電力系統(tǒng)在線監(jiān)測與故障診斷課件—第三章 電容型設(shè)備在線監(jiān)測

1、第三章第三章 電容型設(shè)備的在線監(jiān)測電容型設(shè)備的在線監(jiān)測方瑞明方瑞明 博士博士/教授教授Email: 引言 一、電容型設(shè)備的構(gòu)成 電容型設(shè)備是重要的輸變電設(shè)備，包括電力電容器、電容式高壓套管、電容式絕緣電流互感器、電容式電壓互感器，耦合電容器等； 電力電容器大量用于改善功率因數(shù)及降低配電損失等目的，并為輸變電設(shè)備不可缺少的器件。電容式套管是大型變壓器高壓引線絕緣的核心組件。引言 二、電容型設(shè)備的常見故障 以電容式電流互感器為例，其常見絕緣故障及發(fā)生原因如下表。引言 三、常規(guī)的停電試驗方法三、常規(guī)的停電試驗方法 以電容式套管為例，DL/T 596-1996（預(yù)試規(guī)程）規(guī)定的停電試驗項目如下：1、主

2、絕緣及末屏對地絕緣電阻（用兆歐表，直流電壓常為1、2.5或5KV）；2、主絕緣及末屏對地絕緣的介質(zhì)損耗角正切值及電容量（用西林電橋，施加10KV交流）；3、油中溶解氣體分析；4、交流耐壓試驗；5、局部放電試驗。 在大修后或必要時，預(yù)試規(guī)程要求對上述5項都進(jìn)行試驗。而對其中前兩項要求每13年進(jìn)行一次試驗。診斷實例分析診斷實例分析實例實例1：500 kV電容型套管故障電容型套管故障1、500 kV高壓套管參數(shù)n500 kV并聯(lián)電抗器一次高壓套管型式為 GOE1675-1300-2500-06-B, 額定電壓550 kV，額定電流2 500 A。n2005年出廠, 2006年11月投入運行。500

3、kV電容型套管故障電容型套管故障2、設(shè)備試驗、設(shè)備試驗 電抗器高壓套管介質(zhì)損失角出廠試驗值為0.37%,現(xiàn)場驗收試驗值為0.38%。2007年10月9日秋檢預(yù)防性試驗其數(shù)值達(dá)到0587% (試驗數(shù)據(jù)如表所示)。500 kV電容型套管故障電容型套管故障取油樣進(jìn)行色譜分析,結(jié)果如表所示。n判斷：套管絕緣存在缺陷,套管內(nèi)部存在電弧放電電弧放電。500 kV電容型套管故障電容型套管故障處理：處理： 廠家技術(shù)人員確認(rèn)套管上端部密封墊安套管上端部密封墊安裝順序有誤裝順序有誤,造成設(shè)備密封不良,進(jìn)水受潮,出現(xiàn)電孤放電。對設(shè)備進(jìn)行更換。第三章第三章 電容型設(shè)備的在線監(jiān)測電容型設(shè)備的在線監(jiān)測第一節(jié)第一節(jié) 概述概

4、述 一、電容型設(shè)備的監(jiān)測項目一、電容型設(shè)備的監(jiān)測項目 二、電容型設(shè)備在線監(jiān)測的意義二、電容型設(shè)備在線監(jiān)測的意義 三、電容型設(shè)備介質(zhì)損耗的理論知識三、電容型設(shè)備介質(zhì)損耗的理論知識第二節(jié)第二節(jié) 介質(zhì)損耗的監(jiān)測介質(zhì)損耗的監(jiān)測 一、電橋法一、電橋法 二、相位差法二、相位差法 三、數(shù)字分析法三、數(shù)字分析法第一節(jié)概述第一節(jié)概述一、電容型設(shè)備的監(jiān)測項目一、電容型設(shè)備的監(jiān)測項目第一節(jié)第一節(jié) 概述概述二、電容型設(shè)備在線監(jiān)測的意義二、電容型設(shè)備在線監(jiān)測的意義第一節(jié)第一節(jié) 概述概述三、電容型設(shè)備介質(zhì)損耗的理論知識三、電容型設(shè)備介質(zhì)損耗的理論知識第二節(jié)第二節(jié) 介質(zhì)損耗的監(jiān)測介質(zhì)損耗的監(jiān)測u電橋法電橋法u相位差法相位差

