一种新型容性设备带电检测系统应用研究

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(广西电网公司柳州供电局，广西 柳州 545005)

1 引言

在变电站高压设备中，容性设备(电容式绝缘电流互感器、电容式电压互感器、耦合电容器、套管等)的数量占到了40%～50%，其自身的绝缘性能是关系到电力系统安全、稳定运行的重要技术指标。容性设备的绝缘劣化是一个渐变的过程，但如不及时发现并检修，可能导致设备发生故障，引发突发性事故，造成巨大的直接、间接经济损失。容性设备的介损和电容量的变化对反映设备整体受潮、绝缘劣化较灵敏，其绝缘带电测试与传统预防性试验相比的优点是无需停电，测试灵便；测量参量基于设备运行电压，诊断绝缘缺陷的灵敏度高；试验周期易于依据设备绝缘状况灵活安排，能及时发现设备隐患和绝缘变化趋势等，对提高电力设备的运行维护水平、减少停电事故有积极作用[1]。在绝缘在线检测时，通常从电压互感器(PT或CVT)的二次侧抽取电压信号，从设备末屏或接地点连线上的电流传感器抽取电流信号，再经过信号幅值调整、模/数转换、角差信号处理等环节，最后得出被试设备绝缘的介损值和电容量。一般认为所获取的基准信号能够保证介损测量的精度，然而实践证明这种观点是错误的。这是因为电气设备的介损值量很小，只有千分之几的数量级，互感器角误差、PT二次负荷变化、接地点的电位差、外界干扰，都会影响介损测量值的精度及稳定性。

2 系统工作原理

容性设备在线监测介损的方法有主要分为硬件法和软件法。然而，硬件法易受外界干扰的影响，从而降低了整个测试系统的稳定性和测量精度；如果要使测量的性能有所提高，又将增加硬件线路设计的难度和复杂性，鉴于这些难以避免的缺点，促使tanδ带电检测方法的研究逐渐向软件化方向发展[2]。软件法又分为绝对值测量方法和相对值测量方法。

相对值测量方式，通过测试信号取样单元，获取同一条母线上两台同相电容性设备的末屏被测电流Ix和参考电流In，其中一台作为基准设备，另一台作为被测设备,如图1所示。

根据公式(1)、(2)测得的介损差值的变化趋势，判断设备的绝缘状况。

(1)

(2)

等式左边是仪器获取的介质损耗角差和电流大小比，等式右边是相对值测量所需要的介损损耗差值和电容比。相对值测量方式需要基准设备的存在，对于变电站里某些单相CVT介损和电容值的测量，无法实现。

绝对值测量方式如图2所示，通过PT或CVT二次侧获取电压信号作为基准信号，通过取样电阻，进而计算电容性设备的电容量和介质损耗因数，称为绝对值测量方法。但是，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等问题，测得数据的精确度往往不够高。

3 容性设备测试总体结构

电容性设备的带电检测，容易受到磁场干扰以及互感器精度的影响[3]，因此，本容性设备测试系统采用高精度钳形电流传感器检测电流，仪器配置两个电流通道和两个钳形电流传感器，如图3所示。不同于传统的带电检测系统，在现场带电测量时，不需要断开地线，不需要加装固定式传感器，用一个传感器检测参考电流，另一个传感器检测试品电流，即可实现相对电容量和介损测量。钳形电流传感器，除了具有电场屏蔽，减弱强电场干扰影响外，测试仪器还可以测量磁场干扰，将一个传感器夹到电流上，另外一个传感器空置。如果这个空置的传感器显示了非零的“实测电流”，这个电流就是干扰电流。仪器的校准功能可以扣除干扰电流。在强磁场下，转动传感器，可以找到一个干扰电流最小的方向，实现减轻磁场干扰的功能。

图2 绝对测量原理图

图3 钳形电流互感器

由于绝对测量测得数据的精确度往往不够高，但在变电站的一次设备介损测量中存在这种单相的线路PT和CVT设备，所以该方法有其实用价值。因此，仪器配置一个高精度电压隔离线圈，如图4所示。将电压隔离线圈接到PT二次输出电压上，选择“电压”做参考并置入PT变比。用该线圈的电流做参考，可以实现绝对电容量和介损测量，提高测量精度。

图4 高精度电压隔离线圈

4 系统应用与现场数据分析

带电检测选择在220kV变电站，110kV变电站的电流互感器和电容式电压互感器的一次容性设备上进行。被试设备介损和电容值的停电测试值为2008- 2013年的预试结果平均值，如表1～5所示。带电相对测试平均值与停电测试平均值比较结果如表6所示。带电绝对测试结果的平均值与停电测试值的对比结果如表7所示。

表1 2021CVT停电测试结果

表2 2061CVT停电测试结果

表3 195CT停电测试结果

表4 107线路A相CVT停电测试结果

表5 116线路A相CVT停电测试结果

选择两次预试的介损值和电容量值得平均值作为tanδn和Cn的计算值，计算相对测量测试值中介损与tanδn的绝对差值，电容量与Cn的比值，如表7所示。

表6 相对测量测试与停电测试比较结果

选择两次预试的介损值和电容量值得平均值作为tanδn和Cn的计算值，计算绝对测量测试值中介损与tanδn的绝对差值，电容量与Cn的比值，如表8所示。

表7 绝对测量测试与停电测试比较结果

5 结论

通过对测试数据的对比，首先可知道该测试系统进行的介损带电相对测试结果具有较好的重复性，且与停电测试结果存在较好的可比性，带电相对测量根据介损相对值的变化对设备的绝缘作出正确判断。

其次，该使用的测试系统的带电相对测试和绝对测试的电容值的重复性良好，与停电测试有较好的重复性，对于带电相对测量可以根据相对电容的变化判断设备的绝缘状况，而带电绝对测量的电容测量值可以参照《电力设备预防性试验规程》中规定判据直接判断。

最后，该测试系统由于带电测试不受申请设备停电的限制，因此对于测试中出现的测试值突然大幅变化可以缩短测试周期，以判断是设备绝缘的问题还是干扰或其他因素所造成，在判断设备有疑问时，可停电测试作诊断。

[1] 朱德恒，严 璋.电气设备状态监测与故障诊断技术[M].北京：中国电力出版社，2009.

[2]陈天翔，张保会，陈天韬，等.新型电容型电力设备tanδ在线高精确度测量系统[J].电力系统自动化，2004，28(15)：67-70.

[3]邓岳华，阮绵晖，刘味果.高压设备绝缘在线监测系统的现场应用与分析[J].电网技术，2004，28(16)：69-72.