容性设备带电检测方法研究

第３７卷第１期　２０１５年２月　黑龙江电力　ＶｏＬ　３７　Ｎｏ．１　Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｆｅｂ．２０１５　容性设备带电检测方法研究　李忠军，岳聪　（黑龙江省电力有限公司，黑龙江哈尔滨１５００３０）　摘要：针对变电站电容性设备经常发生的故障，提出了状态巡检策略，即利用相对测量法、有源零磁通设计技术等对设备进　行巡检式在线综合检测及诊断，以及时发现设备存在的潜在隐患，保证设备安全运行。通过案例分析和计算介损值，证明了　该状态巡检策略的正确性和有效性。　关键词：容性设备；状态检修；带电检测；相对测量法　中图分类号：ＴＭ８５５　文献标志码：Ａ　文章编号：２０９５—６８４３（２０１５）０１—００５４—０３　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｔｅｓｔｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ＬＩ　Ｚｈｏｎｇｊｕｎ，ＹＵＥ　Ｃｏｎｇ　（Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｈａｒｂｉｎ　１５００３０，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ￣ｅｑｕｅｎｔ　ｆａｕｌｔ　ｔａｋｉｎｇ　ｐｌａｃｅ　ｉｎ　ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　ｂａｓｅｄ　ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ　ｓｔｒａｔ—　ｅｇｙ　ｉｓ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ，ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｒｅｌａｔｉｖｅ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，ａｃｔｉｖｅ　ｚｅｒｏ　ｆｌｕｘ　ｄｅｓｉｇｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｆｏｒ　ｉｎ—　ｓｐｅｃｔｉｏｎ　ｏｎ—ｌｉｎｅ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｄｉａｇｎｏｓｉｓ．Ｉｔ　ｉｓ　ａ　ｓｔｒａｔｅｇｙ，ｗｈｉｃｈ　ｔｉｍｅｌｙ　ｆｉｎｄｓ　ｔｈｅ　ｐｏｔｅｎｔｉａｌ　ｄａｎｇｅｒ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｅｑｕｉｐ—　ｍｅｎｔ，ｅｎｓｕｒｅｓ　ｔｈｅ　ｓａｆｅ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ　ｃａｓｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｌｏｓｓ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｃｏｒｒｅｃｔｎｅｓｓ　ａｎｄ　ｅｆｆｅｃ－　ｔｉｖｅｎｅｓｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　ｂａｓｅｄ　ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ　ｓｔｒａｔｅｇｙ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ；ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　ｂａｓｅｄ　ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ；ｏｎ—ｌｉｎｅ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ；ｒｅｌａｔｉｖｅ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｍｅｔｈｏｄ　带电检测是在电网设备实际运行时进行的状　态检测，能反映设备实际健康状态，具有实时、准确　性强和检测机动灵活的特点。变电站４０％～５０％　会出现沿面放电；４）金属异物放电，制造或维修时　残留的导电遗物所引起的的故障。　