1、 西南交通大学硕士学位论文分布式牵引变电所容性设备绝缘在线监测系统设计与开发姓名：王韬申请学位级别：硕士专业：高电压与绝缘技术指导教师：吴广宁201105摘 要系统在大秦铁路迁安北变电所投入试运行，工作状态可靠，能较好满足应用需求。关键词：牵引变电所；容性设备；在线监测；介质损耗；分布式系统甊 ， 瓸 甃琗 西南交通大学硕士研究生学位论文 ；西南交通大学硕士研究生学位论文世界上第一条电气化铁路。此后，电气化铁路在全世界范围内得到了越来越快的发展。世纪年代至年代，全世界平均每年修建电气化铁路多公里；世纪年代末期，欧洲一些国家以及日本的主要铁路干线已经完成电气化并且已经初步形成运输网络；世纪年代，
2、一些发展中国家，如中国、巴西、印度、南非等国家，开始大力建设电气化铁路。据不完全统计，截止至年，已经有较多国家的电气化铁路里程超过蚬铮咛逍畔绫尽緇】。表年各国电气化铁路统计所示【。日元，全长约铮罡呤彼公里，这是世界上第一条高速铁路【。与日本以及欧美等发达国家相比，我国的高速铁路建设起步较晚，但经过多年的发展，我国逐步实现了高速动车和大功率机车技术的引进、消化、吸收再创新和国产化目标，已形成了具有世界领先水平的高铁设计、研发和制造体系。我国第一条具有自主知识产权的高速城际铁路京津城际铁路于年日建成通车，最高运电气化率一冰一西南交通大学硕士研究生学位论文间，中长期铁路规划扩大了一半【。根据中国中长
3、期铁路网规划，预计到年，我国高速铁路运营里程将新增公里，总里程将突破万公里，初步形成覆盖面更广、效应更大的高铁网络；到年，全国铁路营业里程预计达到万公里，复线率和电化率均达到以上，主要繁忙干线实现客运、货运分离，运输能力满足社会发展与国民经济需求。在整体布局上，形成覆盖全国大部分万人口以上城市、大电气化铁路的高速发展对铁路牵引供电设备提出了更高的要求。例如，我国的武广高速铁路，平均发车间隔为分钟，最短达分钟；沪宁高速铁路平均发车间隔为种樱欢诮柚械木咚偬罚度朐诵泻罅谐得 芏瓤梢源锏矫分钟一班。高速铁路不仅列车运行速度高，而且列车发车密度大，这意味着牵引供电设备必须安全可靠，意味着供电设备故障必须
4、早发现、快速解决。容性设备作为牵引供电系统的重要组成部分，担负着牵引变电所输配电的重要任务，一旦发生故障，将带来多方面的损失【。因此，保障电容性设备的正常运行是保障牵引供电系统正常运行的基础。目前我国铁路上主要采用预防性试验结合定期检修的方法来保障电气设备的安全运行。这种方法的运用取得了较大的成效【删，但是也存在一些不足之处：的，是具有一定统计性的。也就是说，在进行预防性试验时各项参数都满足要求，但世纪年代，国外一些发达国家开始对绝缘在线监测技术进行研究【五了世纪年代，随着计算机、传感器、光纤等高科技技术的发展与应用，绝缘在线监测技术得到了迅速发展。日本、加拿大、苏联等国家陆续研制了油中溶解气
5、体，发电机、变压器、气体绝缘封闭组合电器的局部放电，电容性设备的介质损耗因数等特性，交联聚乙烯电缆泄露电流等在线监测系统，其中一些已经发展为正式产品。国西南交通大学硕士研究生学位论文我国对在线监测技术的重要性也较早有认识，世纪年代，曾提出过一些带电试验方法，但是由于操作困难复杂，测量结果分散性大，而没有得到推广。世纪年代以来，随着高科技技术的发展与应用，我国的在线监测技术也得到了迅猛发展。我国电力部门的很多科研院所和高等学校的很多相关专业都相继开展了这方面的研究。自年以来，由电力部先后主持召开了“全国电 力设备绝缘带电测试、诊断交内图集中式在线监测系统结构示意图西南交通大学硕士研究生学位论文热
6、老化应。按主链是否断裂可分为三种形式：挥发少而聚合度下降极快，如图所示。图热降解中的聚合度与失重关系示意图聚乙烯在较低温度下也能发生无规断链反应，其弱键是支化点、羰基、过氧化基还有聚碳酸酯。先断裂。引入氟、苯环等往往有利于提高热分解稳定性。西南交通大学硕士研究生学位论文西南交通大学硕士研究生学位论文电时对材料老化有很大的作用。为化学树枝。树枝管呈褐色、难丈。化学树枝老化情况与水树枝老化很损耗因数上升。这类变化在油浸纸绝缘中尤为明显。程中放电起始电压逐渐下降，因放电以后有气体和离子留下来。由于放电伴随着性能变化，有时用测量局部放电过程中各种放电特性的变化来判断材料的老化。不同化学结构的绝缘材料在
