1、第三章 电容型设备在线监测与诊断,On-line monitoring and fault diagnosis for capacitive equipment,1,本章内容,概述 测量三相不平衡电流Ik 介质损耗角正切的监测 介质损耗角正切的异频检测 电力电容器的在线监测与故障诊断,2,3.1 概述,3,通常绝缘介质的平均击穿场强随其厚度的增加而下降。在较厚的绝缘内设置均压电极，将其分隔为若干份较薄的绝缘，可提高绝缘整体的耐电强度。由于结构上的这一共同点，电力电容器、耦合电容器、电容型套管、电容型电流互感器以及电容型电压互感器等，统称为电容型设备。,750kV 电容式电压互感器,5,支撑 绝
2、缘,均压环,中心导体,悬浮电位屏蔽,接地屏蔽,法兰,瓷套,750kV断路器充SF6引线套管结构图,6,电力电容器 电容式套管 高压电流互感器（CT） 高压电压互感器（PT） 电容式电压互感器（CVT）,数量约占变电站设备总台数的40%50%。电容型设备在变电站中具有重要地位，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，因而对其绝缘状况进行监测具有重大意义。,变电站中的主要电容性设备,7,结构单元,电容器剖面图,铝箔,绝缘薄膜,电力电容器结构,8,CVT：电磁单元变压器二次失压；电容分压嚣电容量变化；电磁单元受潮等 电磁式电压互感器：铁磁谐振故障 电容型CT：一次导电回路过热故障、受
3、潮故障及电容芯子内局部放电故障 SF6气体绝缘CT：电容屏缺陷、蔽罩缺陷、撑件缺陷、异物,电容型设备故障统计,9,耦合电容器：电容芯子受潮、密封不良、结构设计不合理、夹板在制造和加工时有缺陷、现用的电容器油所含芳香烃成价偏少、元件开焊、设备引线有放电现象等 并联电容器：渗漏油、电容器外壳膨胀、电容器温升过高、电容器瓷瓶表面闪络放电、声音异常、电容器爆破等 集合式电容器：电容器制造质量不良、电容器绝缘老化、不平衡电压保护动作,10,绝缘介质的能量损耗,绝缘介质在外部场强的作用下存在能量损耗： 电导引起的损耗 介质极化引起的损耗,电介质的能量损耗简称介质损耗，它是影响绝缘劣化和热击穿的一个重要因素
4、。,11,在直流电场作用下，由于介质没有周期性的极化过程，介质中的损耗仅由电导引起。在交流电压下，除电导损耗外，还存在由于周期性的极化而引起的能量损耗，因此需要引入新的物理量加以描述。,电介质的损耗,回路电流 I=Ir+IC（由于介质有能量损耗，所以电流不是纯电容电流） 电流Ir和IC之间的关系为： Ir= ICtg = UC tg,介质损耗 P= UIR = U2 C tg,单元体积的介质损耗 p= P/sd= 0 r E2 tg,I=Ir+IC,U,U,IC,Ir,I,电流相量图,绝缘介质工作图,13,引入tan的原因,使用介质损耗P表示绝缘介质的品质好坏是不方便的，因为P值与试验电压、介
5、质尺寸等因素有关，不同设备间难以进行比较。所以改用介质损耗角正切 tg 来判断介质的品质。tg与类似，是仅取决于材料的特性与材料尺寸无关的物理量。 Ir= ICtg = UC tg 因为tg为电流阻性分量和容性分量之比，而电流阻性分量引起介质中能量的损耗，所以tg值能反映介质损耗的大小。,介质损耗 P= UIR = U2 C tg,讨论介质损耗角正切tg的意义,绝缘结构设计时，必须注意到绝缘材料的tg。如果tg过大会引起严重发热，是绝缘材料迅速老化，进而导致热击穿。在绝缘预防性试验中， tg是基本测试项目，当绝缘受潮或劣化时， tg将急剧上升。绝缘内部是否存在可疑的放电现象，也可以通过测量 t