在上述的几种缺陷类型中，绝缘受潮缺陷约占　电容型设备缺陷的８５％，一旦绝缘受潮往往会引起　绝缘介质损耗增加，导致击穿。　电气设备为容性设备，因此进行变电站中运行的容　性设备的带电检测，对及时发现设备安全隐患、保　证电网安全稳定运行具有重要意义¨　。　２测量介质损耗因数和电容量　电介质在电压作用下，由于电导和极化将发生　１　电容型设备的典型故障类型　电容型设备通常是指采用电容屏绝缘结构的　能量损耗，统称为介质损耗。　通过对电容型绝缘设备的介电特性进行监测，可　以发现处于早期阶段的绝缘缺陷。ｔａｎ　６是设备绝缘　的局部缺陷中，由介质损耗引起的有功电流分量和设　备总电容电流之比，称为介质损耗因数。它对发现设　设备，例如：电容型电流互感器、电容式电压互感　器、耦合电容器、电容型套管等，其数量约占变电站　电气设备的４０％一５０％。这些设备均是通过电容　分布强制均压的，其绝缘利用系数较高。由于电容　型设备结构上的相似性，实际运行时可能发生的故　障类型也有很多共同点：１）绝缘缺陷（严重时可能　爆炸），包括设计不周全，局部放电过早发生；２）绝　缘受潮，包括顶部等密封不严或开裂，受潮后绝缘　性能下降；３）外绝缘放电，爬距不够或脏污情况下　收稿日期：２０１４—０９—２８。　作者简介：李忠军（１９８Ｏ一），男，工程师，主要从事高电压试验工作。　备绝缘的整体劣化较为灵敏，而对局部缺陷则不易发　现。测量绝缘的电容Ｃ，除了能给出有关引起极化过　程改变的介质结构信息（如均匀受潮或者严重缺油）　外，还能发现严重的局部缺陷（如绝缘击穿），但灵敏　程度和绝缘损坏部分与完好部分体积之比有关。　３相对测量法及优势　按照参考相位获取方式不同，电容型设备介质　第１期　李忠军，等：容性设备带电检测方法研究　・５５・　损耗因数和电容量比值的带电检测，可以分为绝对　测量法和相对测量法。　３．１绝对测量法　电容型设备介损参数的测量精度。为保证信号取　样的安全性，通常应采用穿芯结构的零磁通电流传　感器。零磁通电流传感器的工作原理可用下式　表示：　绝对测量法是指通过串接在被试设备Ｃ　末屏　接地线上，以及安装在该母线ＰＴ二次端子上的信　号取样单元，分别获取被试设备Ｃ　的末屏接地电　流信号Ｉｘ和　二次电压信号。电压信号经过高　精度电阻转化为电流信号，ｎ，两路电流信号经过滤　波、放大、采样等数字处理，利用谐波分析法分别提　，ｌ　ｌ＋，２　＝ＩｏＷ１　其中激磁磁势，ｎ　的存在是造成传感器误差　的主要原因。降低铁芯激磁磁势的传统方法是采　用截面较大、磁路较短的高导磁铁芯，并适当增加　二次线圈的匝数。由于电容型设备末屏电流通常　取其基波分量，并计算出其相位差和幅度比，从而　获得被试设备的绝对介质损耗因数和电容量。　利用ＩｒＩ＇（ＣＶＴ）的二次侧电压（即假定其与设备　运行电压Ｕ　的相位完全相同）作为参考信号的绝　对值测量法，仅需准确获得设备运行电压　和末　屏接地电流，　的基波信号幅值及其相位夹角　，即　可求得介质损耗ｔａｎ　和电容量Ｃ，即　ｔａｎ　６＝ｔａｎ（９０。一　）　Ｃ　＝，ＣＯＳ　６／ｔｏＵ　绝对值测量法尽管能够得到被测电容型设备　的介质损耗和电容量，但现场应用易受ＰＴ（ＣＶＴ）自　身角差误差、外部电磁场干扰及环境温湿度变化的　影响。　３．２相对测量法　相对测量法是指选择一台与被试设备　串联　的其他电容型设备作为参考设备ｃ　，通过串接在其　设备末屏接地线上的信号取样单元，分别测量参考　电流信号，　和被测电流信号　。两路电流信号经　滤波、放大、采样等数字处理，利用谐波分析法分别　提取其基波分量，计算出相位差和幅度比，获得被　试设备和参考设备的相对介损差值和电容量比值。　考虑到两台设备不能同时发生相同的绝缘缺陷，因　此通过它们的变化趋势，可判断设备的劣化情况。　利用另一只电容型设备末屏接地电流作为参　考信号的相对值，仅需准确获得参考电流　和被测　电流　的基波信号幅值及其相位夹角Ｏ／，即可求得　相对介损差值Ａｔａｎ　６和电容量Ｃ　／Ｃ　的值，即　Ａｔａｎ　８＝ｔａｎ　６２一ｔａｎ　８ｌ　ｔａｎ（８２—６１）＝ｔａｎ　Ｏｔ　Ｃ　／Ｃｎ＝ｌ　／ｌｎ　相对介质损耗因数是指在同相相同电压作用　下，两个电容型设备电流基波矢量角度差的正切值　（即Ａｔａｎ　。相对电容量比值是指在同相相同电　压作用下，两个电容型设备电流基波的幅值比（即　Ｃ　／Ｃ　）。　４技术关键点　电流传感器是检测系统的关键部件，直接影响　为毫安级信号，传感器的激磁阻抗很小，而且又必　须采用穿芯取样方式，故传统的无源传感器通常无　法保证相位变换误差的精确度和稳定性，难以满足　介损参数的测量要求。