,CO2,七种七种气体加水分气体加水分分析周期最小分析周期最小1小时小时膜渗透平衡时间膜渗透平衡时间大大缩短大大缩短GTCA-3600珠海原铭珠海原铭电磁激振与平板膜电磁激振与平板膜渗透渗透气敏传感器气敏传感器七种气体加微水七种气体加微水单一色谱柱单一色谱柱单一气敏传感器单一气敏传感器中分中分3000河南中分河南中分动态顶空（吹扫动态顶空（吹扫-捕捕集）集）微桥式检测器微桥式检测器氮气做载气氮气做载气七种气体七种气体分析周期短分析周期短TROM-600上海思源上海思源真空脱气真空脱气气敏传感器气敏传感

18、器七种气体七种气体油中溶解气体分析发现油中溶解气体分析发现220kV220kV变压器过热缺陷变压器过热缺陷油中溶解气体分析发现油中溶解气体分析发现220kV220kV变压器过热缺陷变压器过热缺陷l 35kV B相套管温度高于其他两相，相套管温度高于其他两相，B相低压绕组直相低压绕组直流电阻明显偏大流电阻明显偏大l 打开打开35kV手孔法兰检查，发现手孔法兰检查，发现B相套管导电板与引相套管导电板与引线连接部分过热灼伤形成焦炭，下部紧固螺栓用手线连接部分过热灼伤形成焦炭，下部紧固螺栓用手可轻松转动，引线与导电板之间有可轻松转动，引线与导电板之间有1mm左右间隙。左右间隙。变压器油中微水含量的监测

19、变压器油中微水含量的监测l水分含量是变压器油绝缘强度的重要影响因素之一。水分含量是变压器油绝缘强度的重要影响因素之一。l 离线测量采用气体法、库仑法和色谱法，一般采用离线测量采用气体法、库仑法和色谱法，一般采用库伦法。库伦法。l在线监测一般采用电容式湿敏传感器（例如：聚酰亚在线监测一般采用电容式湿敏传感器（例如：聚酰亚胺薄膜）。胺薄膜）。0rSCD 变压器油中微水含量的监测变压器油中微水含量的监测变压器绕组变形的监测变压器绕组变形的监测l绕组变形产生的主要原因绕组变形产生的主要原因n设计制造原因设计制造原因 （1 1）设计时短路强度不够）设计时短路强度不够 （2 2）制造中存在缺陷（如压紧件、

20、支撑件强度刚度不够）制造中存在缺陷（如压紧件、支撑件强度刚度不够） （3 3）装配时线圈不同心、压紧不良等）装配时线圈不同心、压紧不良等n出口短路出口短路 （1 1）短路过程中绕组出现由固有和强迫振荡所构成的复杂）短路过程中绕组出现由固有和强迫振荡所构成的复杂振动。振动。 （2 2）绕组变形具有累积效应。）绕组变形具有累积效应。n运输中的冲击运输中的冲击变压器绕组变形的监测变压器绕组变形的监测变压器绕组变形的监测变压器绕组变形的监测l离线检测方法：短路阻抗测量法、频响分析法、低离线检测方法：短路阻抗测量法、频响分析法、低压脉冲法、径向漏磁场测试法压脉冲法、径向漏磁场测试法l在线监测方法：短路电

21、抗法、振动信号分析法、频在线监测方法：短路电抗法、振动信号分析法、频响分析法响分析法短路电抗法短路电抗法振动法振动法l变压器本体振动来源变压器本体振动来源n硅钢片磁滞伸缩引起铁芯振动硅钢片磁滞伸缩引起铁芯振动n硅钢片接缝处和叠片之间存在因漏磁引起的电磁吸引力，硅钢片接缝处和叠片之间存在因漏磁引起的电磁吸引力，从而引起铁芯振动从而引起铁芯振动n绕组中负载电流与漏磁场之间的作用引起绕组振动绕组中负载电流与漏磁场之间的作用引起绕组振动高压开关监测高压开关监测l机械特性机械特性n分、合闸时间、速度分、合闸时间、速度n分、合闸线圈电流分、合闸线圈电流n行程、超行程、弹跳行程、超行程、弹跳n同期性同期性n