6、g - U的关系曲线加以判断（随电压增高， tg应不变，若变化，则存在放电现象）。,可见 tg既是绝缘劣化的原因，也是绝缘劣化的特征。,介质损耗角正切tg所能反映的缺陷,绝缘受潮。绝缘脏污。绝缘中存在气隙放电。,U,UC,tg,UC代表较多气隙开始放电时所对应的外加电压。tg = f (U ) 从tg 增长的陡度可反映绝缘劣化的程度。另外，当外施电压超过起始放电电压时，将发生局部放电，损耗急剧增加。,介质损耗角正切tg的不足,tg是反应绝缘功率损耗大小的特性参数，与绝缘体积无关。这一点并非总是有利的。,如果绝缘内的缺陷不是分布性的而是集中性的，则tg反映不灵敏。,IC几乎是不变的。 tg取决于
7、缺陷对Ir的影响。,这相当于不同的绝缘部分相并联的情况，总绝缘损耗为完好部分与缺陷部分介质损耗之和。,这样如果缺陷部分（C1）越小，则C1 / CX 越小，所以在测量整体绝缘tg时越难以发现缺陷部分（ tg1）的影响。,发电机,电力电缆,变压器绕组,tg,反映不灵敏的设备,反映灵敏的设备,套管,PT,CT,3.2 测量三相不平衡电流Ik,19,在电力系统中，三相分体设备，通常都是相同型号且同批生产的。各类性能应当基本一致。因此可以利用设备的这一特点，通过检测各相设备间特征参量的差异，来监测设备内部缺陷的发展情况。,20,绝缘特征参量分析,如取x=1/C，k=C/C0，则,当运行电压恒定的情况下
8、，电流的变化既反映了导纳的变化。,缺陷部分的损耗为,所以,由此产生整个试品的介质损耗增量（初始为0）,缺陷导致的整个试品的电容量增量为,当绝缘内部出现缺陷后，这三个参量（ ， ， ）是可被测量的。但哪一个对缺陷反应更灵敏？,可见当缺陷层tg开始增大时，测量,和 更灵敏,而当缺陷层tg100%时，测量,和 更灵敏,三相电流之和的在线检测,上述分析表明 ，与介质损耗因数或电容量变化相比，监测流经绝缘电流的变化对发现绝缘缺陷更为敏感。,如果三相电压平衡，且三相设备的电容及损耗相同，则无电流通过其中性点；但如果有一项设备出现缺陷，则中性点有电流流过。,影响因素,三相电压不平衡。各相设备间对地阻抗有差异
9、。一般电容性设备在出厂时，允许其电容量存在10%的误差。所以只有当缺陷使其等值导纳变化很大时，这种方法才是有效的。杂散电流干扰。,UA,为了补偿临近设备造成的感应电流的影响等，提高信噪比，实际测量的是中性点的不平衡电压。,中性点三相不平衡电压法,RA 、 RB和RC可调 是补偿用电阻。,在三相设备正常情况下，先调节补偿电阻，使三相不平衡电压U0降到零或极小值。当某一相设备出现缺陷时， U0将显著增长，其灵敏度比三相不平衡电流法高得多。,以70层电容层相串联的电容套管为例，电容量为800pF，正常情况下tg=0.3%。当某一电容层tg增大时。各参量均有增长，但以三相不平衡电压增长最为明显。,当7
10、0层中有一层缺陷增大时总体参数的变化。,一般当此三相不平衡电压U0升高到数百微伏时，往往反映可能有明显缺陷。,U0与缺陷tg的关系,对比结果表明，当一层缺陷进一步恶化时，|C/C0|和|I/I0|的变化都不超过2%，而三相不平衡电压却增大若干倍。因此三相不平衡电压对缺陷的反应远比测量电流或电容灵敏。,影响因素,因是三相电流的汇总，所以三次谐波影响严重。目前电网三次谐波分量较大，有时可达I的15%。如果要求信噪比至少为2（SNR2）则 时，才能较准确地测量，这显然是不合要求的。因此在实际测量中，需将谐波滤去，尤其是三次谐波，抑制比应为300倍(50dB) ，才能保证 时, 既可测出。,影响因素,
