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基于相对值比较法的电容型设备在线状态监测

信息来源:dianrong.biz   时间: 2019-07-26  浏览次数: 18

对电容型电气设备,针对现行预防性试验和传统状态监测方法的局限性,提出了在线状态监测的相对值比较法,通过获取同一母线上的两台电容型设备电流的大小和相位,计算得到电容量的比值和介损的差值,根据测得的电容量比值及介质损耗差值的变化趋势,来判断设备的绝缘状况。在实验室和变电站现场进行了大量的测试试验,试验结果与电桥直接测量法和外接高压标准电容器的电桥法测量结果进行了详细分析比较,结果表明相对值比较法是一种准确有效、经济便捷的在线状态监测方法,具有推广应用价值,一定程度上可以替代需要定期停电的预防性试验,提高电网供电可靠性。

据有关统计分析,电力系统中60%以上的停电事故是由设备绝缘缺陷引起的,电气试验是一种获取电气设备绝缘状况信息的有效手段。电容型设备是指绝缘结构采用电容屏的电气设备,数量约占变电站电气设备的40%左右,其绝缘状态直接影响整个变电站的安全运行。电容量和介质损耗因数,可以较为灵敏有效地反映电容型设备的绝缘状态,是电容型设备电气试验主要获取的电气参数。

1 电容型设备目前的电气试验方法

总体上来说,电力设备的维修是沿着事后维修、定期维修、状态维修这样一个方向发展的。相应地,电气试验在经历了过时的坏了再修的阶段之后,正由定期停电的预防性试验往不停电的状态监测方向发展。目前情况下,包括电容型设备在内的电力设备的电气试验,基本上处于预防性试验与状态监测相结合的阶段,但预防性试验的局限性日益暴露,而状态监测的优越性越来越明显。

1.1 预防性试验方法

目前,对运行中的电容型电力设备进行诊断的主要手段仍是以预防性试验为主,即根据电力设备预防性试验规程的规定,定期地在停电状态下对设备进行试验,一般是用电桥对被试设备施加10kV电压的情况下直接测量电容量和介质损耗因数的绝对值。然而,随着对供电可靠性和试验数据准确性要求的越来越高,预防性试验越来越暴露出其一定的局限性:(1)影响供电可靠性。国外先进电力企业供电可靠率可达99.999%,而2007年,我国供电可靠率最高的上海电力公司和北京电力公司供电可靠率分别为99.977%和99.938%。预防性试验定期地在停电状态下进行,而且不管设备是否有缺陷都要进行停电试验,这就严重影响了供电可靠性。(2)不够经济不够方便。预防性试验往往需要投入大量的人力物力,而且停电时间比较集中,工作量往往比较大。(3)试验数据的有效性问题。预防性试验电压一般为10kV,与设备实际运行工况不一致,试验数据可能不能有效地反映运行中的设备绝缘状态。

1.2 常见的状态监测方法

1.2.1 外接高压标准电容器的电桥法

[1]图1 外接高压标准电容器的电桥法原理图

基于相对值比较法的电容型设备在线状态监测

如图1所示,跟停电预试的电桥法原理基本相同,只不过此时以运行电压作为外加电压,CN为外接的高压标准电容器。该方法的缺点是高压标准电容器体积大、较笨重,在工作现场很难实现。1.2.2 三相不平衡法[2]图2 三相不平衡法原理图

基于相对值比较法的电容型设备在线状态监测

如图2所示,在安装时,调节三个可调电阻使三相电流达到平衡,此时流过R的电压U0为接近0的最小,若以后三相中的某个电容型试品出现缺陷,U0就会出现较明显的变化。该方法的缺点:一是U0的变化不仅与三相试品的绝缘参数有关,同时也与三相电压有关,U0的变化有时候反映的是三相电压的变化而非试品出现了缺陷;二是该法反映的不是试品的特征参数,无法与停电时测得得绝缘参数进行对比;三是该法判断出缺陷时反映不出到底是哪相出现了缺陷;四是以三次谐波为主的谐波干扰对测量结果影响较大。1.2.3 直接监测绝对值法[3]图3 绝对值监测法原理图

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如图3所示,在检测电容电流大小和相位的同时,通过分压器或电压互感器检测试品所在母线的电压和相位,进而计算电容型设备的电容量和介质损耗因数。但该种方法由于小电流信号的干扰问题以及电流、电压取样引起的角差问题,测得数据的精确度往往不够高。