5、法u數(shù)字分析法數(shù)字分析法n電橋法電橋法西林電橋法西林電橋法監(jiān)測前，先調(diào)整監(jiān)測前，先調(diào)整C4和和R3，使指零儀指零，監(jiān)測時只要調(diào)整，使指零儀指零，監(jiān)測時只要調(diào)整C4。若試驗電壓中含有某種頻率的諧波分量時，欲使電橋平衡必須若試驗電壓中含有某種頻率的諧波分量時，欲使電橋平衡必須是流過檢流計的基波電流和諧波電流同時為零，一般情況下是是流過檢流計的基波電流和諧波電流同時為零，一般情況下是不可能實現(xiàn)的不可能實現(xiàn)的例如電源中三次諧波的存在就會使電橋兩端始終殘存零點到幾例如電源中三次諧波的存在就會使電橋兩端始終殘存零點到幾毫伏的電壓，并且毫伏的電壓，并且 越大殘存電壓越大越大殘存電壓越大tan第二節(jié)第二節(jié) 介

6、質(zhì)損耗的監(jiān)測介質(zhì)損耗的監(jiān)測第二節(jié)第二節(jié) 介質(zhì)損耗的監(jiān)測介質(zhì)損耗的監(jiān)測第二節(jié)第二節(jié) 介質(zhì)損耗的監(jiān)測介質(zhì)損耗的監(jiān)測第二節(jié)第二節(jié) 介質(zhì)損耗的監(jiān)測介質(zhì)損耗的監(jiān)測一、相位差法一、相位差法過零相位比較法過零相位比較法第二節(jié)第二節(jié) 介質(zhì)損耗的監(jiān)測介質(zhì)損耗的監(jiān)測一、相位差法一、相位差法過零相位比較法過零相位比較法第二節(jié)第二節(jié) 介質(zhì)損耗的監(jiān)測介質(zhì)損耗的監(jiān)測一、相位差法一、相位差法過零相位比較法過零相位比較法第二節(jié)第二節(jié) 介質(zhì)損耗的監(jiān)測介質(zhì)損耗的監(jiān)測一、相位差法一、相位差法過零相位比較法過零相位比較法第二節(jié)第二節(jié) 介質(zhì)損耗的監(jiān)測介質(zhì)損耗的監(jiān)測一、相位差法一、相位差法過零相位比較法過零相位比較法第二節(jié)第二節(jié) 介質(zhì)損

7、耗的監(jiān)測介質(zhì)損耗的監(jiān)測一、相位差法一、相位差法過零相位比較法過零相位比較法第二節(jié)第二節(jié) 介質(zhì)損耗的監(jiān)測介質(zhì)損耗的監(jiān)測二、數(shù)字分析法二、數(shù)字分析法諧波分析法諧波分析法第二節(jié)第二節(jié) 介質(zhì)損耗的監(jiān)測介質(zhì)損耗的監(jiān)測二、數(shù)字分析法二、數(shù)字分析法諧波分析法諧波分析法第二節(jié)第二節(jié) 介質(zhì)損耗的監(jiān)測介質(zhì)損耗的監(jiān)測二、數(shù)字分析法二、數(shù)字分析法諧波分析法諧波分析法第二節(jié)第二節(jié) 介質(zhì)損耗的監(jiān)測介質(zhì)損耗的監(jiān)測二、數(shù)字分析法二、數(shù)字分析法諧波分析法諧波分析法第二節(jié)第二節(jié) 介質(zhì)損耗的監(jiān)測介質(zhì)損耗的監(jiān)測二、數(shù)字分析法二、數(shù)字分析法諧波分析法諧波分析法第二節(jié)第二節(jié) 介質(zhì)損耗的監(jiān)測介質(zhì)損耗的監(jiān)測二、數(shù)字分析法二、數(shù)字分析法諧波分