22、振动振动n累计操作次数累计操作次数高压开关监测高压开关监测l储能系统储能系统n储能电机工作时间、工作电压、电流储能电机工作时间、工作电压、电流n压缩泵的启动频率压缩泵的启动频率n储能弹簧的位置或拉力、液压油的压力储能弹簧的位置或拉力、液压油的压力l绝缘状态绝缘状态n局部放电局部放电n泄漏电流泄漏电流nSFSF6 6气体压力、温度、密度、组分、微水气体压力、温度、密度、组分、微水n真空灭弧室真空度真空灭弧室真空度高压开关监测高压开关监测l电寿命电寿命n开断电流开断电流n燃弧时间、预击穿时间燃弧时间、预击穿时间l发热发热n触头和导电连接处的温度触头和导电连接处的温度分、合闸线圈电流的监测分、合闸线

23、圈电流的监测l操作线圈的电流波形与电磁铁运动过程相对应，操作线圈的电流波形与电磁铁运动过程相对应，可以反映电磁铁的状态。可以反映电磁铁的状态。n 操作线圈为断路器二次元件，电流不超过几安培，操作线圈为断路器二次元件，电流不超过几安培，通过穿心式电流互感器可以进行测量。通过穿心式电流互感器可以进行测量。 合闸弹簧状态监测合闸弹簧状态监测l对于弹簧操动机构来说，对于弹簧操动机构来说， 储储能电机工作电流波形可以能电机工作电流波形可以 反反映储能时间、储能大小和映储能时间、储能大小和 弹弹簧强度等参数和状态。簧强度等参数和状态。 n储能电机电流也可以通过穿储能电机电流也可以通过穿心式电流互感器进行心

24、式电流互感器进行测量。测量。动触头行程、速度的检测动触头行程、速度的检测 l动触头的行程信号，可以反映分合闸操作中触头的动触头的行程信号，可以反映分合闸操作中触头的运动过程。与分合闸线圈电流波形结合，可以得出运动过程。与分合闸线圈电流波形结合，可以得出分合闸时间、速度等重要的操作参数。分合闸时间、速度等重要的操作参数。n 动触头的行程可以通过旋转编码器进行监测。动触头的行程可以通过旋转编码器进行监测。 旋转光电编码器旋转光电编码器高压断路器的操作时的机械振动高压断路器的操作时的机械振动l高压开关设备的操作起始于分、合闸电磁铁线圈的上高压开关设备的操作起始于分、合闸电磁铁线圈的上电，之后通过一些

25、列的机械联动实现储能机构中能量电，之后通过一些列的机械联动实现储能机构中能量的释放，进而通过力的传递和方向控制，带动动触头的释放，进而通过力的传递和方向控制，带动动触头运动。运动。l整个操作过程中，零部件之间的机械撞击、摩擦，整个操作过程中，零部件之间的机械撞击、摩擦，以及机械力、电动力等的作用均可以激发机械振动。以及机械力、电动力等的作用均可以激发机械振动。l机械振动通过设备零部件之间的连接向外传播，可机械振动通过设备零部件之间的连接向外传播，可以在传播路径和开关的机座、外壳上测得。以在传播路径和开关的机座、外壳上测得。 机械振动的监测机械振动的监测l机械振动按频率可分为三种类型：机械振动按

26、频率可分为三种类型： n低频振动，低频振动，f10Hzf1000Hzf1000Hz。主要通过加速度进行测量。加速度。主要通过加速度进行测量。加速度表征振动部件所受冲击力的强度。冲击力的大小与冲击的表征振动部件所受冲击力的强度。冲击力的大小与冲击的频率和角速度值正相关。频率和角速度值正相关。 对于高压断路器来说，操作过程中振动信号的主要频率在对于高压断路器来说，操作过程中振动信号的主要频率在 1kHz1kHz以上。以上。 机械振动监测机械振动监测高压导体、触头温度监测高压导体、触头温度监测l主要问题：绝缘、供电主要问题：绝缘、供电l方法：无线（射频、红外）、光纤方法：无线（射频、红外）、光纤母线