7、局部放电下的破坏机理不同，它们的电老化寿命也不同。绝缘材料在放电作用下的老化速率除材料本身的结构以外，还受许多外界因素的影响。增加会导致放电次数的增多与击穿进程的加速。但是由于电老化寿命与场强之间的关系复杂，不是简单的线性关系，不同场强下电老化机理不尽相同，所以不能简单地从高场强下获得的试验结果外推到工作场强下求取其工作场强下的寿命。此外，由于不同材料的寿命场强曲线是交错的，所以高场强下的试验结果常使人误解，因为在这种情况下，高场强下寿命较长的材料在低场强下寿命反而较短。西南交通大学硕士研究生学位论文因为础。洞笥，所以有：可得等效电容：西南交通大学硕士研究生学位论文对于容性设备，通过对其介电特
8、性的监测，可以发现尚处于比较早期发展阶段的缺陷，反映介电特性的参数主要有上面介绍的泄露电流、等效电容和介质损耗。等效电容是指容性电气设备等效电路的电容；泄露电流是指流过容性电气设备铝箔最外面直接接地一层的电流。介质损耗是设备绝缘的局部缺陷中介质损耗引起的有功电流分量和设备总电容电流之比，是判断电容性电气设备绝缘状态的一个有效参数，对发现绝缘的整体窗舜蟛糠痔寤劣化缇稻仁艹较为灵敏，而对局部放电缺陷刺寤徽冀橹手薪闲糠值娜毕莺图腥毕则不易用测量介质损耗的方法发现，设备绝缘的体积越大，越不容易发现。介质损耗是因为介质中存在电导，极性介质中偶极子转动带来的摩擦以及介质中的气隙放电造成的，它与材料特性有关
9、，而与材料的体积、尺寸无关【】。介质损耗的测量对系统要求较高，且介质损耗能较为有效地反映电气设备绝缘状态，因此介质损耗是电容性设备在线监测的主要内容。近年来，国内外相关研究人员对容性设备在线监测的测量方法与系统测量有效性缜欧图电桥法测量介质损耗原理接线图西南交通大学硕士研究生学位论文 妣“伊缈介质损耗可以由下式计算得出：有一定的局限性，通过上面的分析，可以看出此方法必须满足以下几个基本条件：图相位差法测量介质损耗原理框图西南交通大学硕士研究生学位论文以一三次谐波分量幅值；仍，一三次谐波分量相位坫一五次谐波分量幅值；一五次谐波分量相位利用离散傅里叶变换可以得到基波信号的幅值、相位以及角频率。由采
10、样定理可七暗庙西南交通大学硕士研究生学位论文反映容性介电特性的参数主要有上面介绍的泄露电流、等效电容和介质损耗。等效电容是指容性电气设备等效电路的电容；泄露电流是指流过容性电气设备铝箔最外面直接接地一层的电流。介质损耗是设备绝缘的局部缺陷中介质损耗引起的有功电流分量和设备总电容电流之比，是判断电容性电气设备绝缘状态的一个有效参数，对发现绝缘的整体窗舜蟛糠痔寤劣化缇稻仁艹较为灵敏，而对局部放电缺陷刺寤徽冀橹手薪闲糠值娜毕莺图腥毕则不易用测量介质损耗的方法发现，设备绝缘的体积越大，越不容易发现。介质损耗的测量对系统要求较高，且介质损耗能较为有效地反映电气设备绝缘状态，因此介质损耗是电容性设备在线监
11、测的主要内容。除此之外，容性设备的等效电容和泄露电流也是系统监测项目的一部分。通过上一章的分析，可以发现电桥法、过零电压比较法与相位差法在前端信号处理效果较好的情况下，会实现较好的测量效果。但是要实现较好的信号处理效果，就必然要求较复杂的硬件处理电路，这一环节的增加，会增大外界电磁干扰的影响，造成较大的误差与分散性。而谐波分析法对硬件电路要求较低，主要应用数字信号处理技术进行后期处理，并且传输信号全部为数字信号，系统抗干扰性能所有提高。相对西南交通大学硕士研究生学位论文上 测量比较系统结构设计西南交通大学硕士研究生学位论文图分布式容性设备在线监测系统结构图目前在工业中应用较多的有芟哂隒总线。保傻鹿鶥公司最先提出并被设内采样点数为蛴衝。假设每次采样的时间长度为个工频周期，字节。