11、由于这种方法必须在一次回路中接入取样电阻R，虽然已并有保护元件，但一次侧接地线一旦断开，则设备浮地，后果不堪设想。,3.3 介质损耗角正切的监测,33,电桥法,绝对法 相对法,硬件法,软件法,监测 tg,过零检测法,在线检测tan的电桥法,在停电试验中用电桥法测量tg是一种常用的、高精度的测量方法。 如果能够在运行状态下进行检测，则有效性更高。,传统电桥法,(a) 正接法； (b)反接法 西林电桥测tan的基本线路,被测量设备,被测量设备,标准电容,标准电容,电桥工作电压一般为10kV；正接法由于调节部分处于低压臂，操作比较安全；当被测设备必须一端接地时，则须采用反接法。此时应注意电桥调节部分
12、处于高压侧。,无论是正接法还是反接法，电桥平衡时G中的电流IG = 0，所以,IDA = IAC = IX ， IDB = IBC = IN,UDA = UDB ， UAC = UBC = UX,以反接法为例，,IX Z3= IN Z4,IX ZX= IN ZN,上式虚实部分别相等，,通常取 ，f =50Hz，则有,（单位微法）,现场的电场及磁场常会影响电桥的平衡及准确的读数，消除干扰的方法有：可采用改变试验电源极性的做法：如进行正、反相两次测量。近期也有采用45或55Hz异频电源的方法，这样可避开50Hz频率的干扰。磁场干扰往往对电桥检流计回路的影响明显，可将检流计移出磁场干扰区，或采用更好
13、的磁屏蔽措施。,传统电桥法消除现场干扰的方法,在线检测tg电桥法,一般采用正接法，对运行设备进行检测。CN为高压标准电容，通常存在一定的损耗tgN（已知）。当电桥平衡时，测量值为tgm，有,由于tgN1, tgX1，故,在线电桥法的困难,需要耐压等级比运行电压更高的标准电容器。由于设备运行电压很高，在电桥调节过程中，R4上会出现比较高的电压。电桥难以平衡。可能出现流经设备的电流IX过大，而使R3过热的情况。,为解决现场不愿意在一次侧增加标准电容的情况，可采用电压互感器配以低压标准电容的方式,由于流经CN桥臂的电流很小，宜增大CN ,一般为10003000pF。 还应考虑电压互感器引入的角差tg
14、c 。,早期普遍采用的带电测量tg和电容的西林电桥法沿用了传统停电预试中测量tg的高压西林电桥的测量原理。由于必须另配更高耐压的高压标准电容器，并需要对一次线路进行改造，难以在现场推广。,电桥法的无法克服的缺点,过零检测法基本原理,以高压套管为例。由于绝缘介质并非理想介质，故此流经高压套管末屏的电流i与高压套管电压U的相位差将小于/2。若将电压U的相位向前移/2，会与电流i形成一小的相角差（），如图所示。这个相角差（）的正切值（tg）就是绝缘介质的介损。电容量 。,随着研究的进一步深入，电容型设备绝缘在线检测技术已发展到了一个新的水平。目前，电容型设备的tg在线检测方法基本上采取如图的原理。比
15、较反映被试品电流的电压信号ui波形和作为标准电压的信号uv波形之间的过零点相位；,脉冲测相位差法原理波形图,将从传感器获得的两信号波形通过过零转换变成幅值相同的两个方波，再将ui信号和移相90后的uv信号相与，得到的方波宽度由单片机或计算机内时钟脉冲计数，所得结果便反映了介质损耗角的大小，继而可以得到tg 。,硬件法脉冲测相位差法,电容型设备的介质损耗角很小（通常不大于1），因此如何保证其测量精度就十分重要。如果ui和uv信号波形过零的瞬间稍有干扰，将直接影响到过零转换后方波的起始位置，妨碍了对和tg的准确测量。而硬件线路对于外界引入的电磁干扰、谐波干扰等十分敏感，因此脉冲计数法易受零点漂移和