27、电流 磁场 组件。a 温度传感器， b 感应线圈，c 电子线路 红外发光二极管 红外光接收器 温度信息接收器 高压开关柜局部放电的监测高压开关柜局部放电的监测l暂态地电压（暂态地电压（Transient Earth Voltages，TEV）l声发射（声发射（AE）高压母线电磁波电磁波电磁波间隙局部放电PDM 金属表面TEV传感器 超声传感器 外部传感器 键盘充电指示充电接口耳机接口电源开关液晶屏高压开关柜局部放电的监测高压开关柜局部放电的监测高压开关柜局部放电的监测高压开关柜局部放电的监测GISGIS局部放电在线监测局部放电在线监测l声发射（声发射（AE）法：检测局部放电产生的超声）法：检测

28、局部放电产生的超声振动信号。振动信号。n良好的抗电磁干扰能力。良好的抗电磁干扰能力。n良好的局部放电定位能力。良好的局部放电定位能力。n传感范围较小。传感范围较小。l特高频（特高频（UHF）法：检测局部放电的）法：检测局部放电的UHF频频段电磁波信号段电磁波信号n抗电磁干扰能力较强。抗电磁干扰能力较强。n能够实现局部放电定位能够实现局部放电定位n检测灵敏度较高检测灵敏度较高n传感范围较大传感范围较大GISGIS主要放电类型主要放电类型UHFUHF传感的信号体内耦合传感的信号体内耦合l体内耦合体内耦合UHFUHF传感的信号体外耦合传感的信号体外耦合不同类型局部放电的波形和相位不同类型局部放电的波

29、形和相位不同类型局部放电的频谱不同类型局部放电的频谱GISGIS局部放电检测案例局部放电检测案例GISGIS局部放电检测案例局部放电检测案例电容型设备电容型设备l绝缘结构由多个电容元件串联而成绝缘结构由多个电容元件串联而成l包括的类型：包括的类型：n耦合电容器耦合电容器n高压电容式套管高压电容式套管 n电容式电流互感器电容式电流互感器 电容型设备电容型设备电容型套管结构电容型套管结构电容型套管等效电路图电容型套管等效电路图电容型设备监测的参数电容型设备监测的参数l介质损耗角正切介质损耗角正切 tanl等效电容量等效电容量 Cxl三相不平衡信号三相不平衡信号 电流信号的电压信号的获取电流信号的电

30、压信号的获取=2 (t2-t1)/T=2 t/T = /2 = /2 - 2 t/Tt = n/f过零点时差比较法过零点时差比较法u1= A1sintu2 = A2sin(t+)u3 = u2 u1= A2sin(t+) - A1sint若若A1A2A，则，则u3 = A（sin(t+) sint） B cos (t+/2)其中其中:B=2Asin(/2)t=0时，可简化为：时，可简化为：u3=Asin则：则：arcsin(u3/A)过零点电压比较法过零点电压比较法基于电桥平衡的方法基于电桥平衡的方法i=I msin(t+i) ，u=U msin(t+u) i(t)=D0sint + D1co

31、stu (t)=C0sint + C1cost 式中，式中， D 0 =I mcosi ,D1 =I msini ， C0 =U mcosu,C1 =Umsinui = arctan (D1/D0) , u = arctan ( C1/ C0) 在对信号在对信号i(t) 和和u(t) 采样，并用最小二乘算法求得采样，并用最小二乘算法求得D0、D1、C0、C1 后，即可由上式算出后，即可由上式算出 。正弦波参数法正弦波参数法)sin()()sin()(tBtytAtxdttytyyRdttxtxxRdttytxRTnkkTTnkkTTnkkTxy)()()()()()()()()()()()(2

