容性負(fù)載電力設(shè)備的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)PPT課件

1、電力設(shè)備絕緣的基礎(chǔ)知識(shí)電力設(shè)備絕緣的基礎(chǔ)知識(shí)第1頁(yè)/共71頁(yè)電力設(shè)備的構(gòu)成材料電力設(shè)備的構(gòu)成材料q電力設(shè)備是電力系統(tǒng)的構(gòu)成元件 q電力設(shè)備是機(jī)械與電磁相結(jié)合的裝備q電力設(shè)備主要由兩類(lèi)不同材料構(gòu)成： 一類(lèi)為金屬材料，包括銅、鋁等導(dǎo)電材料，硅鋼片等導(dǎo)磁材料，鑄鐵、鋼板等外殼或結(jié)構(gòu)材料； 另一類(lèi)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(shè)備中絕緣材料或電介質(zhì)的根本作用，除了在電容器中有儲(chǔ)能這一特殊要求外，在其它絕大多數(shù)場(chǎng)合中，只是防止電流向不希望的方面流動(dòng)，以及對(duì)不同電位的導(dǎo)體起機(jī)械固定或隔離作用q上世紀(jì)40年代以前，絕緣問(wèn)題似乎并不占有

2、重要的作用，但之后?第2頁(yè)/共71頁(yè)q相對(duì)于金屬材料，絕緣材料尤其是有機(jī)絕緣材料，容易老化變質(zhì)而使其機(jī)電強(qiáng)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(shè)備的絕緣缺陷引起的；q潛伏性故障設(shè)計(jì)、制造過(guò)程中存在質(zhì)量問(wèn)題，安裝運(yùn)輸中出現(xiàn)損壞；q運(yùn)行中故障由于電、熱、機(jī)械、化學(xué)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(lèi)：集中性缺陷、分布性缺陷；電力設(shè)備的故障電力設(shè)備的故障第3頁(yè)/共71頁(yè)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(shè)備的故障率曲線(xiàn)電力設(shè)備的故障率曲線(xiàn)第4頁(yè)/共71頁(yè)q國(guó)外先進(jìn)電力企業(yè)供電可靠性高，最好水平達(dá)到輸配電網(wǎng)年平均每戶(hù)停電次數(shù)為0.1次，平均停電時(shí)間不超過(guò)4分鐘，供電可靠率可達(dá)99.

4、999%。大城市供電網(wǎng)絡(luò)敷設(shè)地下電纜，電網(wǎng)線(xiàn)損率可降低到4.5%。開(kāi)關(guān)多數(shù)實(shí)現(xiàn)無(wú)油化，基本實(shí)現(xiàn)變電站無(wú)人值守。由于自動(dòng)化和信息化技術(shù)的應(yīng)用，使其售電量增長(zhǎng)和公司職工人數(shù)增長(zhǎng)的比例達(dá)到很高的水平(一流企業(yè)達(dá)到100:4)。q與這些數(shù)據(jù)相比較，國(guó)家電網(wǎng)公司2002年平均線(xiàn)損率仍為6.91%，10千伏用戶(hù)供電可靠率為99.906%，最低的省公司10千伏用戶(hù)供電可靠率只有99.664%。對(duì)用戶(hù)的年平均停電次數(shù)為1.96次（不包括瞬時(shí)停電）。超高壓輸電線(xiàn)路穩(wěn)定極限低，電網(wǎng)有功調(diào)峰、無(wú)功補(bǔ)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(xiàn)路間聯(lián)絡(luò)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(wú)人值班變電所比例小。根據(jù)根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司科技發(fā)展規(guī)劃國(guó)家電網(wǎng)公司科技發(fā)展規(guī)劃(200320052010)公布數(shù)據(jù)（國(guó)家電網(wǎng)科公布數(shù)據(jù)（國(guó)家電網(wǎng)科2003285號(hào)）號(hào)）第5頁(yè)/共71頁(yè) 設(shè)計(jì)上： 研究改善電場(chǎng)分布、降低最大場(chǎng)強(qiáng)； 配件上： 對(duì)配件(如變壓器分接開(kāi)關(guān)、套管等)認(rèn)真選購(gòu) 及試驗(yàn)； 工藝上： 提高油紙絕緣包纏、干燥、浸漬質(zhì)量； 試驗(yàn)上： 嚴(yán)格車(chē)間檢驗(yàn)、出廠(chǎng)試驗(yàn)、增加局放試驗(yàn)等。 生產(chǎn)過(guò)程的措施（制造廠(chǎng)家）生產(chǎn)過(guò)程的措施（制造廠(chǎng)家） 投運(yùn)后的試驗(yàn)和維修策略（運(yùn)行部門(mén)）投運(yùn)后的試驗(yàn)和維修策略（運(yùn)行部門(mén)） 加強(qiáng)試驗(yàn)和維修如何減少電力設(shè)備的故障、避免和減少損失？如何減少電力設(shè)