16、信号波形畸变的影响，往往造成较大的误差和分散性。尽管其中的脉冲计数电路经历了由单板机到单片机、再到计算机的发展过程，使tg的测量精度逐步提高，但现场干扰对测量精度的影响及测量稳定性问题始终是一个亟待解决的难题。,用硬件法易受外界干扰的影响，从而降低了整个测试系统的稳定性和测量精度；而要使测量的性能有所提高，又将增加硬件线路设计的难度和复杂性。鉴于这些难以避免的缺点，促使 tg 在线检测方法的研究逐渐向软件化方向发展。软件法的研究主要集中在谐波分析法上。,软件法,谐波分析法的主要特点是基于傅立叶变换（FT）对被测电压及电流进行分析。傅立叶变换求解电压、电流信号基波时不受高次谐波和仪器电子线路所产
17、生的零漂的影响。同时该方法还充分应用数字化测量方法克服了传统的模拟测量方法抗干扰能力差的缺点，提高了测量精度及测量结果的稳定性。,tan在线检测中的数字化信号处理方法,由传感器系统检测到的反映被测电容型设备电流的电压ui(t)及基准电压u v(t)的信号波形（基准电压波形已进行了90移相），两个波形之间的相角差即为设备的介质损耗角。,tan算法的基本原理,ui(t)及uv(t)可由Fourier级数表示为,要得到被测设备的介质损耗角，进而求得tg，首先必须获得两个信号波形的基波分量，即工频50Hz的信号。,其中1和 2分别为两信号波形的基波初相角。由此便可以得到被测设备的介质损耗角为,因此，求
18、解电容型设备介质损耗角的关键就在于去除系统谐波干扰的影响，准确地求得ui(t)及uv(t)的基波分量及其初相角。,在实际的检测系统中，这一过程是通过快速傅立叶变换(FFT)实现的。特点是：计算速度快、计算量小，但当系统频率波动时会使得采样频率与信号频率不一致，因而出现频谱泄漏效应和栅栏效应，尤其会影响相位测量，因此必须对算法进行改进，减少频谱泄漏。,用于tan在线监测的传感器,在电容型设备 tg 在线检测过程中，进入测试系统的所有被测信号（反映设备电流的电压信号 ui、基准电压信号uv ）都是由传感器获取的。只有首先从传感器获得真实的被测信号，才有利于进一步对信号进行分析、处理，并由此判断设备
19、的绝缘状况。因此，传感器是在线检测技术的关键环节。,传感器是整个在线检测系统的输入端，担负着信号提取的任务。它处于强电磁场环境中，容易受到电磁干扰；同时又长期工作在户外，易受各种环境因素的影响。为了准确地在电力系统强噪声干扰环境下获取被测信号，用于电容型设备 tg在线检测的传感器应能满足以下要求 :,电流传感器应能满足测量微弱电流信号(mA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。在测量范围内应具有良好的线性度，输出波形不畸变，被测信号与输出信号电压之间的角差变化小。工作稳定性好。当外界环境变化时，输出量变化应限制在允许范围内。具有较强的抗干扰能力及良好的电磁兼容性能。,电
20、容型设备的在线检测采用的电流传感器具有以下特点： 以电磁耦合为基本工作原理，即一次和二次绕组之间没有电气联系，只有磁的联系。 采用环形铁芯，其优点是结构上没有气隙，磁性能好，在铁芯上均匀绕制线圈，则漏磁很小。,多匝串入式传感器,单匝穿芯式传感器,可以提高传感器二次侧的输出信号电压，有利于提高信号传输的信噪比； 但需将被测设备的接地端断开后串入，增加了潜在的故障点，不利于设备的安全运行及操作人员的人身安全。,不改变被测设备原有接线方式，安全性高； 但单匝穿芯式电流传感器输出电压信号幅值较小。易受干扰影响，从而导致测量结果不准确。,无源传感器,有源传感器,不需要外加任何辅助电路，结构简单、维护方便
