電容型絕緣結(jié)構(gòu)高壓電氣設(shè)備在線監(jiān)測(cè)

1、電容型絕緣結(jié)構(gòu)高壓電氣設(shè)備在線監(jiān)測(cè)陳涇汶黃以華廈門電業(yè)局）（福建廈門電廠摘要：電力系統(tǒng)中運(yùn)行著大量電容型絕緣結(jié)構(gòu)的高壓電氣設(shè)備，通過在線監(jiān)測(cè)以掌握設(shè)備健康水平，摸清缺陷發(fā)展、絕緣劣化的規(guī)律，為設(shè)備實(shí)施狀態(tài)檢修提供科學(xué)依據(jù)。本文結(jié)合電容型設(shè)備在線監(jiān)測(cè)的絕緣特征參數(shù)介紹上海思源電器提供的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)使用中的體會(huì)。關(guān)鍵詞：在線監(jiān)測(cè)；絕緣結(jié)構(gòu)；介質(zhì)損；末屏電流；特征參數(shù)；電容型絕緣結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)述電力系統(tǒng)中運(yùn)行著大量的電容型絕緣結(jié)構(gòu)的電氣設(shè)備如：高壓電容型套管、高壓電容型電流互感器、藕合電容器等。這種絕緣結(jié)構(gòu)有內(nèi)絕緣和外絕緣，內(nèi)絕緣或稱主絕緣是圓柱形的電容芯子，外絕緣一般是瓷套兼作內(nèi)絕緣和浸漬礦物油的容器

2、。內(nèi)絕緣的電容芯子是按照一定的設(shè)計(jì)要求卷制而成，各層電容量均勻遞減使首屏到末屏的電位梯度均勻分布。電容極板一般用鋁箔，極間介質(zhì)要用耐電強(qiáng)度高、介電系數(shù)大、介質(zhì)損耗小、機(jī)械強(qiáng)度高的電容紙、薄膜或不透油單面上改性環(huán)氧樹脂的膠紙，因此電容芯子有油紙電容芯和膠紙電容芯之分。因?yàn)殡娙萜骷埵怯衫w維組成的多孔介質(zhì)，其中纖維占其體積的，由于多孔性和纖維的吸濕性很強(qiáng)，電容器紙含水量約一，為了提高其電氣性能，電容紙必須經(jīng)干燥后浸漬于電氣性能良好的液體介質(zhì)中，因此油紙電容型絕緣結(jié)構(gòu)的電氣設(shè)備都有瓷套作為外絕緣，整個(gè)設(shè)備為密封式結(jié)構(gòu)。膠紙電容器芯成形后經(jīng)熱處理使樹脂固化，再切削兩端呈圓錐體形狀又經(jīng)幾次上防潮漆和烘干后

3、成為機(jī)械強(qiáng)度很高的電容芯。由于電容型絕緣結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)合理、體積小、絕緣利用系數(shù)高的優(yōu)點(diǎn)，所以也相應(yīng)要求工藝水平高才能保證絕緣運(yùn)行中能承受高電壓和大電流的要求。絕緣的特征參數(shù)及其隨局部缺陷發(fā)展而變化的規(guī)律電容型絕緣結(jié)構(gòu)的電性能可以等值為多組電容、電阻串并聯(lián)的組合電路，絕緣預(yù)防性試驗(yàn)測(cè)取的特征參數(shù)主要是絕緣的等值電容和介質(zhì)損。工程上應(yīng)用的各種絕緣材料在交流電場(chǎng)的作用下，介質(zhì)中除了由電導(dǎo)和周期性極化電荷移動(dòng)引起的能量損耗外，還有一些附加雜質(zhì)引起的損耗如介質(zhì)受潮、臟污及介質(zhì)內(nèi)部氣隙在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下發(fā)生游離放電等都將引起額外的介質(zhì)損耗。設(shè)厚度為的介質(zhì)內(nèi)部含有一個(gè)厚度為的空氣隙，其軸線與電力線平行，如示意