6、備的故障、避免和減少損失？第6頁(yè)/共71頁(yè)電力設(shè)備試驗(yàn)的分類(lèi)電力設(shè)備試驗(yàn)的分類(lèi)q按類(lèi)型分類(lèi)：型式試驗(yàn)、出廠(chǎng)試驗(yàn)、交接驗(yàn)收試驗(yàn)、預(yù)防性試驗(yàn)等； q設(shè)計(jì)定型型式試驗(yàn)地點(diǎn)在認(rèn)證機(jī)構(gòu)q制造完出廠(chǎng)前出廠(chǎng)試驗(yàn)地點(diǎn)在廠(chǎng)家q制造商與運(yùn)行商之間的交接交接驗(yàn)收試驗(yàn)地點(diǎn)在現(xiàn)場(chǎng)q投入運(yùn)行后的運(yùn)行中預(yù)防性試驗(yàn)地點(diǎn)在現(xiàn)場(chǎng)q按性質(zhì)和要求分類(lèi)：絕緣試驗(yàn)、特性試驗(yàn)；q絕緣試驗(yàn)的分類(lèi)：非破壞性試驗(yàn)(試驗(yàn)電壓低)、破壞性試驗(yàn)(試驗(yàn)電壓高)；第7頁(yè)/共71頁(yè)設(shè)備投入運(yùn)行后的試驗(yàn)q預(yù)防性試驗(yàn)：離線(xiàn)試驗(yàn)、在線(xiàn)試驗(yàn)；q常規(guī)預(yù)防性試驗(yàn)的缺點(diǎn)：試驗(yàn)時(shí)需要停電；試驗(yàn)時(shí)間集中、工作量大；試驗(yàn)電壓低、試驗(yàn)周期長(zhǎng)，靈敏性、有效性值得研究；q在線(xiàn)檢測(cè)目

7、前并不能完全取代常規(guī)預(yù)防性試驗(yàn)：大多局限于測(cè)量工頻運(yùn)行電壓下的絕緣參量；無(wú)法測(cè)量電力設(shè)備在高于運(yùn)行電壓下的參量；迄今尚未形成統(tǒng)一的判斷標(biāo)準(zhǔn)。第8頁(yè)/共71頁(yè)電力設(shè)備試驗(yàn)和維修策略的發(fā)展歷程電力設(shè)備試驗(yàn)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(xué)） 定期維修（按固定時(shí)間周期維修，當(dāng)前多數(shù)情況） （維修過(guò)量、維修不足） 狀態(tài)維修（以運(yùn)行狀態(tài)決定維修周期，正在逐步開(kāi)展） （以在線(xiàn)監(jiān)測(cè)為基礎(chǔ)，科學(xué)、可靠、經(jīng)濟(jì)、可預(yù)見(jiàn)）第9頁(yè)/共71頁(yè)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(shè)備狀況的結(jié)論；

8、q迄今為止，尚不能完全建立測(cè)量數(shù)據(jù)與設(shè)備狀況之間的直接關(guān)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(yè)/共71頁(yè)電力設(shè)備使用壽命與應(yīng)力之間的關(guān)系電力設(shè)備使用壽命與應(yīng)力之間的關(guān)系 第11頁(yè)/共71頁(yè)具體問(wèn)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(cè)？事故維修定期維修狀態(tài)維修YYYYNNNN電力設(shè)備維修策略的分類(lèi)原則第12頁(yè)/共71頁(yè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的價(jià)值分析 采用在線(xiàn)監(jiān)測(cè)時(shí)的投入產(chǎn)出的分析 不采用時(shí)的費(fèi)用 采用時(shí)費(fèi)用 由于風(fēng)險(xiǎn)所致的損失(宜計(jì)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(wù)的支出 對(duì)故障進(jìn)行調(diào)查及消除的