32、)0(2)0(2cos)0(22ByRAxRABRxy101010)()(1)0()()(1)0()()(1)0(NkNkNkxykykyNyRkxkxNxRkykxNR相关函数法相关函数法l原理：运用傅里叶变换和三角函数正交性原理，从原理：运用傅里叶变换和三角函数正交性原理，从电压、电流信号中分别分离出基波分量，分别计算电压、电流信号中分别分离出基波分量，分别计算采样开始时刻的初相位，然后计算相位差。采样开始时刻的初相位，然后计算相位差。)(sin)(cos)(sin)(costdtiDtdtiCtdtuBtdtuADCBAiu11tantan 谐波分析法（基波相位分离法）谐波分析法（基波相

33、位分离法）需要解决的关键技术需要解决的关键技术l保证电压、电流同时采样保证电压、电流同时采样l 保证整周期同步采样保证整周期同步采样输电设备监测输电设备监测l电力电缆电力电缆l架空线路架空线路l绝缘子绝缘子交联聚乙烯电缆的劣化交联聚乙烯电缆的劣化l热劣化：温度过高热劣化：温度过高 氧化分解（电离作用）氧化分解（电离作用）绝缘电阻和耐压性能下降绝缘电阻和耐压性能下降l电气劣化：电晕劣化、电气劣化：电晕劣化、电树枝劣化电树枝劣化l水树枝劣化水树枝劣化：制造过程中残留在绝缘内的微水或运行中因机械损伤水分逐制造过程中残留在绝缘内的微水或运行中因机械损伤水分逐渐侵入渐侵入（电场长期作用下）电场长期作用下

34、）绝缘中形成由微小水滴以及连接它们的水绝缘中形成由微小水滴以及连接它们的水丝组成的水树枝丝组成的水树枝l化学劣化：多发生在石油化工部门，形态包括溶胀、溶解、龟裂或化学树化学劣化：多发生在石油化工部门，形态包括溶胀、溶解、龟裂或化学树枝劣化。枝劣化。 交流击穿场强与水树枝长度的关系交流击穿场强与水树枝长度的关系 XLPEXLPE电缆绝缘电阻在线监测电缆绝缘电阻在线监测直流叠加法直流叠加法l 原理：在接地的电压互感器中性点处施加低压直流电源原理：在接地的电压互感器中性点处施加低压直流电源(通常通常50V)，即将外部直流低电压，叠加在电缆绝缘的交流高电压上，即将外部直流低电压，叠加在电缆绝缘的交流高

35、电压上，从而测量通过电缆绝缘层的微弱的直流电流（或换算成绝缘电从而测量通过电缆绝缘层的微弱的直流电流（或换算成绝缘电阻阻）。）。 直流叠加法与传统方法比较直流叠加法与传统方法比较l 原理：电缆绝缘层常可看成一个原理：电缆绝缘层常可看成一个R、C并联等值电路，并联等值电路，当外施电压为低频而非工频时，流过绝缘层的容性电流当外施电压为低频而非工频时，流过绝缘层的容性电流较工频时为小，而阻性电流却无显著变化，因而容易从较工频时为小，而阻性电流却无显著变化，因而容易从总电流中，分出阻性电流来。总电流中，分出阻性电流来。l 叠加的电压为叠加的电压为7.5Hz，20V的交流电压。的交流电压。低频交流叠加法

36、低频交流叠加法tantan在线监测法在线监测法l 原理：介质损耗的大小随水树老化程度而增加，在原理：介质损耗的大小随水树老化程度而增加，在较低频率下电缆的损耗特征较为明显，在较低频率下电缆的损耗特征较为明显，在0.150Hz间的损耗正切值与水树老化程度有很好的相关性。间的损耗正切值与水树老化程度有很好的相关性。 监测监测XLPEXLPE电缆局部放电的意义电缆局部放电的意义n测量局部放电是及时发现电缆故障隐患，预测测量局部放电是及时发现电缆故障隐患，预测电缆运行寿命的重要手段，是国际上推荐的评电缆运行寿命的重要手段，是国际上推荐的评价电力电缆绝缘状况的最佳方法。价电力电缆绝缘状况的最佳方法。局部