21、、使用寿命长。 输出电压信号通常只有几十毫伏，在信号传输过程中极易受到外界大量噪声信号的干扰而失真，从而直接影响到整体测量结果的准确性。,在电流传感器的输出端就加入有源运算放大器，这样可以有效地增强传感器系统的二次输出电压信号，降低外界干扰信号对测量结果的影响.,传感器系统在测试现场的电磁兼容问题,变电站是一次设备和二次设备最集中的场所。一次回路中的开关操作、雷电流及短路电流等在接地网上将引起电位升高； 二次回路中电缆间的电磁耦合会对二次回路产生干扰。现场存在的大量干扰信号不可避免地会以各种方式进入绝缘在线检测系统，与被测信号混在一起，使在线检测的灵敏度和可靠性下降。,屏蔽、滤波、接地是抑制电
22、磁干扰最基本的方法。而对传感器系统而言，主要采取屏蔽的方法抑制电磁干扰。,1. 铜通常采用高电导率、低磁导率的铜材作为电场屏蔽材料。试验表明，只要铜屏蔽材料的厚度大于30 m ，其屏蔽效能在全频谱范围内均可达到120dB以上。但铜材料对于低频磁场的屏蔽效能很差，同样厚度为30 m ，对于工频50Hz的电源频率之磁场几乎没有屏蔽作用（SEdB0dB）。如果要求对工频磁场的屏蔽效能达到40dB，则铜材厚度应达到1cm以上。,屏蔽材料的选择,2. 铁铁材的电屏蔽能力较铜材差很多。但对磁场屏蔽能力是铜材的13倍。,3. 高导磁率材料（坡莫合金）坡莫合金是高导磁材料，具有非常高的磁屏蔽能力。但电屏蔽能力
23、较低。 且易饱和。,传感器结构示意图,针对电力系统电磁干扰的具体特点（工频为主、高频范围宽），在线监测传感器多采用多层屏蔽结构。,在各屏蔽层之间不能相互连接，其间应以绝缘材料，否则会失去多层屏蔽的作用。另需要注意的是，由于穿芯式传感器采用的是电磁耦合工作原理，因此各屏蔽层均应留有缝隙，以免形成短路匝。而为了获得好的磁屏蔽效果，还必须保证磁路的畅通，即小的磁阻。所以，当屏蔽层需要开狭缝时，狭缝不能切断磁路，即狭缝只能与磁通的方向一致，而不能与磁通的方向垂直。,电流互感器误差分析,电流互感器运行时的示意图：,在原边有电流1流入，在铁心激励一交变主磁通， E1表示主磁通在一次绕组中的感应电势；主磁通
24、同时也与副边绕组匝链，由于磁通的交变作用，在副边绕组中感应出电势E2。 在图示正方向的情况下，根据电磁感应定律可知：,设铁心中的主磁通为：,由此上面两式可见，超前E290度。,（a）在一次回路中串联R1和电抗X1来代替在一次绕组内部的电阻和漏电抗；同样，在二次回路中串联R2和电抗X2来代替在二次绕组内部的电阻和漏电抗，这样，一次和二次绕组都可以看成是没有电阻和漏电抗的两个理想线圈，线圈中只有因为主磁通交变而感应的电势E1及E2。 （b）将二次侧的电阻和电抗及电势归算到一次侧，分别得到R2 ，X2及E2 。这样，经过归算之后，E1E2。既然归算之后一二次侧的感应电势相等，故可以把它们之间的等电位
25、点连接起来，这样两个绕组便合并成一个绕组得到图（c） （c）显然这个绕组中流过的电流便是012 ，它用来产生主磁通，以便在这个绕组中产生感应电势E1E2 。这个绕组的电抗是X0，为激磁电抗。考虑到铁耗的影响后，激磁回路中还应串联一个等值电阻R0，于是得到电流互感器的等效电路图。,因为2 =(N2/N1)2，因此可以得到：1N12N20N1,电流互感器误差分析,电流互感器误差分析,由相量图可见：1N1|od|；I2N2|ob|。所以：I1N1I2N2 |od|ob|bd|。当i非常小时：|bd|bc|，则：,电流互感器误差分析,从上面的（a）（b）两式可以看出，减小0可减小电流误差及角差。影响I