9、支出 對(duì)故障設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)所得知識(shí)的得益 監(jiān)測(cè)評(píng)估及選用的支出 監(jiān)測(cè)設(shè)備的投資及運(yùn)行費(fèi)用 設(shè)備負(fù)荷最大利用能力的提高 基于對(duì)少量的檢測(cè)而可獲得大量的該類(lèi)設(shè)備性能的得益 對(duì)運(yùn)行人員安全性的改善 對(duì)環(huán)境保護(hù)的改善 $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ B $ $ $ B $ $ 各欄累加后,可得采用該在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)前后的費(fèi)用及得益 ? ? q $表示支出費(fèi)用，IRx,甚小。介質(zhì)中的功率損耗 P = UIRx = UICx tg= U2Cx tg （4-1）tg為介質(zhì)損失角的正切，一般均比較小。圖41 介質(zhì)絕緣的等值電路和向量圖 第41頁(yè)/共71頁(yè)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(shí)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(zhì)損耗占被試絕緣全部介質(zhì)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(cè)tg 法就越不靈敏。對(duì)于象電機(jī)、電纜這類(lèi)電氣設(shè)備，由于運(yùn)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(dāng)被試品絕緣由不同的介質(zhì)組成時(shí)，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(zhì)損耗為其兩個(gè)組成部分介質(zhì)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(yè)/共71頁(yè)由（4-2）式可知， 越小，則C2中缺陷（tg 2增大）在測(cè)整體的tg 時(shí)越難發(fā)現(xiàn)。 圖4-2 tg U關(guān)系曲線(xiàn)x2CC第43頁(yè)/共71頁(yè)4.1 4.1 測(cè)tgtg用的西林電橋圖4-3 QS1型電橋的基本線(xiàn)路（a）正接法；（b）反接法第44頁(yè)/共71頁(yè)圖44 電橋平衡時(shí)的相量圖第45頁(yè)/共71頁(yè)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(dāng)電橋調(diào)到平衡時(shí)，C4的微法數(shù)就是等于被試品的tg值。第46頁(yè)/共71頁(yè)4.2 用電橋法進(jìn)行tg在線(xiàn)檢測(cè) 圖4-5 采用高壓標(biāo)準(zhǔn)電容器CN以正接法測(cè)量tg第47頁(yè)/共71頁(yè)為解決現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有很高電壓的標(biāo)準(zhǔn)電容器的困難，不少單位采用掛在同相線(xiàn)路上各電容型試品相互作對(duì)比的方法，測(cè)得各電容型試品的tg的差值，如果此差值與過(guò)去有顯著變化，往往反映某一試品有問(wèn)題。應(yīng)用得較多的是選定某幾臺(tái)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(dāng)作“標(biāo)準(zhǔn)”電容器使用。 圖46 存在tgN時(shí)測(cè)量tg的相量圖第48頁(yè)

13、/共71頁(yè))tg(RCtgNx44mNxNxmtgtg1tgtgtg或（47）對(duì)于tgN1， tgN 1，故 Nxmtgtgtg（48）Nmxtgtgtg或第49頁(yè)/共71頁(yè) 為解決在現(xiàn)場(chǎng)只有低壓標(biāo)準(zhǔn)電容器而無(wú)高壓標(biāo)準(zhǔn)電容器的困難，可采用電壓互感器配以低電壓標(biāo)準(zhǔn)電容器CN的方案，其原理如圖4-7。這時(shí)對(duì)該電壓互感器的角差 大小及其線(xiàn)性度等須予以重視，因?yàn)楸粶y(cè)的試品Cx的tg常是很小的數(shù)值。 在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)時(shí)，一般選CN為10003000pF。而試品真實(shí)的tgx與電橋上讀數(shù)tgm的關(guān)系為 cN4NmxtgtgRCtgtg圖4-7 用電壓互感器配低壓標(biāo)準(zhǔn)電容器CN而組成的電橋法 第50頁(yè)/共71頁(yè)4.