因此采用有源零磁通设计　技术是提高小电流传感器检测精度的唯一途径。　５　应用实例　５．１案例概述　２０１３年８月４　１３，某２２０　ｋＶ变电站电流互感　器开展介损电容量带电检测，发现２１２单元Ｕ相电　流互感器介损值远远高于同单元Ｖ、ｗ两相，但电　容量未发现异常；油色谱数据显示总烃含量严重超　标，并有乙炔出现；解体后发现电容屏上出现ｘ蜡。　５．２带电检测数据分析　２１２单元ｕ、Ｖ、ｗ三相电流互感器介损电容量　历年带电检测数据如表１所示。　被测２１２单元及基准２１３单元历史停电数据如　表２所示。　表１　２１２单元带电检测数据　Ｔａｂ．１　２１２　ｕｎｉｔ　ｃｈａｒｇｅｄ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｄａｔａ　介损／电容　试验时间　单兀　Ｕ相　Ｖ相　Ｗ相　２０１３—０８—０４　２１３　０．０２５６／１．００６９　０．ｏｏ３／０．９９２３一Ｏ．Ｏｏｏ２／０．９９４３　２０１２—０７—２１　２１３　０．００１／０．９９８９　０．００１／０．９９４５　０．Ｏｏｏ５／０．９９７５　２１３　２０１２一ｌ０—１１　０．００２　６５／７８９．５　０．０ｏ２　８９／７９３．６　０．００２　６２／７８５．６　２１２　２０１２—１０—２１　０．０ｏ２　８５／７９６　０．０ｏ２　７５／７８８．５　０．Ｏ０２　７８／７８２．３　１）纵向分析。２１２单元Ａ相２０１３年带电测试　介损值较２０１２年增长为０．０２５６—０．００１＝０．０２４６。　变化量＞０．００５，达到缺陷标准。电容量变化为　（１．００６９—０．９９８９）／０．９９８９＝０．０１％，电容量未见　异常。　・５６・　黑龙江电力　第３７卷　２）横向分析。Ｖ、Ｗ相两年的带电测试数据较　稳定，但Ｕ相介损值有较明显的增长，与Ｖ、ｗ相变　化趋势明显不同。　３）对相对值进行换算。参考基准单元停电例　行试验结果，将带电测试结果换算到绝对量，其中　介损为０．０２５　６＋０．００２　６５＝０．０２８　２５，与历史数据　比较有明显增长，并远远超过了状态检修规程给出　的标准注意值０．００７；电容量１．００６　９×７８９．５　ｐＦ＝　７９４．９　ｐＦ，与历史数据（７９６　ｐＦ）相比，变化不大。　综合以上分析，初步判断２１２　Ｕ相介损值明显　超标，设备内部存在缺陷。　５．３综合分析　５．３．１油色谱试验　对２１２Ａ相进行油色谱分析，发现总烃含量明　显超标，并有乙炔出现，试验数据如表３所示。　表３　２１２　Ｕ相油色谱数据　Ｌ／Ｌ　Ｔａｂ．３　２１２　Ｕ　ｐｈａｓｅ　ｏｉｌ　ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｉｃ　ｄａｔａ　检测项目　数值　注：测试时Ｉ司为２０１３—０８—０４　三比值编码为１１０，初步判断为内部存在低能　量放电性故障。　５．３．２停电介损试验　２１２单元Ｕ相电流互感器更换后，１０　ｋＶ电压　下介损电容量试验数据为０．０２１　６５／７９３．６　ｐＦ（试验　时间为２０１３—０８—０５）。２１２单元ｕ相电流互感器　停电后介损值为０．０２１　６５，超过状态检修规程给出　的０．００７的标准注意值，并与带电检测换算结果　０．０２８　２５接近。　５．３．３局部放电测试　对２１２单元ｕ相电流互感器进行局部放电试　验，预加压１．２　即３０２．４　ｋＶ，测量电压１．２Ｕｍ／％／３－　即１７５　ｋＶ下局部放电量为５７８　ｐＦ（标准为不大于　２０　ｐＦ），局部放电量严重超标。局部放电起始电压　为６２　ｋＶ，熄灭电压为５Ｏ　ｋＶ，均低于设备正常运行　电压。　综合分析油色谱试验及更换后电气试验数据，　进一步确定了２１２　Ｕ相设备内部存在绝缘缺陷。　５．４解体检查情况　吊出２１２单元Ｕ相电流互感器器身后，外观检　查未发现异常。对一次绕组进行解体检查，结果发　现从４号电容屏开始出现ｘ蜡，部分绝缘纸已经硬　吼　∞　“　ｕ－　　化，当解体到２号电容屏后，出现褶皱的绝缘纸，且　越来越明显。　６　结　论　１）容性设备带电检测方法灵活、有效，资金投　入比在线监测明显偏少，对于检测设备运行状态是　１　５　ｌ　２　９　４　１　ｌ　８　５　１　５　６　３　６１　）　一种有效的手段。＆ｎ　　Ｌ　２）介质损耗数字化测量的硬件实现方法是过　ｍ　叭　嬲　零检测法和过零电压比较法，简单、可行。过零点　检测法通过检测电流、电压信号过零点的时间差计　算介损损耗角；过零电压比较法将电流、电压信号　转换为同幅电压信号后，根据两信号在过零点电压　差值、电压幅值来计算相位差。　参考文献：　［１］薛军，陈建鹏，任灵，等．