容性負載電力設備的在線監(jiān)測PPT課件

1、電力設備絕緣的基礎知識電力設備絕緣的基礎知識第1頁/共71頁電力設備的構成材料電力設備的構成材料q電力設備是電力系統(tǒng)的構成元件 q電力設備是機械與電磁相結合的裝備q電力設備主要由兩類不同材料構成： 一類為金屬材料，包括銅、鋁等導電材料，硅鋼片等導磁材料，鑄鐵、鋼板等外殼或結構材料； 另一類為絕緣材料，如絕緣紙(及紙筒、紙板)、層壓板(及筒)、塑料薄膜、硅橡膠、電瓷、絕緣油、絕緣氣體等。q電力設備中絕緣材料或電介質的根本作用，除了在電容器中有儲能這一特殊要求外，在其它絕大多數(shù)場合中，只是防止電流向不希望的方面流動，以及對不同電位的導體起機械固定或隔離作用q上世紀40年代以前，絕緣問題似乎并不占有

2、重要的作用，但之后?第2頁/共71頁q相對于金屬材料，絕緣材料尤其是有機絕緣材料，容易老化變質而使其機電強度顯著降低；q電力系統(tǒng)中60以上的停電事故是由電力設備的絕緣缺陷引起的；q潛伏性故障設計、制造過程中存在質量問題，安裝運輸中出現(xiàn)損壞；q運行中故障由于電、熱、機械、化學及其它因素，潛伏性故障發(fā)展或出現(xiàn)新的故障；q絕緣缺陷的分類：集中性缺陷、分布性缺陷；電力設備的故障電力設備的故障第3頁/共71頁故障率 (t)Burn-In FailuresRandom FailuresWear-OutFailuresLifetimeArrangementse.g. caused by Instalatio

3、n, Production or Material failures e.g. caused by Operating and Maintenace Errors trials, initial batch, production control, quality assurance accurate operation and maintenance life span calculation, trials 電力設備的故障率曲線電力設備的故障率曲線第4頁/共71頁q國外先進電力企業(yè)供電可靠性高，最好水平達到輸配電網(wǎng)年平均每戶停電次數(shù)為0.1次，平均停電時間不超過4分鐘，供電可靠率可達99.

4、999%。大城市供電網(wǎng)絡敷設地下電纜，電網(wǎng)線損率可降低到4.5%。開關多數(shù)實現(xiàn)無油化，基本實現(xiàn)變電站無人值守。由于自動化和信息化技術的應用，使其售電量增長和公司職工人數(shù)增長的比例達到很高的水平(一流企業(yè)達到100:4)。q與這些數(shù)據(jù)相比較，國家電網(wǎng)公司2002年平均線損率仍為6.91%，10千伏用戶供電可靠率為99.906%，最低的省公司10千伏用戶供電可靠率只有99.664%。對用戶的年平均停電次數(shù)為1.96次（不包括瞬時停電）。超高壓輸電線路穩(wěn)定極限低，電網(wǎng)有功調(diào)峰、無功補償和電壓調(diào)整手段欠缺，輸送能力不能充分發(fā)揮，可靠性差。配電網(wǎng)比較薄弱，線路間聯(lián)絡差，互供能力不足。農(nóng)村電網(wǎng)薄弱，供電損

5、耗高，可靠性低，無人值班變電所比例小。根據(jù)根據(jù)國家電網(wǎng)公司科技發(fā)展規(guī)劃國家電網(wǎng)公司科技發(fā)展規(guī)劃(200320052010)公布數(shù)據(jù)（國家電網(wǎng)科公布數(shù)據(jù)（國家電網(wǎng)科2003285號）號）第5頁/共71頁 設計上： 研究改善電場分布、降低最大場強； 配件上： 對配件(如變壓器分接開關、套管等)認真選購 及試驗； 工藝上： 提高油紙絕緣包纏、干燥、浸漬質量； 試驗上： 嚴格車間檢驗、出廠試驗、增加局放試驗等。 生產(chǎn)過程的措施（制造廠家）生產(chǎn)過程的措施（制造廠家） 投運后的試驗和維修策略（運行部門）投運后的試驗和維修策略（運行部門） 加強試驗和維修如何減少電力設備的故障、避免和減少損失？如何減少電力設