14、3 tg及C的在線(xiàn)監(jiān)測(cè) 圖4-8 tg在線(xiàn)監(jiān)測(cè)儀的原理框圖第51頁(yè)/共71頁(yè)圖4-8為國(guó)內(nèi)外應(yīng)用較為廣泛的用傳感器、移相器及自動(dòng)平衡裝置來(lái)測(cè)量C及tg的原理框圖。由被試品Cx接地側(cè)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(yīng)滯后一個(gè)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(zhì)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(cè)tg的相量圖第52頁(yè)/共71頁(yè)為了能準(zhǔn)確地讀出此很小的角差，可采用了單片機(jī)或計(jì)算機(jī)里的時(shí)鐘脈沖來(lái)計(jì)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(hào)Ui及Uu分別經(jīng)過(guò)過(guò)零轉(zhuǎn)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(hào)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(yè)/共71頁(yè)圖4-10 用過(guò)零轉(zhuǎn)換移相相與的原理測(cè)角的原理圖第54頁(yè)/共71頁(yè)為提高測(cè)量的準(zhǔn)確性，可加進(jìn)圖4-11那樣的預(yù)處理電路 。低 通濾 波低 通濾 波帶 通濾 波帶 通濾 波過(guò) 零整 形過(guò) 零整 形數(shù)字電路計(jì)算機(jī)UuUi圖4-11 對(duì)Uu及Ui信號(hào)的預(yù)處理及校正回路第55頁(yè)/共71頁(yè)也可采用加進(jìn)電子開(kāi)關(guān)后，用同一套預(yù)處理電路進(jìn)行處理，其原理圖如圖4-12。 低 通濾 波

16、低 通濾 波UuUi電 子開(kāi) 關(guān)去 直穩(wěn) 零波 形整 形相 位鑒 別計(jì)算機(jī)圖4-12 用同一套預(yù)處理電路來(lái)測(cè)量tg第56頁(yè)/共71頁(yè)P(yáng)resco AG介損測(cè)量電橋高精度自動(dòng)、手動(dòng)電容及介損測(cè)量電橋TG-1通用型全自動(dòng)電容及介損測(cè)量電橋TG-3高精度全自動(dòng)電容及介損測(cè)量電橋TG-4現(xiàn)場(chǎng)型全自動(dòng)電容及介損測(cè)量電橋FT-12有效排除現(xiàn)場(chǎng)干擾采用先進(jìn)的電流比較法第57頁(yè)/共71頁(yè)P(yáng)resco AGI = U * * C這里這里 = 2 * * f電流比較法工作原理第58頁(yè)/共71頁(yè)P(yáng)resco AGIN . NN = IX . NX 或者或者Utest . . CN . NN = Utest . .

17、CX . NX CX = CN . NN / NX第59頁(yè)/共71頁(yè)P(yáng)resco AG可以手動(dòng)平衡，也可全自動(dòng)平衡 (獨(dú)一無(wú)二的設(shè)計(jì))通過(guò)試品的最大電流 35A通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)電容器的最大電流 30mA電容測(cè)量范圍 0.1CN.10000CN介質(zhì)損耗測(cè)量范圍 110-5.1電壓測(cè)量范圍 10V.1MV 電容測(cè)量精度 0.01%相位測(cè)量精度 0. 2mrad讀數(shù)的2% 電壓測(cè)量精度 量程的1%2位第60頁(yè)/共71頁(yè)P(yáng)resco AG全自動(dòng)電橋平衡通過(guò)試品的最大電流 5A通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)電容器的最大電流 30mA電容測(cè)量范圍 0.1CN.1000CN(可擴(kuò)充到10000 xCN)介質(zhì)損耗測(cè)量范圍 110-5.1電

18、壓測(cè)量范圍 10V.1MV 電容測(cè)量精度 0.01%相位測(cè)量精度 0. 02mrad顯示值的2% 電壓測(cè)量精度 量程的2%2位第61頁(yè)/共71頁(yè)P(yáng)resco AG全自動(dòng)電橋平衡通過(guò)試品的最大電流 15A通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)電容器的最大電流 30mA電容測(cè)量范圍 0.1CN.10000CN介質(zhì)損耗測(cè)量范圍 110-4.1電壓測(cè)量范圍 10V.1MV 電容測(cè)量精度 0.1%相位測(cè)量精度 0. 2mrad顯示值的1% 電壓測(cè)量精度 量程的1%2位第62頁(yè)/共71頁(yè)第63頁(yè)/共71頁(yè)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(jì)零位計(jì)S第64頁(yè)/共71頁(yè)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(gè)矢量。從這個(gè)矢量的相位上可以看出存在缺陷的相以及缺陷的類(lèi)型。第65頁(yè)/共71頁(yè)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(yè)/共71頁(yè)存在缺陷的套管狀態(tài)良好的套管溫度Iimb1%0.1%第67頁(yè)/共71頁(yè)1 良好條件2 全部潮濕污染3 嚴(yán)重的部分潮