8、析法諧波分析法第二節(jié)第二節(jié) 介質(zhì)損耗的監(jiān)測介質(zhì)損耗的監(jiān)測二、數(shù)字分析法二、數(shù)字分析法諧波分析法諧波分析法第二節(jié)第二節(jié) 介質(zhì)損耗的監(jiān)測介質(zhì)損耗的監(jiān)測二、數(shù)字分析法二、數(shù)字分析法諧波分析法諧波分析法影響電流和電壓過零的因素有影響電流和電壓過零的因素有: 諧波頻率諧波頻率 諧波正弦波形畸變率諧波正弦波形畸變率 諧波初相角諧波初相角 (4) 試品的介質(zhì)損耗試品的介質(zhì)損耗(1)設(shè)置低通濾波單元濾除三次諧波設(shè)置低通濾波單元濾除三次諧波第二節(jié)第二節(jié) 介質(zhì)損耗的監(jiān)測介質(zhì)損耗的監(jiān)測現(xiàn)場環(huán)境對測試的影響現(xiàn)場環(huán)境對測試的影響1、濕度對測量結(jié)果的影響、濕度對測量結(jié)果的影響環(huán)境濕度大時，電氣設(shè)備表面的污垢塵埃受潮，導(dǎo)電

9、性增強，環(huán)境濕度大時，電氣設(shè)備表面的污垢塵埃受潮，導(dǎo)電性增強，表面電導(dǎo)增大引起較大的電導(dǎo)電流。表面電導(dǎo)增大引起較大的電導(dǎo)電流。濕度大于濕度大于90時的損耗角正切會比正常時大時的損耗角正切會比正常時大23倍倍2、周圍電磁場的影響、周圍電磁場的影響采用加屏蔽罩采用加屏蔽罩第二節(jié)第二節(jié) 介質(zhì)損耗的監(jiān)測介質(zhì)損耗的監(jiān)測數(shù)字化測量法注意問題：數(shù)字化測量法注意問題：（1）電壓電流兩路信號采集的同時性）電壓電流兩路信號采集的同時性（2）保證在一個周期內(nèi)均勻采集到整數(shù)個點數(shù)，以防止出現(xiàn)）保證在一個周期內(nèi)均勻采集到整數(shù)個點數(shù)，以防止出現(xiàn)頻譜泄漏，而導(dǎo)致采樣誤差頻譜泄漏，而導(dǎo)致采樣誤差第二節(jié)第二節(jié) 介質(zhì)損耗的監(jiān)測介

10、質(zhì)損耗的監(jiān)測電容型套管末屏對地的電容型套管末屏對地的tg及電容測量及電容測量試驗接線高壓電容套管的等值電路如圖所示。一些部門和單位，在采用西林電橋測量套管的介質(zhì)損耗因數(shù)時，往往只測電容芯子的介質(zhì)損耗因數(shù)，質(zhì)損耗因數(shù)。由于初期進(jìn)水受潮時，潮氣和水分只進(jìn)入末屏附近的絕緣層，故占總的體積的比例很小，往往反映不出來，給電氣設(shè)備安全運行留下隱患。套管末屏對地的套管末屏對地的tg及電容測量及電容測量試驗接線 右圖示出了油紙?zhí)坠芙^緣的tan與受潮時間的關(guān)系曲線。由曲線可知，當(dāng)受潮120h后，抽壓端子和法蘭間絕緣tan0(曲線1)比開始受潮時已經(jīng)增大許多倍，而導(dǎo)電芯和抽壓端子與接地部分間絕緣的tan 1(曲線

11、2)還沒有明顯變化。因此，要監(jiān)視絕緣的開始受潮階段，測量tan0比測量tan 1要靈敏得多。如圖所示，圖中如圖所示，圖中YA、YB、YC為該三相試品的導(dǎo)納，而用為該三相試品的導(dǎo)納，而用YA、YB、YC 反映周圍相鄰設(shè)備的影響。反映周圍相鄰設(shè)備的影響。第三節(jié)第三節(jié) 介質(zhì)損耗的其他監(jiān)測方法介質(zhì)損耗的其他監(jiān)測方法一、三相不平衡電流法一、三相不平衡電流法圖圖 雜散電流雜散電流Id對對I0的影響示意圖的影響示意圖第三節(jié)第三節(jié) 介質(zhì)損耗的其他監(jiān)測方法介質(zhì)損耗的其他監(jiān)測方法一、三相不平衡電流法一、三相不平衡電流法000ddIIIKII采用該方法監(jiān)測時，應(yīng)主要分析I0測值的縱向（歷史性）變化：由于電源電壓的不