6、備的故障、避免和減少損失？第6頁/共71頁電力設備試驗的分類電力設備試驗的分類q按類型分類：型式試驗、出廠試驗、交接驗收試驗、預防性試驗等； q設計定型型式試驗地點在認證機構q制造完出廠前出廠試驗地點在廠家q制造商與運行商之間的交接交接驗收試驗地點在現(xiàn)場q投入運行后的運行中預防性試驗地點在現(xiàn)場q按性質和要求分類：絕緣試驗、特性試驗；q絕緣試驗的分類：非破壞性試驗(試驗電壓低)、破壞性試驗(試驗電壓高)；第7頁/共71頁設備投入運行后的試驗q預防性試驗：離線試驗、在線試驗；q常規(guī)預防性試驗的缺點：試驗時需要停電；試驗時間集中、工作量大；試驗電壓低、試驗周期長，靈敏性、有效性值得研究；q在線檢測目

7、前并不能完全取代常規(guī)預防性試驗：大多局限于測量工頻運行電壓下的絕緣參量；無法測量電力設備在高于運行電壓下的參量；迄今尚未形成統(tǒng)一的判斷標準。第8頁/共71頁電力設備試驗和維修策略的發(fā)展歷程電力設備試驗和維修策略的發(fā)展歷程 事故維修（壞了再修，第二次世界大戰(zhàn)之前） （盲目、不科學） 定期維修（按固定時間周期維修，當前多數(shù)情況） （維修過量、維修不足） 狀態(tài)維修（以運行狀態(tài)決定維修周期，正在逐步開展） （以在線監(jiān)測為基礎，科學、可靠、經(jīng)濟、可預見）第9頁/共71頁q這幾種維修方法并不互相排斥，但在不同階段、不同要求的情況下，共存的形式有差別。q維修的目的在于獲取各種信息，基于此得到設備狀況的結論；

8、q迄今為止，尚不能完全建立測量數(shù)據(jù)與設備狀況之間的直接關系：Ub f (R, tan, PD, DGA, )?事故維修、定期維修、狀態(tài)維修三種策略第10頁/共71頁電力設備使用壽命與應力之間的關系電力設備使用壽命與應力之間的關系 第11頁/共71頁具體問題要具體分析，不宜全采用狀態(tài)維修故障模式特征后果輕微？漸變？分散？可測？事故維修定期維修狀態(tài)維修YYYYNNNN電力設備維修策略的分類原則第12頁/共71頁監(jiān)測系統(tǒng)的價值分析 采用在線監(jiān)測時的投入產(chǎn)出的分析 不采用時的費用 采用時費用 由于風險所致的損失(宜計及故障幾率及故障后果) 常規(guī)檢查工作的支出 完成維修任務的支出 對故障進行調(diào)查及消除的

9、支出 對故障設備進行監(jiān)測所得知識的得益 監(jiān)測評估及選用的支出 監(jiān)測設備的投資及運行費用 設備負荷最大利用能力的提高 基于對少量的檢測而可獲得大量的該類設備性能的得益 對運行人員安全性的改善 對環(huán)境保護的改善 $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ B $ $ $ B $ $ 各欄累加后,可得采用該在線監(jiān)測系統(tǒng)前后的費用及得益 ? ? q $表示支出費用，IRx,甚小。介質中的功率損耗 P = UIRx = UICx tg= U2Cx tg （4-1）tg為介質損失角的正切，一般均比較小。圖41 介質絕緣的等值電路和向量圖 第41頁/共71頁如果絕緣內(nèi)的缺陷不是分布性而是集中性的，則tg 有