4、圖及等效電路圖：下日上圖中：二、為與空氣隙串聯(lián)介質(zhì)的等效電容；西分別為空氣隙的等效電容阻、。為除、以外其余介質(zhì)的等效電容與電阻；由于通常氣隙尺寸不大，一般：巳，若令百則有：實(shí)測(cè)電容口邑魯。實(shí)測(cè)介損：萬由蟾島當(dāng)時(shí)，嚕嗚坑上式說明實(shí)測(cè)介質(zhì)的介損不能有效反映缺陷部位的損傷程度和缺陷發(fā)展，給進(jìn)一步缺陷診斷帶來困難。我們對(duì)等值電路作進(jìn)一步數(shù)學(xué)分析可得到：介質(zhì)電容增量相對(duì)值，試品絕緣地端電流增量相對(duì)值，試品介質(zhì)增量和三相中性點(diǎn)不平衡電壓（或三相絕緣地端電流矢量和）與缺陷部位介損館的關(guān)系式：簣幽麗等蛾麗曲線曲線培已蠆砰曲線肘根據(jù)上列三式可作出試品介電特性與局部缺陷部位介損葛的關(guān)系曲線：。舌吾。以“人，。，夕

5、。實(shí)測(cè)某三相試品中一相有局部缺陷其館以變化時(shí)，隨著喀以的增大，其總體、巳、峨和的變化，數(shù)據(jù)如下表：占），哺】，饃）擅）了丁綜上可知，當(dāng)局部缺陷部位的培以時(shí)，試品整體隨的增大而上升，但當(dāng)缺陷繼續(xù)發(fā)展使以時(shí)，試品整體的隨的增大反而下降。、和卻隨以全范圍的增加而上升，可以較靈敏地反映缺陷的發(fā)展。所以在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的特征參數(shù)比預(yù)防性試驗(yàn)增加了：、和或。一容性設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)我市變電站安裝運(yùn)行一套上海思源一容性設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，運(yùn)行中經(jīng)受電力系統(tǒng)故障、雷擊、倒閘操作、設(shè)備末屏內(nèi)部斷線以及氣候異常等各種復(fù)雜因素的考驗(yàn)，監(jiān)測(cè)裝置工作正常，對(duì)絕緣特征參數(shù)的變化反應(yīng)靈敏，現(xiàn)就該裝置的一些特點(diǎn)作如下簡(jiǎn)述：監(jiān)測(cè)裝

6、置的系統(tǒng)組成：控傳懋需試（制箱口一信號(hào)調(diào)理箱一、二次系信號(hào)采口品儼口一統(tǒng)隔離樣采用德國(guó)進(jìn)口的優(yōu)質(zhì)無損電容器附以閃電過電流和過電壓保護(hù)電路組成傳感器，以電容分壓器的方式串聯(lián)在試品末屏與地之間取得交流約的信號(hào)電壓，這種傳感技術(shù)有別于從設(shè)備末屏地線上通過電磁耦合線圈獲取末屏地端電流信號(hào)的傳統(tǒng)方法，具有如下特點(diǎn)：選用優(yōu)質(zhì)無損電容器其介質(zhì)損耗很小，使電容傳感器的接入幾乎不消耗被測(cè)信號(hào)的功率而具有良好的靜態(tài)特性（如靈敏度、準(zhǔn)確度、線性度、分辨率）和動(dòng)態(tài)特性（如頻率響應(yīng)特性）滿足測(cè)量要求，監(jiān)測(cè)精度達(dá)到：介損：（）：分辨率：；分辨率：；電容：（讀數(shù)）；優(yōu)質(zhì)電容器可做成小的電壓及溫度系數(shù)，其溫度特性在一范圍內(nèi)，

7、角度變化小于，滿足精密測(cè)量要求。電容器制造中固有的自屏蔽及采用屏蔽雙絞電纜傳輸信號(hào)使裝置具有較強(qiáng)的抗干擾能力。這種將試品末屏的接地線斷開直接串入電容分壓器獲取監(jiān)測(cè)信號(hào)的直接耦合方式。由于試品與監(jiān)測(cè)裝置之間沒有隔離，如系統(tǒng)發(fā)生過電壓而萬一過電壓保護(hù)不能立即起作用，將對(duì)后面的電子線路和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)造成災(zāi)難性后果，為此，為確保末屏接地的安全可靠，傳感器的分壓電容器是用多個(gè)電容器并聯(lián)且分別在傳感器和信號(hào)調(diào)理箱（將傳感器獲取的電壓信號(hào)調(diào)節(jié)為交流左右以便和后續(xù)單元很好匹配）內(nèi)共安裝四道沖擊（閃電）過電流和過電壓保護(hù)，同時(shí)在信號(hào)進(jìn)入計(jì)算機(jī)前還設(shè)置了信號(hào)的隔離電路（一，二次隔離電路）。運(yùn)行證明這些措施能保證末屏

