论文部分内容阅读
【摘 要】电容性设备占电站设备台数的40～50%.它们在变电站中具有极其重要的地位，在电力系统中容性设备绝缘状态的好坏直接关系到整个变电站能否安全运行。本文提出了在线监测的2种测量方式：（1）绝对测量法，（2）比较法测量。并探讨了电容性设备在线监测的实现方式。最后进行了总结展望。
【关键词】电容性设备；在线监测；介质损耗；比较法测量
1.电容性设备在线检测意义
在变电站中，高压电容型電气设备是指其绝缘结构可看成一组申电容的设备.包括高压电容式套管、电容式电流互感器（CT）、电容式电压互感器（CVT）及耦台电容器等，其数量约占电站设备台数的40～50%.它们在变电站中具有极其重要的地位，在电力系统中容性设备绝缘状态的好坏直接关系到整个变电站能否安全运行。因此，对其状态的监测就具有极大的意义。
与常规的绝缘预防性试验相比，在运行条件下设备本身绝缘特性和“冷态”有一定的差别。所以，带电测试更能反映设备绝缘的真实状况。此外，高压电气设备绝缘带电试验与常规停电试验相比也具有较大的优越性：无需停电，测试灵活、方便；基于设备的运行状态，诊断绝缘缺陷的灵敏度高；试验周期可以依据设备绝缘状况灵活安排，便于及时发现设备的绝缘隐患，了解绝缘缺陷的变化趋势等；并且常规停电预试会使电力部门的正常运转受到影响，造成很大的经济损失及人力、物力上不必要的浪费。因此，电力设备绝缘带电试验技术的开发和应用，近年来逐渐得到重视。而随着绝缘带电测试技术的逐步发展和完善，部分设备已经具备以带电测试取代传统停电预防性试验的可能性，在新近出版的中国南方电网有限责任公司企业标准《电力设备预防性试验规程》中，也特别强调了带电测试的重要性，并就带电测试代替停电预防性试验作出了具体规定。电容型设备绝缘带电（在线）检测技术的开发和应用，对提高电力设备的运行维护水平，及时发现隐患，减少设备事故起了积极的作用。
2.电容性设备在线检测方法
由于电容型设备是通过电容分布强制均压的，其绝缘利用系数较高，一旦绝缘受潮往往会引起绝缘介质损耗增加，导致击穿。因此，对电容型设备进行带电测试，对提高设备的运行维护水平、及时发现事故隐患、减少停电次数都能起到积极的作用。电容型设备介质损耗和电容量的变化对反映设备整体受潮、绝缘劣化等缺陷比较灵敏，绝缘受潮缺陷占电容型设备缺陷的85.4%，介质损耗和电容量测量一直是预防性试验的主要项目，也是带电（在线）检测技术开展最早的项目。
为了获得稳定的测量结果，对被试设备可有2种测量方式：
（1）绝对测量法。取母线PT二次电压为参考电压，用CT取试品电流信号，对采样电压、电流进行运算得到试品的电容量和介质损耗因数。
（2）比较法测量。即选择同一电压等级中电容量比较大的设备，如OY、CVT等（最好是新设备）作为基准，所有其它被测设备的电流相位与基准设备的电流相位相比较，获取相对的介质损耗差值、电容量比值。基准设备选用电容量较大的设备原因在于这种设备的电流相位相对比较稳定，除受电压相位变化的影响以外，受其它因素如阻性电流的变化等因素影响比较小。这样，由于外部环境（如温度等）、运行情况（如负载容量等）变化而导致的测量结果波动会同时作用在标准设备和被试设备上，它们之问的相对测量值保持稳定，更容易反映设备绝缘的真实状况；同时，由于不需要采用二次侧电压作为参考信号，也不会由于PT角差的变化而对测量结果产生影响。
3.电容性设备在线监测关键点
电容性设备在线监测的关键为电压、电流的采集及数字信号处理。其系统原理结构图如图1。
3.1 电压采集
3.2电流采集
采用钳形电流表方式取样，为了在电力系统强噪声干扰环境下准确获取被测信号，用于tanδ等绝缘参数在线检测的电流传感器应：