26、0的因素包括： 1）磁路铁芯的材料、尺寸；2）二次负载大小和性质；3）电网的频率。制造CT，首先采用高磁导率的磁性材料（若磁导率趋于无穷大，则I0趋于无穷小），其次增大磁路面积、缩短磁路长度，并使铁芯工作在磁感应强度不高的情况下，或采用特殊线路和结构提高准确度。 I1增大，则电流误差和角差均减小。因此，使用CT时应注意被测电流I1接近其额定电流，这时误差较小。 从等值电路可知：I0E1/Zm；I1I2 E2/(Z2+Z)所以：I0/I1 0/I2=(Z2+Z)/Zm从上式可以看出，二次负载Z减小，电流误差及角差均减小。所以，二次所接阻抗应降为最低值，不得超过允许值，否则测量精度会降低。,（a）
27、,（b）,电流互感器误差补偿装置：,假设经过归算后二次绕组的电势为E2 ，那么根据运放的性质，运放的输出端电压为AE2（A为运放的开环电压放大倍数，一给定参数），运放负向输入端的电压为二次绕组上的电势E2 。所以Z 上流过的电流：,因此这时等效的二次负载值为：,由于运放的A是一个比较大的值，所以采用了上述的误差补偿装置后 相当于减小了二次负载值，从而减小了电流误差及角差,由于现场环境恶劣、干扰严重，采用传感器提取微弱信号仍相当困难，目前国外的一些公司（如美国的AVO 公司、德国的LDIC 公司）在被测设备的地线或末屏直接串入监测电容，利用监测电容电压与TV 电压之间的相位关系求取被测设备的ta
28、n。电容具有电压不突变的特性，通过选择合适的电容，可使输出电压保持在3040 V 之间，这样可降低外界干扰的影响和减少模拟信号传输的衰减，测量结果具有较高的稳定性。之所以采用串入电容而非串入电阻，是因为串入电阻造成的误差要比串入电容所造成的误差大，而且电容故障多为击穿，而电阻故障一般为烧断，会造成末屏开路。 缺点：采用直接耦合的方法会影响一次设备的接线结构，为防止末屏开路、测量回路过电压，必须设计合理的保护电路以保证测量回路的安全性。,电流信号提取的另外一种思路,数字采集系统最佳工作点,A/D卡转换位数的选择,绝缘在线检测数字化测量系统中，对tg测量的精度要求达到0.1%（此处指绝对精度）。,
29、如采用12位的A/D卡，其满度电压为10V，双极性方式工作。,系统A/D转换的分辨率为2.44mV，最大量化误差即为1.22mV，最大相角误差约为0.0244%，只占系统介质损耗测量精度要求的五分之一，所以精度满足测量系统要求。,2. A/D卡转换速率的选择,根据奈奎斯特（Nyquist）采样定理，当采样频率大于或等于信号中最高频率的两倍时，信号就完全可由采样值唯一确定，并可通过理想低通滤波器重新恢复原信号波形。,为了保证数据采集精度，一般选取采样频率为信号中最高频率的710倍。,f =250=100(Hz),f =1050=500(Hz),而对于电容型设备绝缘在线检测波形采集系统，这样的采样