8、接地和計(jì)算機(jī)安全。監(jiān)測(cè)的絕緣特征參數(shù)：對(duì)容性高壓電氣設(shè)備絕緣監(jiān)測(cè)參數(shù)有介損損蟾、電容增量、末屏電流增量和三相設(shè)備末屏電流矢量廠等為傳統(tǒng)的絕緣監(jiān)測(cè)特征量，以試品末屏電流為基準(zhǔn)的直接相位比較，繞過介損測(cè)量需測(cè)母線電壓相位的關(guān)卡既簡(jiǎn)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)又增強(qiáng)抗共模干擾能力，從而提高介損相對(duì)變化值測(cè)量的精度，此方法確有獨(dú)到之處?；榛鶞?zhǔn)的直接相位比較法是將變電站內(nèi)同母線段上同相別的各單元試品的末屏電流（作用電壓是同母線同相別的電壓）相互間的相位差角確定為該試品末屏電流相位的基準(zhǔn)。如峪變電站段母線有母聯(lián)、主變、線路和等四個(gè)單元的電流互感器（）和主變電容型套管（）的、每相均有個(gè)試品，現(xiàn)舉例說明主變單元電流互感器的相

9、末屏電流基準(zhǔn)相位如何確定：測(cè)量母聯(lián)單元設(shè)備相末屏電流相對(duì)主變單元設(shè)備柏末屏電流的相位差角為：一，由為正說明單元設(shè)備相末屏電流超前于單元設(shè)備相末屏電流，由為負(fù)則為滯后。測(cè)量主變單元設(shè)備相末屏電流相對(duì)主變相套管末屏電流的相位差列一硼以和兩相角差的大小和符號(hào)可以確定母聯(lián)單元、主變單元相和相套管末屏電流的相互相位如下：厶尉厶黝照此類推，按下列組合確定其他單元相設(shè)備末屏電流的基準(zhǔn)相位：分組順序：一協(xié)岈擬確定母聯(lián)單位設(shè)備相末屏電流基準(zhǔn)相位。一確定線路單元設(shè)備相末屏電流基準(zhǔn)相位。確定線路單元設(shè)備相末屏電流基準(zhǔn)相位。一珈烈嗽一慟掰。、確定主變套管單元相末屏電流基準(zhǔn)相位。掰一坳嘴同理，、相設(shè)備的末屏電流相位基準(zhǔn)

10、也按此確定，至于分組順序可以任意，其結(jié)果不改變末屏電流的相對(duì)相位關(guān)系，因此對(duì)介損測(cè)量并無影響。在投運(yùn)前整組調(diào)試時(shí)，將上述確認(rèn)的各單元設(shè)備的末屏電流基準(zhǔn)相位對(duì)應(yīng)的介損值置零，即認(rèn)定當(dāng)前設(shè)備處于健康狀態(tài)。這樣在今后運(yùn)行中當(dāng)變電站受到共模干擾如環(huán)境污穢，氣溫、濕度變化、運(yùn)行中系統(tǒng)的擾動(dòng)等，雖然會(huì)引起各設(shè)備末屏電流相位絕對(duì)值的變化，但各設(shè)備之間末屏電流相角差卻基本不變或僅很小變化，因此試品的介損仍顯示正常，消除了共模干擾的在線監(jiān)測(cè)誤診斷。當(dāng)運(yùn)行中某各試品內(nèi)部缺陷擴(kuò)大發(fā)展，那么由于該設(shè)備末屏電流相位絕對(duì)值的變化必然引起同組設(shè)備末屏電流相位差的變化，且以和兩個(gè)量的變化反映到介損和與時(shí)間（）關(guān)系的曲線上，以指示介損所反映的缺陷發(fā)展過程。參考文獻(xiàn)：張古銀：電容型設(shè)備的帶電測(cè)試講義上海思源電氣：高壓設(shè)備絕緣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)產(chǎn)品介紹作者簡(jiǎn)介：陳涇汶（）男福建閩侯高級(jí)工程師曾擔(dān)任廈門電廠廠長(zhǎng)、廈門市同安電力公司高級(jí)顧問。在農(nóng)網(wǎng)改造、高壓實(shí)驗(yàn)、繼電保護(hù)和設(shè)備運(yùn)行管理方面具有