（1）满足弱电流信号（mA级或几百μA级）的要求，灵敏度高，使输出量能够灵敏地反映输入量的微小变化，同时二次输出信号应尽可能高；
（2）在测量范围内线性度好，输出波形不畸变，被测信号与输出信号之间的角差变化小；
（3）工作稳定性好。当外界条件变化时，输出量应保持不变或在允许范围内变化；
（4）抗干扰能力强，电磁兼容性能好。
3.3数字信号处理
对数字信号的处理，采用如下图的原理。
采用快速Fourier（FFT）算法对数字信号进行分析处理，以滤除被测信号中的谐波分量从而计算出基波分量的幅值和相角差。根据数字信号处理理论，当窗长即采样周期等于信号周期或其整数倍时，经过FFT频谱分析得到的结果和信号的实际频谱相同、不产生畸变；当窗长不满足整周期截断条件时，在进行FFT谐波分析时将出现“频谱泄漏”现象。频谱泄漏对频域函数的实部与虚部的影响程度相同，既影响幅值也影响相位。当电网频率在49～51Hz变化时，泄漏误差对在线绝缘监测tanδ结果的影响可略。另一方面，为了得到更高的精度，我们也可以采取频率补偿的措施，即对信号FFT之前，先测得电网实际运行频率，然后根据实际频率设定采样周期，使之满足整周期截断条件，得到不畸变基波信号。
4.前景展望
（1）电容性设备在线监测能对高压电容式套管、电容式电流互感器（CT）、电容式电压互感器（CVT）及耦台电容器及避雷器等超过电站设备总台数50%的设备进行带电测量，应用前景极其广阔。
（2）使用相对测试模式，能够测量同相电容型设备之间的tand差值和电容量比值，并根据其tand 差值和电容量比值的变化量判断设备的绝缘状态。如果能够测量变电站任意同相电容型设备的tand、电容量相对值，那么就能实现任意设备的相对比较，获得每一设备绝缘的足够信息，便于做出正确的诊断。电容性设备的比较法测量已在南方电网公司进行推广。
（3）此外，将整个测试系统的后级处理与变电站设备绝缘诊断专家系统联系起来也是电容型设备绝缘在线检测的一个发展方向。将在线捡测结果作为专家系统进行综台诊断的一个判据，同时可借助专家系统的作用完善电容型设备绝缘在线检删的判断依据。
【关键词】电容性设备；在线监测；介质损耗；比较法测量
1.电容性设备在线检测意义
在变电站中，高压电容型電气设备是指其绝缘结构可看成一组申电容的设备.包括高压电容式套管、电容式电流互感器（CT）、电容式电压互感器（CVT）及耦台电容器等，其数量约占电站设备台数的40～50%.它们在变电站中具有极其重要的地位，在电力系统中容性设备绝缘状态的好坏直接关系到整个变电站能否安全运行。因此，对其状态的监测就具有极大的意义。
与常规的绝缘预防性试验相比，在运行条件下设备本身绝缘特性和“冷态”有一定的差别。所以，带电测试更能反映设备绝缘的真实状况。此外，高压电气设备绝缘带电试验与常规停电试验相比也具有较大的优越性：无需停电，测试灵活、方便；基于设备的运行状态，诊断绝缘缺陷的灵敏度高；试验周期可以依据设备绝缘状况灵活安排，便于及时发现设备的绝缘隐患，了解绝缘缺陷的变化趋势等；并且常规停电预试会使电力部门的正常运转受到影响，造成很大的经济损失及人力、物力上不必要的浪费。因此，电力设备绝缘带电试验技术的开发和应用，近年来逐渐得到重视。而随着绝缘带电测试技术的逐步发展和完善，部分设备已经具备以带电测试取代传统停电预防性试验的可能性，在新近出版的中国南方电网有限责任公司企业标准《电力设备预防性试验规程》中，也特别强调了带电测试的重要性，并就带电测试代替停电预防性试验作出了具体规定。电容型设备绝缘带电（在线）检测技术的开发和应用，对提高电力设备的运行维护水平，及时发现隐患，减少设备事故起了积极的作用。
2.电容性设备在线检测方法