10、時反映就不靈敏。被試絕緣的體積越大，或集中性缺陷所占的體積越小，那么集中性缺陷處的介質損耗占被試絕緣全部介質損耗中的比重就越小，而ICx一般幾乎是不變的。故由（4-1）式可知，tg 增加的也越少，這樣，測tg 法就越不靈敏。對于象電機、電纜這類電氣設備，由于運行中故障多為集中性缺陷發(fā)展所致，而且被試絕緣的體積較大，tg 法效果就差了。 當被試品絕緣由不同的介質組成時，例如由兩種不同的絕緣部分并聯(lián)組成，則根據(jù)被試品總的介質損耗為其兩個組成部分介質損耗之和，而且被試品所受電壓即為各組成部分所受的電壓，由（4-1）式可得 222212122x2tgUtgUtgV212211x2211CCtgCtgC

11、CtgCtgCtg從而第42頁/共71頁由（4-2）式可知， 越小，則C2中缺陷（tg 2增大）在測整體的tg 時越難發(fā)現(xiàn)。 圖4-2 tg U關系曲線x2CC第43頁/共71頁4.1 4.1 測tgtg用的西林電橋圖4-3 QS1型電橋的基本線路（a）正接法；（b）反接法第44頁/共71頁圖44 電橋平衡時的相量圖第45頁/共71頁由圖4-4（b）可得 444DB4DBR4C4RCRUCUIItg由UDA = UDB，可得IxR3 = INZ4 = INR4 ，于是ICx = Ixcos 。再由tg112tg11RRI234NUICxcxxUICxNN，34N234NxRRCtg11RRCC

12、（46）故通常取R4為 歐，故（4-5）式成為1044644C10C10100tg法 = 微法 4C也就是當電橋調(diào)到平衡時，C4的微法數(shù)就是等于被試品的tg值。第46頁/共71頁4.2 用電橋法進行tg在線檢測 圖4-5 采用高壓標準電容器CN以正接法測量tg第47頁/共71頁為解決現(xiàn)場沒有很高電壓的標準電容器的困難，不少單位采用掛在同相線路上各電容型試品相互作對比的方法，測得各電容型試品的tg的差值，如果此差值與過去有顯著變化，往往反映某一試品有問題。應用得較多的是選定某幾臺tg較小且隨電壓、溫度較穩(wěn)定的電容型試品相串聯(lián)而當作“標準”電容器使用。 圖46 存在tgN時測量tg的相量圖第48頁

13、/共71頁)tg(RCtgNx44mNxNxmtgtg1tgtgtg或（47）對于tgN1， tgN 1，故 Nxmtgtgtg（48）Nmxtgtgtg或第49頁/共71頁 為解決在現(xiàn)場只有低壓標準電容器而無高壓標準電容器的困難，可采用電壓互感器配以低電壓標準電容器CN的方案，其原理如圖4-7。這時對該電壓互感器的角差 大小及其線性度等須予以重視，因為被測的試品Cx的tg常是很小的數(shù)值。 在現(xiàn)場實測時，一般選CN為10003000pF。而試品真實的tgx與電橋上讀數(shù)tgm的關系為 cN4NmxtgtgRCtgtg圖4-7 用電壓互感器配低壓標準電容器CN而組成的電橋法 第50頁/共71頁4.