30、速率是远远不够的。,对于电容型设备，其介质损耗角一般在1%rad左右，换算成工频50Hz下的时间间隔，,为了测出如此一个小的时间间隔，A/D卡的采样周期必须小于31.8S，考虑到测量精度的要求，因此在线检测时所采用的A/D卡转换速率应在100kHz以上。,影响tan在线检测结果的主要因素,电流、电压传感器自身的角差。 获得基准电压的电压互感器（PT）的角差变化。 现场各种干扰的影响。 环境因素的影响。,tan的“综合相对测量法”,PT角差、环境因素、相间干扰和系统频率变化是造成测量结果不稳定的主要原因。变电站中常用0.5级的PT，其角差范围为20之间，约为5.810-3rad，足以淹没介损值（
31、一般在0.0010.02）。正是由于由于PT的角差与很多因素有关，因此从PT二次侧获取的电压信号并不能完全真实地反映高压侧电压的相位，这就会导致tg的测量结果通常存在分散性较大、准确性和稳定性较差等问题。,由于在线检测实时地对被测设备绝缘参数进行监测，因此现场的各种环境因素，如季节、温度、湿度、降雨等将对测量结果产生很大影响，使同一台正常运行的设备的绝缘参数在不同环境下的测量值也可能发生较大变化。由此可见，当环境因素有显著变化时，不能单凭设备绝缘参数的增大就认定设备存在缺陷。反之，若全归咎于环境异常恶劣，而忽视绝缘参数等的大幅度变化，也有可能忽略设备已趋于劣化的苗头。所以如何正确对待现场环境因
32、素给在线检测带来的影响是值得注意的问题,不以PT低压侧电压作为基准电压来测量设备 tg的“绝对值” 。而是选择在相同相别下运行的多台电容型设备，以它们之间的电流信号互为基准信号进行比较，求出各设备间tg的差值，即“相对介质损耗角正切值”（ tg ）。并根据此多个相对介质损耗角正切值的变化趋势来综合判断设备的绝缘状况，发现设备中存在的缺陷。,“综合相对测量法”的基本思想,将两台电容型设备的电流信号 Ix1和Ix2进行相位比较，便可得到两设备介质损耗角之间的差值 tg 。当1和2很小时，,当相互比较的两台设备绝缘都良好时，其相对介质损耗角tg一般非常小。,如其中一台设备出现故障缺陷，其tg将明显增
33、大，从而导致两台设备间的tg也将发生明显变化。,若要进一步判断是哪一台设备存在缺陷，则需要在三台以上的同相设备之间进行tg的综合相对测量。在此以三台同相电容型设备之间的相对测量为例，给出“综合相对测量法”相应的故障诊断规则简表 。,同时还应注意到，当三台设备中如有两台以上存在缺陷时，三个相对介质损耗角正切值的数值均会变化，此时根据以上方法，将会判断错误。但在同相母线相邻区域内两台设备同时发生故障的几率是非常小的，如果以年为单位的话，仅为十万分之一。所以基本可以忽略。,“综合相对测量法”具有以下优点, 不需要从PT二次侧提取基准电压，从而避免了从PT引入不稳定的角差，消除了影响 tg测量准确性及
34、稳定性的一个主要误差来源，同时简化了测量系统的硬件线路。 在测试现场，同相设备的运行状态和工作环境相似，特别是同类型、同相别的设备（如同为套管、同为CT等），则受到的干扰情况更为相似。因此将同相设备互为基准，两个被测设备的电流中的随机噪声干扰、测试过程中的系统干扰及外界环境因素的影响还会有一定的相互抵消作用。 测量同相设备间的相对介质损耗角正切值，重要的是根据其变化趋势及相互间的关系进行故障分析，及时诊断出存在缺陷的设备，也可避免“绝对测量”中存在的结果与停电结果有时无对应关系，以致无法直接判断设备绝缘状况的问题。,昌平500kV三相CT(5051)介损变化曲线,故障实例,tg趋势分析的季节模