由于电容型设备是通过电容分布强制均压的，其绝缘利用系数较高，一旦绝缘受潮往往会引起绝缘介质损耗增加，导致击穿。因此，对电容型设备进行带电测试，对提高设备的运行维护水平、及时发现事故隐患、减少停电次数都能起到积极的作用。电容型设备介质损耗和电容量的变化对反映设备整体受潮、绝缘劣化等缺陷比较灵敏，绝缘受潮缺陷占电容型设备缺陷的85.4%，介质损耗和电容量测量一直是预防性试验的主要项目，也是带电（在线）检测技术开展最早的项目。
为了获得稳定的测量结果，对被试设备可有2种测量方式：
（1）绝对测量法。取母线PT二次电压为参考电压，用CT取试品电流信号，对采样电压、电流进行运算得到试品的电容量和介质损耗因数。
（2）比较法测量。即选择同一电压等级中电容量比较大的设备，如OY、CVT等（最好是新设备）作为基准，所有其它被测设备的电流相位与基准设备的电流相位相比较，获取相对的介质损耗差值、电容量比值。基准设备选用电容量较大的设备原因在于这种设备的电流相位相对比较稳定，除受电压相位变化的影响以外，受其它因素如阻性电流的变化等因素影响比较小。这样，由于外部环境（如温度等）、运行情况（如负载容量等）变化而导致的测量结果波动会同时作用在标准设备和被试设备上，它们之问的相对测量值保持稳定，更容易反映设备绝缘的真实状况；同时，由于不需要采用二次侧电压作为参考信号，也不会由于PT角差的变化而对测量结果产生影响。
3.电容性设备在线监测关键点
电容性设备在线监测的关键为电压、电流的采集及数字信号处理。其系统原理结构图如图1。
3.1 电压采集
3.2电流采集
采用钳形电流表方式取样，为了在电力系统强噪声干扰环境下准确获取被测信号，用于tanδ等绝缘参数在线检测的电流传感器应：
（1）满足弱电流信号（mA级或几百μA级）的要求，灵敏度高，使输出量能够灵敏地反映输入量的微小变化，同时二次输出信号应尽可能高；
（2）在测量范围内线性度好，输出波形不畸变，被测信号与输出信号之间的角差变化小；
（3）工作稳定性好。当外界条件变化时，输出量应保持不变或在允许范围内变化；
（4）抗干扰能力强，电磁兼容性能好。
3.3数字信号处理
对数字信号的处理，采用如下图的原理。
采用快速Fourier（FFT）算法对数字信号进行分析处理，以滤除被测信号中的谐波分量从而计算出基波分量的幅值和相角差。根据数字信号处理理论，当窗长即采样周期等于信号周期或其整数倍时，经过FFT频谱分析得到的结果和信号的实际频谱相同、不产生畸变；当窗长不满足整周期截断条件时，在进行FFT谐波分析时将出现“频谱泄漏”现象。频谱泄漏对频域函数的实部与虚部的影响程度相同，既影响幅值也影响相位。当电网频率在49～51Hz变化时，泄漏误差对在线绝缘监测tanδ结果的影响可略。另一方面，为了得到更高的精度，我们也可以采取频率补偿的措施，即对信号FFT之前，先测得电网实际运行频率，然后根据实际频率设定采样周期，使之满足整周期截断条件，得到不畸变基波信号。
4.前景展望
（1）电容性设备在线监测能对高压电容式套管、电容式电流互感器（CT）、电容式电压互感器（CVT）及耦台电容器及避雷器等超过电站设备总台数50%的设备进行带电测量，应用前景极其广阔。
（2）使用相对测试模式，能够测量同相电容型设备之间的tand差值和电容量比值，并根据其tand 差值和电容量比值的变化量判断设备的绝缘状态。如果能够测量变电站任意同相电容型设备的tand、电容量相对值，那么就能实现任意设备的相对比较，获得每一设备绝缘的足够信息，便于做出正确的诊断。电容性设备的比较法测量已在南方电网公司进行推广。
（3）此外，将整个测试系统的后级处理与变电站设备绝缘诊断专家系统联系起来也是电容型设备绝缘在线检测的一个发展方向。将在线捡测结果作为专家系统进行综台诊断的一个判据，同时可借助专家系统的作用完善电容型设备绝缘在线检删的判断依据。