容性設備絕緣在線監測系統測評平臺研究

毛傳峰，王科，彭晶

(1.云南電網公司昆明供電局，昆明 650000；2.云南電網公司電力研究院，昆明 650217)

容性設備絕緣在線監測系統測評平臺研究

毛傳峰1，2，王科2，彭晶2

(1.云南電網公司昆明供電局，昆明 650000；2.云南電網公司電力研究院，昆明 650217)

結合容性設備絕緣在線監測系統在現場運行過程中問題頻出、數據異常、用戶單位針對容性設備絕緣在線監測系統維護需求的實際，搭建了10 kV容性設備絕緣在線監測系統測評平臺，對3套容性設備絕緣在線監測系統試品在原理、安裝、運行等方面開展研究比對，以平均介損偏差率為切入點，對3套容性設備絕緣在線監測系統試品進行測評。

容性設備在線監測系統；測評平臺；試品

0 前言

容性設備絕緣在線監測系統可實時掌握變電站內運行的變壓器套管、電流互感器、電容式電壓互感器、耦合電容器等容性設備介損及電容量等電氣參數動態變化情況。在電網內的應用較為廣泛[1-3]。從設備現場實地調研情況來看，存在數據波動大，數據可利用性不強，實際現場指導意義不夠等問題。

本文結合上述問題，引入平均介損偏差率的概念和計算方法，搭建測評平臺，并針對容性設備絕緣在線監測系統試品開展長期的數據采集和分析工作，有側重的鑒別不同試品的性能，以期為今后容性設備絕緣在線監測系統的性能測評提供參考。

1 在線監測系統原理與構成

1.1 試品一

試品一采用分布式現場總線結構，所有本地測量單元 (LC)均安裝在變電站電氣設備的運行現場，只要輸入被測信號，把其通訊接口掛載到變電站中央監控器SC提供的CAN 2.0通訊總線上，連接220 V交流工作電源，即可就地監測電氣設備的絕緣參量，通過現場總線把監測數據傳送到站內的監控中心數據終端[4-6]。其原理如圖1所示：

圖1 試品一測試原理

試品一的測試原理為母線電壓互感器的二次電壓信號Un經過電阻R變換為電流信號In，由安裝在電壓互感器下方的本地測量單元LC-PT (LC1)進行檢測，電容型設備CX的末屏電流信號Ix則由本地測量單元LC-CX單元 (LC2)檢測。在中央監控器SC的控制下，兩個本地測量單元LC1及LC2的信號采集系統同時啟動，對傳感器輸出的模擬電壓信號同步進行采樣及FFT變換處理，得到輸入信號Un及Ux相對于220 Vac工作電源Us的基波相位Ph(n-s)和Ph(x-s)[7-9]。中央監控器LC-SC只需通過現場通訊總線讀取LC1、LC2對應的相位測量結果，即可計算出電容型設備末屏電流信號Ix相對于母線電壓Un的相位差Ph，從而獲得其介質損耗Tanδ和電容量Cx等絕緣參數[10-11]。LC-PT、LC-CX單元屬于相位測量單元，LC-PT采集三相基準電壓經過小型CT和SIM_LC板轉換成數字量相位和電壓幅值，LC-CX采集電容型設備末屏電流經過小型CT和SIM_LC板轉換成數字量相位和電流幅值、電容量數值，數據最后傳送到LC-SC單元經過計算得出介損值，通過10MRJ45網絡傳輸到計算機監測數據。

1.2 試品二

試品二的基本工作原理是采集所監測設備的電壓和電流等信號采用優化的傅立葉分析法，求得其幅度、相位，進而得到所需的介質損耗角等電氣參數，其結構如圖2：

圖2 試品二結構圖

試品二主要分為FMU-U采集計算單元和FMU-C采集計算單元，其原理如圖3、4所示。

圖3 FMU-U采集計算單元原理圖

圖4 FMU-C采集計算單元原理圖

試品二通過FMU-U單元測得系統電壓的幅度和相位，經過電壓電流轉換板轉換為對應的電流信號，通過三相電流傳感器轉換后連接至主板，通過與參考交流電源比較得到電壓相位差，高精度電流傳感器FMU-C測出設備末屏電流的幅度和相位經過電流傳感器與參考交流電源得到電流相位差。通過這兩信號幅值可計算出設備的電容量，通過這兩信號相位與交流電源的差分量，可計算電容性設備的泄漏電流和系統電壓的相位差，最終得出該容性設備的介質損失角[12-14]，并將數據傳輸至監控終端。基本原理與試品一相同。