35、型,某台设备的介损长期监测数据,同温数据对比校正法：如果某日温度与第一年同日的温度差超过5C，则就近寻找第一年同期温度相近时的介损值作为基数进行比较。,同期数据对比校正法 同期数据对比校正法是以第一年的介损监测数据为基础，将以后的介损监测值与第一年同日的介损值对比，根据介损相对值的变化趋势来判断绝缘状态。,通常一个地区每年的温度变化规律基本一致，所以可以尝试用不同年份相同日期的介损比较来反映介损变化的趋势。,实际投运的系统运行效果并不理想，没有取得预期的经济效益和社会效益。据统计，截至1998 年底，在全国调研的57个系统中，能正常运行的只占30%，已不能正常使用或处于瘫痪状态的占36%。造成
36、这种状况的原因是多方面的，除管理维护、质量监督、设计标准等方面的问题外，反映在监测技术上的问题主要有： （1）介损角的测量稳定性和重复性差，是环境因素所致？是电磁干扰影响？还是信号提取问题？原因不清。 （2）穿心式电流传感器易失效，抗电磁干扰和抗环境影响的能力差。 （3）缺乏行之有效的诊断理论与方法，仅提供数据，信息丰富，而知识贫乏，不能建立各种监测信息之间的关联关系，无法解释测量结果正常的波动，很难作出准确的绝缘状态在线诊断。从所暴露出来的问题看，过分追求实用化而忽视基础理论的研究是造成这种状况的根本原因。因此必须在基础理论方面进行大量深入的研究，摸索电容型设备绝缘特性的变化与绝缘老化、外界
37、影响等因素的关系，总结其规律性，才能有效地带动其 它方面的研究和开发，保证分析的准确性和诊断的可靠性，真正提高电容型设备监测与诊断技术的水平。,在线监测tg系统的应用状况及碰到的问题,今后的研究重点,（1）不断加强基础理论研究，通过大量试验来分析各种影响因素（如温度、湿度、谐波等）对试品介质损耗和电容值的影响，从机理上来解释试品特征参数变化的原因。（2）大量积累运行经验，尽可能地收集在线信息，从中寻找新的适合于在线处理的故障征兆与诊断判据，为更全面、准确地进行故障诊断创造条件。（3）在线数据量大，常规的数据处理方法已难当其任。因此应研究新方法，开发新技术。如结合智能技术，数据挖掘技术可将数据中
38、蕴藏着的许多重要因、事实和关联等有价值的信息提取出来。（4）一些新兴的数学工具（如人工神经网络、小波变换等），在滤波、干扰抑制等领域取得了较好的应用效果，应将其引入监测技术。（5）应集中力量解决传感器元件自身的性能问题，提高测量的稳定性和可靠性。,3.4 介质损耗角正切的异频检测,从50Hz到0.1Hz单一工频到变频测量,88,3.5 电力电容器的在线监测与故障诊断,89,电容器组例1：840kV/ 2.88MJ,电容器组例2：1000kV/ 7.5MJ,电力电容器绝缘劣化,电力电容器的运行特点过电压热劣化 表征为局部放电的起始电压（PDIV）降低，最后导致绝缘击穿 由于电容器的密封性，会引起
39、油箱鼓肚甚至爆炸，并波及邻近设备造成二次损失,绝缘劣化诊断,色谱分析：CO、 CO2、H2和C2H2热劣化导致CO、 CO2，同时PDIV降低 热、电劣化导致H2，同时PDIV降低 电劣化导致C2H2 色谱现场实施的难点 局部放电的监测,局部放电监测,方法 声测法 脉冲电流法 脉冲电流法 高频电流互感器（HFCT） 安装位置：电容器低压套管接地线处， 如图3-12。,PT-兰州供电局测试组桃树坪变,PT漏油,介损： 3.1% (标准 1.0%) 超标 油色谱分析:氢气:73714PPM 甲烷13749PPM 乙烯125PPM 乙烷 1884PPM 乙炔7PPM 总烃15766PPM(严重超标,),CT兰州供电局测试组-建设坪变,内部绝缘老化 局部放电现象,CT兰州供电局测试组,思考问题,电容型设备的特点？电容型设备的在线监测方法有哪些？对电容型设备的在线监测有哪些具体的要求？,97,