12、平衡，三相試品的阻抗也有差異，原來已導(dǎo)致中性點處有某不平衡電流I0.而當(dāng)某一相試品中出現(xiàn)缺陷時，將使I0改變?yōu)椋↖0+I0）。但由于雜散電流Id的干擾，會影響到中性點電流變化規(guī)律的靈敏程度。為此采用比例值：由于此比例取決于各電流矢量，當(dāng)有一相故障引起I0增大時，K值可能增大，也可能減小，故不能僅用三相不平衡電流測量值的變化來判斷；該方法簡單、造價較低，監(jiān)測儀表可靠性高，可做“初測”使用第三節(jié)第三節(jié) 介質(zhì)損耗的其他監(jiān)測方法介質(zhì)損耗的其他監(jiān)測方法二二、三相不平衡電壓法電路如圖所示，設(shè)備剛安裝完成時，可調(diào)節(jié)可變電阻、，使三相不平衡電壓降到最小的數(shù)值。以后當(dāng)三相試品中有一相或者兩相出現(xiàn)缺陷時，此就會有

13、顯著增加。該方法靈敏度較不平衡電流法高 三相不平衡電壓法原理圖三相不平衡電壓法原理圖在線監(jiān)測三相不平衡電壓的實例第三節(jié)第三節(jié) 介質(zhì)損耗的其他監(jiān)測方法介質(zhì)損耗的其他監(jiān)測方法二、三相不平衡電壓法二、三相不平衡電壓法n該方法簡單易行，但要將試品末屏的接地線解開后才能接入阻抗，不符合規(guī)程中不斷開地線的要求；n該方法無法確定缺陷位于哪一相。第三節(jié)第三節(jié) 介質(zhì)損耗的其他監(jiān)測方法介質(zhì)損耗的其他監(jiān)測方法三、改進(jìn)的三相不平衡法三、改進(jìn)的三相不平衡法n電路如下圖所示：n改用穿心式電流傳感器，采用高速采樣、轉(zhuǎn)換技術(shù)，利用采集的電流的幅值和相位來分析每相試品的及介損正切值。第三節(jié)第三節(jié) 介質(zhì)損耗的其他監(jiān)測方法介質(zhì)損耗

14、的其他監(jiān)測方法n 氣體分析氣體分析參照變壓器參照變壓器n 局部放電局部放電主要以脈沖電流法為主主要以脈沖電流法為主電流傳感器安裝在低壓套管接地線處電流傳感器安裝在低壓套管接地線處一、概述 只有掌握各方面，進(jìn)行全面、科學(xué)的綜合分析，才能做出較為準(zhǔn)確的判斷。例如： 電容型設(shè)備導(dǎo)電部分出現(xiàn)故障時常引起局部嚴(yán)重過熱，可用紅外熱像儀帶電檢測(預(yù)試規(guī)程中對互感器要求在必要時復(fù)測其直流電阻也包含這個目的) 試品受潮，以測tan及C較靈敏； 試品有早期局部放電，局放測量較為靈敏。應(yīng)多種方法配合，取長補短，綜合分析。第四節(jié)第四節(jié) 電容型設(shè)備的故障診斷電容型設(shè)備的故障診斷第四節(jié)第四節(jié) 電容型設(shè)備的故障診斷電容型設(shè)

15、備的故障診斷二、基于二、基于Ix及及tan相對測值的診斷方案相對測值的診斷方案 采用四個特征量： tan相對值（同相、同母線下兩設(shè)備間的比較）、tan相對值差分序列與模型間的殘差、相對電容量（同相、同母線下兩設(shè)備間的比較）、相對電容量差分序列與模型間的殘差。診斷流程如下：二、基于二、基于Ix及及tan相對測值的診斷方案相對測值的診斷方案ntan和和Ix超標(biāo)的判據(jù)流程超標(biāo)的判據(jù)流程第四節(jié)第四節(jié) 電容型設(shè)備的故障診斷電容型設(shè)備的故障診斷三、基于tan測值及其隨時間的變化趨勢的定性診斷 不僅要看tan的當(dāng)前值，還要注意其變化趨勢，并結(jié)合其他帶電檢測方法（紅外測溫）、離線方法進(jìn)一步確診。流程如下：三、基于三、基于tan測值及其隨時間的變化趨勢的定性診斷測值及其隨時間的變化趨勢的定性診斷A：有少量變化，繼續(xù)監(jiān)測，不需采取措施；B：有明顯變化，適當(dāng)時宜離線復(fù)測、紅外測溫