2 电容型设备在线检测的相对值比较法

2.1 相对值比较法在线检测的基本原理

如图所示,即对同一母线上的两台电容型设备,同时获取其电流In和Ix的大小和相位,从而通过便携式测试仪的计算得到电容量的比值和介损的差值。此时,根据测得的电容量比值及介质损耗差值的变化趋势,来判断设备的绝缘状况[4]。图4 相对值比较法原理图

基于相对值比较法的电容型设备在线状态监测

2.2 相对值比较法在线检测的实现2.2.1 便携式测试仪如图5所示,便携式测试仪采用了内置传感器的设计结构,即仪器内部含有两个高精度的穿芯电流传感器,输入阻抗极低,通过对获取的两个电流信号进行比较计算,得出电容量的相对比值和介损的相对差值。图5 便携式测试仪的原理图和实物图

基于相对值比较法的电容型设备在线状态监测

2.2.2 取样单元为带电测试方便进行,确保现场使用的安全,防止意外(如测量引线断开)导致设备末屏开路,应在设备下部安装必要的取样保护单元。由于测试仪的输入阻抗极低,测量时可直接串接在取样回路,与取样保护单元中的元件参数完全无关,所以取样保护单元的设计以取样安全、使用可靠为原则。如图6所示,本系统采用二极管保护的末屏取样方法,对tand及电容量测量结果不受引线长度的影响,如果在测量过程中回路开路,则二极管导通,末屏电压小于5V,导通后可持续通过5A工频电流,保证人身设备安全。图6 取样单元的原理图与实物图

基于相对值比较法的电容型设备在线状态监测

基于相对值比较法的电容型设备在线状态监测

3 试验结果与分析(略)

我们在实验室和变电站现场进行了大量的试验。

3.1 实验室试验

3.1.1 10kV情况下相对值比较法与电桥直接测量法测量结果的比较

实验室试验时,在线检测方法选用的CN为电容量为100.41pF、介损小于0.00001的高压标准电容器,试品选择了9支110kV的CT,试验电压为10kV。两种方法测得的数据结果比较吻合,电容相对误差都在0.7%以内,介损绝对误差都在0.02%以内。

3.1.2 额定运行电压下相对值比较法与外接高压标准电容器的电桥法测量结果的比较

实验室试验时,两种方法选用的CN均为电容量为100.41pF、介损小于0.00001的高压标准电容器,试品选择了9支110kV的CT,试验电压为63.5kV。两种方法测得的数据结果比较吻合,电容相对误差都在0.7%以内,介损绝对误差都在0.02%以内。

3.2 变电站现场试验结果

相对值比较法的测量结果具有较好的稳定性,即当被试设备均未出现绝缘异常时,相对值比较法测得的相对值基本不变。那么,当测得的相对值出现较大变化时,一般就反映了被试设备的异常。

4 相对值比较法在线检测的优缺点

4.1 相对值比较法在线检测的优点

(1)相对停电的预防性试验,不用停电,随时可测,经济且有利于保证供电可靠率,而且是在运行工况下测量,测量结果更准确;(2)相对电桥外高压法,现场试验不用高压标准电容器,方便可行;(3)相对三相不平衡法,测量结果不受母线电压等因素变化的影响,且得到的是绝缘参数的相对值,可以与停电试验结果进行比较;(4)相对绝对值法,排除了负载情况等导致的角差因素的影响,测量结果更精确。

4.2 相对值比较法在线检测的缺点与弥补方法

理论上容易得出,当同一母线上被试的两台设备出现几乎相同的缺陷时,相对值比较法可能检测不到缺陷,这是相对值比较法的理论死角。然而,现实中,该种情况发生的几率非常小。为了确保相对值比较法检测结果的可靠性,条件允许的情况下,我们要求同一母线上至少选择三组以上的设备进行试验比较,这样因为三组设备都出现几乎相同缺陷的可能性几乎为零,也就避免了理论死角现象的发生。同时通过对一台设备本身连续的在线监测结果,比较其长期测量值,亦能提供一定的佐证。

5 小结

论文提出了针对电容型电气设备在线状态监测的相对值比较法,通过比较同一母线上的两台电容型设备电流的大小和相位,计算电容量的比值和介损的差值,判断设备的绝缘状况。通过在实验室和变电站现场进行了大量的测试试验,试验结果表明相对值比较法与电桥直接测量法和外接高压标准电容器的电桥法测量结果,电容相对误差都在0.7%以内,介损绝对误差都在0.02%以内,结果表明相对值比较法是一种准确有效、经济便捷的在线状态监测方法,具有推广应用价值。

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