37、放电是造成电力电缆破坏的主要原因；同时也局部放电是造成电力电缆破坏的主要原因；同时也是电缆绝缘劣化的表现形式。是电缆绝缘劣化的表现形式。XLPEXLPE电缆在制造及接头制作过程中的缺陷将导致局电缆在制造及接头制作过程中的缺陷将导致局部放电的发生。部放电的发生。监测监测XPLEXPLE电缆局部放电的主要方法电缆局部放电的主要方法监测监测XPLEXPLE电缆局部放电的主要方法电缆局部放电的主要方法n差分法差分法优点：无需加入专门的优点：无需加入专门的高压源和耦合电容，无高压源和耦合电容，无需改变接线；抑制噪声需改变接线；抑制噪声能力强。能力强。缺点：高频信号衰减严缺点：高频信号衰减严重。重。监测监

38、测XPLEXPLE电缆局部放电的主要方法电缆局部放电的主要方法n方向耦合法方向耦合法优点：灵敏度高，可优点：灵敏度高，可检测小于检测小于6pC6pC的放电。的放电。缺点：需要在绝缘上缺点：需要在绝缘上插入电极板。插入电极板。监测监测XPLEXPLE电缆局部放电的主要方法电缆局部放电的主要方法n电容传感器法电容传感器法优点：灵敏度较高；优点：灵敏度较高；可利用时间差进行定可利用时间差进行定位。位。缺点：需要在电缆护缺点：需要在电缆护套上切口子。套上切口子。监测监测XPLEXPLE电缆局部放电的主要方法电缆局部放电的主要方法n超高频电感耦合法超高频电感耦合法优点：灵敏度高优点：灵敏度高缺点：高频信

39、号衰缺点：高频信号衰减严重，一般只适减严重，一般只适用于电缆附件的测用于电缆附件的测量。量。监测监测XPLEXPLE电缆局部放电的主要方法电缆局部放电的主要方法n电磁耦合法电磁耦合法操作安全、易于安装、造价低操作安全、易于安装、造价低廉廉, , 能更真实的反映局部放能更真实的反映局部放电脉冲波形等优点电脉冲波形等优点。可用来可用来检测运行中电缆系统的局部检测运行中电缆系统的局部放电情况。放电情况。XLPE XLPE 电缆局部放电现场测试电缆局部放电现场测试在某在某500kV12公里的公里的XLPE电缆现场安装完毕后已通过交流耐压试验无任何异常，电缆现场安装完毕后已通过交流耐压试验无任何异常，但

40、在现场局部放电测试中发现有大量噪声。通过使用该检测系统的脉冲分离与模但在现场局部放电测试中发现有大量噪声。通过使用该检测系统的脉冲分离与模式识别功能显示某一接头内部有一微弱放电信号，取回实验室发现有内部放电，式识别功能显示某一接头内部有一微弱放电信号，取回实验室发现有内部放电，而且有电树枝报警。打开接头检查发现有明显放电碳化痕迹，估计为安装时划伤而且有电树枝报警。打开接头检查发现有明显放电碳化痕迹，估计为安装时划伤后被高压耐压试验所伤。后被高压耐压试验所伤。监测监测XPLEXPLE电缆局部放电的主要方法电缆局部放电的主要方法l声发射法声发射法监测监测XPLEXPLE电缆局部放电的主要方法电缆局

41、部放电的主要方法监测监测XPLEXPLE电缆局部放电的主要方法电缆局部放电的主要方法lTEV法法监测监测XPLEXPLE电缆局部放电的主要方法电缆局部放电的主要方法XLPEXLPE电缆局部放电现场检测技术电缆局部放电现场检测技术n阻尼振荡波检测技术是近年来国内外密切关注阻尼振荡波检测技术是近年来国内外密切关注的一种用于的一种用于XLPE电缆现场绝缘性能检测与诊电缆现场绝缘性能检测与诊断的新型技术。断的新型技术。电源容量小电源容量小无稳态直流电场无稳态直流电场电压波形与频率满足电压波形与频率满足IEC60270IEC60270标准，可以标定标准，可以标定阻尼振荡波放电回路阻尼振荡波放电回路振荡波

