电流互感器、耦合电容器、套管等容性设备在线监测设备原理

1. 电流互感器、耦合电容器、套管等容性设备在线监测设备原理电流互感器、耦合电容器、套管等容性设备在线监测设备原理

2. 主要内容 一、概述 二、设计选型的基本原理 三、运行情况分析 四、问题分析及解决方式 五、问题分析及解决方式 六、判据修订

3. 一、概述 电力系统中,高压容性设备是指某些绝缘结构可视为一组串联电容的设备，包括变压器套管、电流互感器（CT）、耦合电容器（OY）等，数量在变电站中占较大比重，它们的绝缘状态是否良好直接关系到整个变电站能否安全运行，因而对其绝缘状态进行监测具有重点的意义。 通过对容性设备泄漏电流、电容量、介损的监测可以发现尚处于早期发展阶段的缺陷。绝缘材料的介质损失角正切(tgδ)是反映高压电气设备绝缘性能的一项重要指标，通过测量tgδ可以发现电力设备绝缘系统的整体性缺陷或较大的集中性局部缺陷。

4. 二、设计选型的基本原理 测量介损对判断电气设备的绝缘状况是一种传统的、十分有效的方法。绝缘能力的下降直接反映为介损增大，进一步就可以分析绝缘下降的原因，如绝缘受潮、绝缘油受污染、老化变质等。测量介损的同时，也能同时计算得到设备的电容量，如果多个电容屏中的一个或几个发生短路、断路，电容量就会有明显的变化，因此电容量对于判断设备的绝缘也是一个重要的参数。

5. 设计选型的基本原理 • 容性设备的介损测量等效电路及相量图： • 其中C为等效电容，δ 为介质损耗角，θ 为电压U 与电流I的相位差。介质损耗角为δ=（π/ 2）-θ • 过零比较法比较施加于介质上的电压和电流过零时刻t1、t2，求得二者过零时刻的相位差θ=2π(t1-t2) /T(T为U和I的信号周期)，从而求得介质损耗角。

6. 设计选型的基本原理 • （1）介损的测量 要实现电容型设备介质损耗参数的在线监测，关键技术是如何准确获得并求取两个工频基波电流信号的相位差。 测量原理如下图： 电容型设备的介损测量 通常需要选用母线电压Un作为 相位测量的基准。中央监控器 SC只需通过现场通讯总线读取 LC1、LC2对应的相位测量结果， 即可计算出电容型设备末屏电流 信号Ix相对于母线电压Un的相位 差Ph，从而获得其介质损耗Tanδ 和电容量Cx等绝缘参数。

7. 设计选型的基本原理 （2）泄漏电流 在容性设备末屏底部与地之间串接一个泄漏电流监测装置，对它实行连续在线监测。 （3）电容量 • 电容量采用公式 C=Ix/(Uω)求得 公式中 Ix-------------设备的泄漏电流 U--------------电力系统电压 ω-------------电力系统角频率 Ix、U的获得比较简单，测量误差主要由电压、电流传感器、变电站PT比差引起，电压、电流的比差皆≤0.1%，PT的比差≤0.2%，整个误差ε≤0.4%。因此，电容量的测试结果准确度高，分散性小。

8. 运行情况分析 （2）不同测量方法得到的数据比对分析 对部分电业局（泉州局、厦门局）容性设备进 行在线监测、带电测试、停电对比试验，分析如下： 电容量 在线监测数据与容性带电测试数据进行比对，在线监 测的容性设备的电容量与带电测试及停预防性试验的 相对误差平均都在±3%以内，绝对值误差在±30pF以 内。初步结论当前在线监测的电容量数据是可以使用 的，且可以完全等效于带电测试和停电预防性试验。

9. 运行情况分析 • ②介质损耗 • 容性设备的带电监测的介质损耗也受诸多因素影响，其分散性较大，个别设备变化在±1%之间。 • 在线监测的介质损耗分散性较小，变化趋势相对比较稳定。数值与停电预防性试验数据相比，其测量偏差平均在±0.5%以内，但仍偏大，测试数据的准确性还有待提高，可作为设备状态的参考值加以使用。

10. 运行情况分析 • （3）介损数据纵向比较分析 同时对容性设备的纵向比进行分析，统计全省110kV、220kV的CT、OY、套管共1624个容性设备样本的4872个数据进行统计分析，分析其数据分布情况和与当前软件初值进行比较分析，初步得出的结论为：容性设备中90%的220kV CT设备介损值与当前软件初值差在±0.4%以内（见图7），可以满足设备稳定性要求。 图7 220kVCT的介损的在线数据统计偏差分布图

11. 运行情况分析 图8 110kVCT的介损的在线数据统计偏差分布图

12. 四．问题分析及解决方式 1 、关于介损负值的分析 （1）在线监测系统采用母线PT二次测量端子抽取电压作为标准 比较信号，基准电压信号在长距离的传送过程中易受电磁场干扰的影 响 ，会引起相应的角差变化，从而引起介质损耗角的测量偏差，有 可能导致介损测量结果失真，甚至出现负值。 （2）过零比较器的失调电压 若过零比较器的失调电压较高，则比较器的翻转时刻与实际过零 时刻将有差别，并且这种差别与信号的大小密切相关。输入信号较小 时误差较大，输入信号较大时误差较小。为消除这种误差，必须尽可 能减小比较器的失调电压，同时还应对输入信号作适当的放大。 （3）过零点的偏移 该系统通过捕捉基波过零点实现相位和时间的转换。但在实际 的tan δ测量中常会由于零点漂移和波形畸变而导致信号过零点的偏 移；当系统接地不当时会发生信号零点漂移以致出现交流信号正半周 和负半周不相等的情况。如果两路信号的零点偏移程度不同，就会产生极大的测量误差。

13. 问题分析及解决方式 2、 关于环境因素影响数据的分析 基于容性设备由于电磁干扰影响导致数据波动以 及被测设备的泄漏电流受周围环境（温湿度）的影 响，可以利用在线监测数据的连续性这一特点充分 挖掘测试数据所蕴含的信息，进行趋势分析。 考虑到容性设备的绝缘缺陷导致介损的增长属 于不可逆的，因此若24小时内数据能有回落，则代 表容性设备绝缘无缺陷；若在24小时后不回落。则 要对该容性设备的数据进行分析，采用EMD经验模 态分解曲线来表示其变化趋势。

14. 问题分析及解决方式 • 4、监测数据与停电试验数据等效性 由于在线监测测试原理、方法与停电试 验存在差异，在线监测介损量误差偏大，与 停电试验判据不能直接等效，尚需通过大量 实例研究新的评判分析体系。

15. 判据修订 • 2、在线监测系统参数通用数据范围