电容式高压套管绝缘状态诊断［Ｊ］．　电气时代，２０１３，４（４）：７８—７９．　ＸＵＥ　Ｊｕｎ，ＣＨＥＮ　Ｊｉａｎｐｅｎｇ，ＲＥＮ　Ｌｉｎｇ，ｅｔ　ａ１．Ｄｉａｇｎｏｓｉｓ　ｏｆｉｎｓｕｌａ－　ｔｉｏｎ　ｏｆ　ｈｉｇｈ　ｖｏｌｔａｇｅ　ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ　ｂｕｓｈｉｎｇ［Ｊ］．Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｔｉｍｅｓ，　２０１３，４（４）：７８—７９．　［２］王晶，高峰．电力设备状态检修技术研究综述［Ｊ］．电网技术，　２０００，２４（８）：４８—５２．　ＷＡＮＧ　Ｊｉｎｇ，ＧＡＯ　Ｆｅｎｇ．Ｒｅｖｉｅｗ　ｏｎ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　ｂａｓｅｄ　ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ　ｆｏｒ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｐｏｗｅｒ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ［Ｊ］．Ｐｏｗｅｒ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，　２０００，２４（８）：４８—５２．　［３］王楠，陈志业，律方成．电容型设备绝缘在线监测与诊断技术　综述［Ｊ］．电网技术，２００３，２７（８）：７２—７６．　ＷＡＮＧ　Ｎａｎ，ＣＨＥＮ　Ｚｈｉｙｅ，ＬＹＵ　Ｆａｎｇｃｈｅｎｇ．Ａ　ｓｕｒｖｅｙ　ｏｆ　ｏｎｌｉｎｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ａｎｄ　ｄｉａｇｎｏｓｉｓ　ｆｏｒ　ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ［Ｊ］．Ｐｏｗｅｒ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００３，２７（８）：７２－７６．　［４］李国庆，庄重，王振浩．电容型电气设备介质损耗角的在线监　测［Ｊ］．电网技术，２００７，３１（７）：５５—５８．　ＬＩ　Ｇｕｏｑｉｎｇ，ＺＨＵＡＮＧ　Ｚｈｏｎｇ，ＷＡＮＧ　Ｚｈｅｎｈａｏ．Ｏｎｌｉｎｅ　ｍｏｎｉｔｏ－　ｒｉｎｇ　ｏｆ　ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｌｏｓｓ　ｏｆ　ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ　ａｐｐａｒａｔｕｓ［Ｊ］．Ｐｏｗｅｒ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００７，３１（７）：５５—５８．　［５］耿江，海王平，解少朝．电容型设备状态监测原理及电流取样　单元选型研究［Ｊ］．电气时代，２０１３，３７（１１）：７２－７４．　ＧＥＮＧ　Ｊｉａｎｇ，ＨＡＩ　Ｗａｎｇｐｉｎｇ，ＸＩＥ　Ｓｈａｏｃｈａｏ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｍｏｎｉ—　ｔｏｔｉｎｇ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ　ａｐｐａｒａｔｕｓ　ａｎｄ　ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｓｅｎｓｉｎｇ　ｕｎｉｔ［Ｊ］．Ｅｌｃｅｔｒｉｃａｌ　Ｔｉｍｅｓ，２０１３，３７（１１）：７２—７４．　［６］黄建华，金园，何青．电容型设备绝缘在线监测系统及其选用　原则［Ｊ］．高电压技术，２００１，２７（５）：１３—１６．　ＨＵＡＮＧ　Ｊｉａｎｈｕａ，ＪＩＮ　Ｙｕａｎ，ＨＥ　Ｑｉｎｇ．Ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ｏｎｌｉｎｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ　ｅｑｕｉｐ—　ｍｅｎｔ［Ｊ］．Ｈｉｇｈ　Ｖｏｌｔａｇｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００１，２７（５）：１３—１６．　（责任编辑郭金光）