容性負(fù)載電力設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)實(shí)用教案

1、電力設(shè)備絕緣電力設(shè)備絕緣(juyun)的的基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí)第1頁/共71頁第一頁，共71頁。電力設(shè)備的構(gòu)成電力設(shè)備的構(gòu)成(guchng)材料材料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)備主要由兩類不同材料構(gòu)成：q 一類為金屬材料，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；q 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(shè)備中絕緣材料或電介質(zhì)的根本作用，除了(ch le)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

2、導(dǎo)體起機(jī)械固定或隔離作用q上世紀(jì)40年代以前，絕緣問題似乎并不占有重要的作用，但之后?第2頁/共71頁第二頁，共71頁。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(yshng)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)、制造過程中存在質(zhì)量問題，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：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(gzhng)第3頁/共71頁第三頁，共71頁。故障率 (t)Burn-In FailuresRandom Fail

3、uresWear-OutFailuresLifetimeArrangementse.g. caused by Instalation, 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)備的故障率曲線電力設(shè)備的故障率曲線(qxin)第

4、4頁/共71頁第四頁，共71頁。q國外先進(jìn)電力企業(yè)供電可靠性高，最好水平達(dá)到輸配電網(wǎng)年平均每戶停電次數(shù)為0.1次，平均停電時(shí)間不超過4分鐘，供電可靠率可達(dá)99.999%。大城市供電網(wǎng)絡(luò)敷設(shè)地下電纜，電網(wǎng)線損率可降低到4.5%。開關(guān)多數(shù)實(shí)現(xiàn)無油化，基本實(shí)現(xiàn)變電站無人值守。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(duì)用戶的年平均停電次數(shù)為1.96次（不包括瞬時(shí)停電）。超高

5、壓輸電線路穩(wěn)定極限低，電網(wǎng)有功調(diào)峰、無功補(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，線路間聯(lián)絡(luò)差，互供能力不足。農(nóng)村電網(wǎng)薄弱，供電損耗高，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(hào)）號(hào)）第5頁/共71頁第五頁，共71頁。 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(如變壓器分接開關(guān)、套管等)認(rèn)真選購 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)格車間檢驗(yàn)、出廠(ch chng)試驗(yàn)、增加局放試驗(yàn)等

6、。 生產(chǎn)生產(chǎn)(shngchn)(shngchn)過程的措施（制造廠家）過程的措施（制造廠家） 投運(yùn)后的試驗(yàn)和維修策略（運(yùn)行投運(yùn)后的試驗(yàn)和維修策略（運(yùn)行(ynxng)(ynxng)部門）部門） 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)備的故障、避免和減少損失？第6頁/共71頁第六頁，共71頁。電力設(shè)備試驗(yàn)電力設(shè)備試驗(yàn)(shyn)的分類的分類q按類型分類：型式試驗(yàn)、出廠試驗(yàn)、交接驗(yàn)收試驗(yàn)、預(yù)防性試驗(yàn)等； q設(shè)計(jì)(shj)定型型式試驗(yàn)地點(diǎn)在認(rèn)證機(jī)構(gòu)q制造完出廠前出廠試驗(yàn)地點(diǎn)在廠家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

7、質(zhì)和要求分類：絕緣試驗(yàn)、特性試驗(yàn)；q絕緣試驗(yàn)的分類：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/共71頁第七頁，共71頁。設(shè)備投入運(yùn)行后的試驗(yàn)預(yù)防性試驗(yàn)：離線試驗(yàn)、在線試驗(yàn)；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；在線檢測(cè)目前(mqin)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/共71頁第八頁，共71頁。電力設(shè)備試驗(yàn)和維修策略的發(fā)展電力設(shè)備試驗(yàn)和維修策略的發(fā)展(fzhn)歷歷程程 事故維修（壞了再修，第二

8、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(zhngzi)逐步開展） （以在線監(jiān)測(cè)為基礎(chǔ)，科學(xué)、可靠、經(jīng)濟(jì)、可預(yù)見）第9頁/共71頁第九頁，共71頁。q這幾種維修方法并不互相(h xing)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；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：qUb f (R, tan, PD, DGA, )?事故維修、定期(dngq)維修、狀態(tài)維修三種策略第10頁/共71頁第十頁，共71頁。

9、電力設(shè)備使用壽命與應(yīng)力電力設(shè)備使用壽命與應(yīng)力(yngl)(yngl)之間的關(guān)系之間的關(guān)系 第11頁/共71頁第十一頁，共71頁。具體問題要具體分析，不宜(by)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(fn li)原則第12頁/共71頁第十二頁，共71頁。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(xtng)的價(jià)值分析 采用在線(zi xin)監(jiān)測(cè)時(shí)的投入產(chǎn)出的分析(fnx) 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)查及消除的支出 對(duì)故障設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)所得知識(shí)的得益