42、波形振荡波波形电缆局部放电定位电缆局部放电定位时域反射法时域反射法典型电缆接头故障典型电缆接头故障终端悬浮终端悬浮外半导电层破损外半导电层破损中间接头压接管错用绝缘胶带中间接头压接管错用绝缘胶带终端接头毛刺终端接头毛刺典型电缆接头故障典型电缆接头故障接头内部杂质接头内部杂质终端覆盖电缆外半导电层过多终端覆盖电缆外半导电层过多外半导电层无倒角外半导电层无倒角局部受损局部受损XLPEXLPE电缆现场测试案例电缆现场测试案例XLPEXLPE电缆现场测试案例电缆现场测试案例旋转电机的监测旋转电机的监测l电机典型故障电机典型故障n定子铁心故障（发电机）定子铁心故障（发电机）n绕组绝缘故障（各类电机）绕组

43、绝缘故障（各类电机）n定子绕组断股故障（发电机）定子绕组断股故障（发电机）n定子端部线圈故障（各类电机）定子端部线圈故障（各类电机）n冷却水系统故障（各类电机）冷却水系统故障（各类电机）n转子绕组故障（异步电动机）转子绕组故障（异步电动机）n转子绕组故障（发电机）转子绕组故障（发电机）n转子本体故障（各类电机）转子本体故障（各类电机）电机监测内容电机监测内容l放电监测放电监测l温度监测温度监测l热解产生的微粒监测热解产生的微粒监测l振动监测振动监测l气隙磁通密度监测气隙磁通密度监测l气隙间距监测气隙间距监测电机定子绕组局部放电监测电机定子绕组局部放电监测l放电类型放电类型n电机绝缘内部放电电机

44、绝缘内部放电n端部放电端部放电n槽部放电槽部放电电机定子绕组局部放电监测电机定子绕组局部放电监测传感器传感器l高频电流传感器高频电流传感器频率响应范围频率响应范围：30 kHz30 MHz。电机定子绕组局部放电监测电机定子绕组局部放电监测传感器传感器l电容耦合器电容耦合器电机定子绕组局部放电监测电机定子绕组局部放电监测传感器传感器l定子槽耦合器（定子槽耦合器（SSC）微粒监测微粒监测l当绝缘的温度超过运行中最大允许值（例如当绝缘的温度超过运行中最大允许值（例如160）时，绝缘）时，绝缘材料中的溶剂开始挥发。当温度升高达到分子量较大的合成树脂材料中的溶剂开始挥发。当温度升高达到分子量较大的合成树

45、脂的沸点时，产生分子量较大的烃类气体，如乙烯之类。的沸点时，产生分子量较大的烃类气体，如乙烯之类。l温度进一步升高超过温度进一步升高超过180时，树脂中化学成份开始分解。在冷时，树脂中化学成份开始分解。在冷却气体中，绝缘的高温区附近，形成了较重的烃类分解物的过饱却气体中，绝缘的高温区附近，形成了较重的烃类分解物的过饱和蒸气。它随冷却气体离开热区很快凝聚，产生凝聚核（直径约和蒸气。它随冷却气体离开热区很快凝聚，产生凝聚核（直径约0.01 m 0.1m）。凝聚核随凝聚的进展继续变大，直到形成）。凝聚核随凝聚的进展继续变大，直到形成稳定的雾状液滴。稳定的雾状液滴。l温度再升高到超过温度再升高到超过3

46、00 400后，树脂材料、木质、纸质、云后，树脂材料、木质、纸质、云母或玻璃纤维也都相继开始劣化和碳化，并同冷却气体（如空气母或玻璃纤维也都相继开始劣化和碳化，并同冷却气体（如空气）中的氧气或是同树指中复杂的烃类化合物分解产生的氧气相作）中的氧气或是同树指中复杂的烃类化合物分解产生的氧气相作用，生成用，生成CO、CO2 等气体。热解产生的各种气体和液滴，甚至等气体。热解产生的各种气体和液滴，甚至产生某些固体微粒，这些东西组合在一起形成从绝缘物质中释放产生某些固体微粒，这些东西组合在一起形成从绝缘物质中释放出来的烟雾。出来的烟雾。烟雾监测器烟雾监测器振动监测振动监测l监测振动的意义监测振动的意义