14、3 tg及C的在線監(jiān)測 圖4-8 tg在線監(jiān)測儀的原理框圖第51頁/共71頁圖4-8為國內(nèi)外應用較為廣泛的用傳感器、移相器及自動平衡裝置來測量C及tg的原理框圖。由被試品Cx接地側處的傳感器獲得 ，它反映了流經(jīng)試品的電流 ；而由分壓器或電壓互感器處獲得 ，它反映了加在試品上的電壓 。如果先忽略傳感器及分壓器的角差，則 應滯后一個角度（90）；再將 經(jīng)移相器前移90而成 ，則 與 間的角差即為介質損耗角，其相量圖如圖4-9所示。 xI。iU。uU。xU。uU。uU。uU。uU。iU。圖4-9 測tg的相量圖第52頁/共71頁為了能準確地讀出此很小的角差，可采用了單片機或計算機里的時鐘脈沖來計數(shù)，

15、其示意圖如圖4-10所示。由圖4-8中從傳感器所獲得的信號Ui及Uu分別經(jīng)過過零轉換而成相同幅值的方波I及U。為便于相與，將移相90后的電壓信號再反相而成U*，再將I與U*相與，所得的方波寬度即反映了此角的大小了。第53頁/共71頁圖4-10 用過零轉換移相相與的原理測角的原理圖第54頁/共71頁為提高測量的準確性，可加進圖4-11那樣的預處理電路 。低 通濾 波低 通濾 波帶 通濾 波帶 通濾 波過 零整 形過 零整 形數(shù)字電路計算機UuUi圖4-11 對Uu及Ui信號的預處理及校正回路第55頁/共71頁也可采用加進電子開關后，用同一套預處理電路進行處理，其原理圖如圖4-12。 低 通濾 波

16、低 通濾 波UuUi電 子開 關去 直穩(wěn) 零波 形整 形相 位鑒 別計算機圖4-12 用同一套預處理電路來測量tg第56頁/共71頁Presco AG介損測量電橋高精度自動、手動電容及介損測量電橋TG-1通用型全自動電容及介損測量電橋TG-3高精度全自動電容及介損測量電橋TG-4現(xiàn)場型全自動電容及介損測量電橋FT-12有效排除現(xiàn)場干擾采用先進的電流比較法第57頁/共71頁Presco AGI = U * * C這里這里 = 2 * * f電流比較法工作原理第58頁/共71頁Presco AGIN . NN = IX . NX 或者或者Utest . . CN . NN = Utest . .

17、CX . NX CX = CN . NN / NX第59頁/共71頁Presco AG可以手動平衡，也可全自動平衡 (獨一無二的設計)通過試品的最大電流 35A通過標準電容器的最大電流 30mA電容測量范圍 0.1CN.10000CN介質損耗測量范圍 110-5.1電壓測量范圍 10V.1MV 電容測量精度 0.01%相位測量精度 0. 2mrad讀數(shù)的2% 電壓測量精度 量程的1%2位第60頁/共71頁Presco AG全自動電橋平衡通過試品的最大電流 5A通過標準電容器的最大電流 30mA電容測量范圍 0.1CN.1000CN(可擴充到10000 xCN)介質損耗測量范圍 110-5.1電

18、壓測量范圍 10V.1MV 電容測量精度 0.01%相位測量精度 0. 02mrad顯示值的2% 電壓測量精度 量程的2%2位第61頁/共71頁Presco AG全自動電橋平衡通過試品的最大電流 15A通過標準電容器的最大電流 30mA電容測量范圍 0.1CN.10000CN介質損耗測量范圍 110-4.1電壓測量范圍 10V.1MV 電容測量精度 0.1%相位測量精度 0. 2mrad顯示值的1% 電壓測量精度 量程的1%2位第62頁/共71頁第63頁/共71頁BSD IPD 傳感器B 平衡單元平衡單元- 求和單元求和單元零位計零位計S第64頁/共71頁影響伽瑪值大小的因素有:C1 電容值, 和該電容的變化量C1介損值的變化伽瑪值是一個矢量。從這個矢量的相位上可以看出存在缺陷的相以及缺陷的類型。第65頁/共71頁平衡狀態(tài)平衡狀態(tài)A相的介損值增大相的介損值增大A相的電容值增大相的電容值增大第66頁/共71頁存在缺陷的套管狀態(tài)良好的套管溫度Iimb1%0.1%第67頁/共71頁1 良好條件2 全部潮濕污染3 嚴重的部分潮