10、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 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)(jizh)中的功率損耗 P = UIRx = UICx tg= U2Cx tg （4-1）tg為介質(zhì)(jizh)損失角的正切，一般均比較小。圖41 介質(zhì)絕緣的等值電路(dinl)和向量圖 第41頁/共71頁第四十一頁，共71頁。如果(rgu)絕緣內(nèi)的缺陷不是

11、分布性而是集中性的，則tg 有時(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)(bnglin)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 222212122x2tgUtg

12、UtgV212211x2211CCtgCtgCCtgCtgCtg從而(cng r)第42頁/共71頁第四十二頁，共71頁。由（4-2）式可知， 越小，則C2中缺陷（tg 2增大(zn d)）在測(cè)整體的tg 時(shí)越難發(fā)現(xiàn)。 圖4-2 tg U關(guān)系(gun x)曲線x2CC第43頁/共71頁第四十三頁，共71頁。4.1 4.1 測(cè)tgtg用的西林(x ln)(x ln)電橋圖4-3 QS1型電橋的基本線路(xinl)（a）正接法；（b）反接法第44頁/共71頁第四十四頁，共71頁。圖44 電橋(din qio)平衡時(shí)的相量圖第45頁/共71頁第四十五頁，共71頁。由圖4-4（b）可得 444DB4D

13、BR4C4RCRUCUIItg由UDA = UDB，可得IxR3 = INZ4 = INR4 ，于是(ysh)ICx = Ixcos 。再由tg112tg11RRI234NUICxcxxUICxNN，34N234NxRRCtg11RRCC（46）故通常(tngchng)取R4為 歐，故（4-5）式成為1044644C10C10100tg法 = 微法(wi f) 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/共71頁第四十六頁，共71頁。4.2 用電橋法進(jìn)行tg在線(zi xin)檢測(cè) 圖4-5 采用(ciyng)高壓標(biāo)準(zhǔn)電容器CN以正接法測(cè)量tg第47頁/共71頁第

14、四十七頁，共71頁。為解決現(xiàn)場(chǎng)沒有很高電壓的標(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，如果此差值與過去有顯著變化，往往反映某一試品有問題(wnt)。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(cnzi)tgN時(shí)測(cè)量tg的相量圖第48頁/共71頁第四十八頁，共71頁。)tg(RCtgNx44mNxNxmtgtg1tgtgtg或（47）對(duì)于(duy)tgN1， tgN 1，故 Nxmtgtgtg（48）Nmxtgtgtg或第49頁/共71頁第四十九頁，共71頁。 為解決

15、在現(xiàn)場(chǎng)只有低壓標(biāo)準(zhǔn)電容器而無高壓(goy)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)(xinchng)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)(biozhn)電容器CN而組成的電橋法 第50頁/共71頁第五十頁，共71頁。4.3 tg及C的在線(zi xin)監(jiān)測(cè) 圖4-8 tg在線(zi xin)監(jiān)測(cè)儀的原理框圖第51頁/共71頁第五十一頁

16、，共71頁。圖4-8為國內(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(diny)互感器處獲得 ，它反映了加在試品上的電壓(diny) 。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/共71頁第五十二頁，共71頁。為了(wi le)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)鐘脈沖來計(jì)數(shù)，其示

17、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)過過零轉(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/共71頁第五十三頁，共71頁。圖4-10 用過零轉(zhuǎn)換移相相與(xingy)的原理測(cè)角的原理圖第54頁/共71頁第五十四頁，共71頁。為提高(t go)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 零整 形過 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)(xnho)的預(yù)處理及校正回路第55頁/共71頁第五十五頁

18、，共71頁。也可采用(ciyng)加進(jìn)電子開關(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 波低 通濾 波UuUi電 子開 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(dinl)來測(cè)量tg第56頁/共71頁第五十六頁，共71頁。Presco AG介損測(cè)量(cling)電橋高精度自動(dòng)(zdng)、手動(dòng)電容及介損測(cè)量電橋TG-1通用型全自動(dòng)電容(dinrng)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/共71頁第五十七頁，共71頁。Presco

19、AGI = U * * C這里(zhl) = 2 * * f電流比較法工作(gngzu)原理第58頁/共71頁第五十八頁，共71頁。Presco AGIN . NN = IX . NX 或者或者(huzh)Utest . . CN . NN = Utest . . CX . NX CX = CN . NN / NX第59頁/共71頁第五十九頁，共71頁。Presco AG可以手動(dòng)平衡，也可全自動(dòng)平衡 (獨(dú)一無二的設(shè)計(jì))通過試品的最大電流 35A通過標(biāo)準(zhǔn)(biozhn)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

20、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/共71頁第六十頁，共71頁。Presco AG全自動(dòng)電橋平衡通過試品的最大電流 5A通過標(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電壓(diny)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(diny)測(cè)量精度 量程的2%2位第61頁/共71頁第六十一頁，共71頁。Presco AG全自動(dòng)電橋平衡通過試品的最大電流 15A通過標(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(xingwi)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/共71頁第六十二頁，共71頁。第63頁/共71頁第六十三頁，共71頁。BSD IPD 傳感器B 平衡平衡(pnghng)單單元元- 求和求和