47、n轴承不同心或磨损轴承不同心或磨损电机转子偏心，运转中会引电机转子偏心，运转中会引起定子振动起定子振动n汽轮发电机转子长而直径相对小，有很大可能性汽轮发电机转子长而直径相对小，有很大可能性产生强迫扭振产生强迫扭振-大轴产生疲劳而毁坏。大轴产生疲劳而毁坏。l振动监测量振动监测量n振动的总均方值振动的总均方值n频谱分析频谱分析n外壳振动（定子力波）外壳振动（定子力波）n扭振扭振振动监测振动监测振动监测振动监测磁通密度监测磁通密度监测l磁通密度传感器：磁通密度传感器：强力胶水粘贴在发强力胶水粘贴在发电机气隙的定子铁电机气隙的定子铁芯表面芯表面磁通密度监测磁通密度监测气隙间距监测气隙间距监测l电容式传

48、感器电容式传感器l传感器为非接触型，使用时传感器为非接触型，使用时无损于机组的运行；采用强无损于机组的运行；采用强力胶粘贴在发电机气隙的定力胶粘贴在发电机气隙的定子槽壁上，安装时不需抽发子槽壁上，安装时不需抽发电机转子电机转子l结构简单，工作可靠，免维结构简单，工作可靠，免维护，寿命长；具有高度的护，寿命长；具有高度的“免疫力免疫力”，其准确度不受表，其准确度不受表面油、碳粉等污垢的影响。面油、碳粉等污垢的影响。l温度系数小，具有强的抗电温度系数小，具有强的抗电磁干扰能力。磁干扰能力。励磁碳刷火花监测励磁碳刷火花监测l励磁碳刷和滑环之间接触不良，或压力调励磁碳刷和滑环之间接触不良，或压力调整不

49、合适，会发生火花。火花的直接后果整不合适，会发生火花。火花的直接后果是加速碳刷和滑环之间的不良接触，使火是加速碳刷和滑环之间的不良接触，使火花越来越严重，甚至发生环火，导致励磁花越来越严重，甚至发生环火，导致励磁回路短路；严重威胁发电机的正常运行回路短路；严重威胁发电机的正常运行紫外光辐射强度监测法紫外光辐射强度监测法轴电压监测轴电压监测l当电机的设计、调整存在问题，或电机出现故当电机的设计、调整存在问题，或电机出现故障时，电机往往会出现较高的轴电压。轴电压障时，电机往往会出现较高的轴电压。轴电压升高到一定的数值，将会击穿轴承油膜，形成升高到一定的数值，将会击穿轴承油膜，形成轴电流。轴电流不但

50、破坏油膜的稳定，而且由轴电流。轴电流不但破坏油膜的稳定，而且由于放电，在轴颈和轴瓦表面产生很多蚀点，而于放电，在轴颈和轴瓦表面产生很多蚀点，而破坏了轴颈和轴瓦的良好配合，进一步加剧轴破坏了轴颈和轴瓦的良好配合，进一步加剧轴瓦的损坏瓦的损坏轴电压监测轴电压监测振动信号在电动机故障诊断中的应用振动信号在电动机故障诊断中的应用l电动机轴承故障电动机轴承故障n电蚀：在旋转过程中，轴承的套圈和滚动体的接触电蚀：在旋转过程中，轴承的套圈和滚动体的接触部分有电流流动时，电流通过稀薄的润滑油油膜产部分有电流流动时，电流通过稀薄的润滑油油膜产生电火花，从而导致接触表面因发生局部熔化而变生电火花，从而导致接触表面因发生局部熔化而变得凹凸不平。电蚀程度较大