1.3 試品三

試品三采用模塊化設計結構，所有測量單元的硬件結構完全相同，均由傳感器模塊、數據采樣模塊、微處理器模塊、通訊

及電源管理模塊分構成。試品三系統結構原理示意圖如圖5所示：

圖5 試品三系統結構原理示意圖

試品三系統采用集成采集模塊，系統電壓監測單元從PT(Potential Transformer)二次端子引出的PT信號取樣線經過PT保護空開進入電壓傳感器，在電壓傳感器內轉換為對應的電流信號，經過電壓采集模塊將采集電壓的幅值和相位信號轉換為數字信號進入485通訊模塊，容性設備監測單元從三相末屏取樣電流進入電流采集模塊，在電流采集模塊將采集電流的幅值和相位信號轉換為數字信號進入485通訊模塊，最終485通訊模塊將數字信號經過光電模塊光釬轉換盒轉換為串口通訊傳輸至監測終端讀取數據。試品三未引入參考電壓和相位，與試品一、二存在明顯差異。

2 在線監測系統測試研究

2.1 在線監測系統測評平臺

本測評平臺包括干式變壓器、斷路器、電流互感器、電壓互感器、避雷器、三相負載柜 (高阻抗負載)等設備。其中三相負載柜內安裝有三只耦合電容器，作為容性設備絕緣在線監測系統的測試對象。本測評平臺能夠真實模擬10 kV電壓條件下容性設備的運行情況，基于本測評平臺能夠長期采集各試品的監測數據，同時引入平均介損偏差率的概念和計算方法，利用大量的采集數據對各試品開展測評，測評平臺結構和接線如圖6所示：末屏和大地之間并聯了開路保護器件。一旦電容器末屏開路，開路保護器件就會擊穿，保證電容器末屏和大地之間短接[16-17]。

安裝過程中將三套試品的三相電流信號取樣回路分相進行串聯，示意圖7所示，確保三套試品采集電流值一致，并保證系統運行安全。

圖6 10kV考核場結構圖

圖7 電流取樣信號串聯示意圖

2.2 基準電壓及被測對象

三套容性設備絕緣在線監測系統試品基準電壓取自10kVPT柜內的PT二次 (1a、1n)測量端子。被測對象選取10kV三相高阻抗負載柜內的三只耦合電容器，同時利用AI-6000D介質損耗測量儀對耦合電容器主要參數進行實際測量。

2.3 試品安裝

三套試品基準電壓信號取樣均取自10 kV PT柜內的PT二次 (1a、1n)測量端子，確保基準電壓一致，為防止發生故障反送電對一次設備造成危害，在現場安裝了保護空氣開關，確保系統安全。

三套試品電流信號取樣均取自3只耦合電容器末屏電流，為防止電容器末屏開路，在電容器

2.4 平均介損偏差率概念和計算方法

設平均介損偏差率為S，測試介損為，i為采集點編號為1～n，實測介損為a0，則有平均介損偏差率

引入平均介損偏差率可以直觀判斷試品采集介損值與實測介損值的偏差，從而有效判定試品數據采集的有效性與穩定性。

2.5 試品數據采集情況說明

設定試品一數據采集周期為20秒，試品三系統數據采集周期為108秒，試品二數據采集周期為540秒，共開展持續24小時的試運行。

計算后三套試品各相平均介損偏差率如表1所示：

表1 三套試品各相平均介損偏差率

2.6 數據分析結果

1)三套試品介損測試值與實際測量介損值存在較大偏差，如表1所示，試品一總平均介損偏差率最小也達到51.6%

2)三套試品介損測試值各相監測數據存在偏差，如表1所示，試品二B、C相平均介損偏差率差值為34.03%

3)三套試品之間介損測試值存在較大偏差，以A相為例，試品一平均介損偏差率為57.03%，試品二平均介損偏差率為46.97%，試品三平均介損偏差率為73.37%，試品三系統與試品二平均介損偏差率差值達26.4%。

4)三套試品介損監測曲線穩定性存在差異，試品三系統數據跳變大，而試品一和試品二相對穩定。

3 結束語

本文搭建容性設備絕緣在線監測系統測評平臺，以10 kV三相高阻抗負載柜中的三支耦合電容器為監測對象，從10kV PT柜的PT二次測量繞組 (1a、1n)提取基準電壓信號，安裝了三套容性設備絕緣在線監測系統試品，開展基于介損值測量的長期數據采集和分析工作，結果表明三套試品各相均存在平均介損偏差率較大的情況，其中平均介損偏差率最小相為試品二B相37.56%，平均介損偏差率最大相為試品三B相79.35%，在此種偏差率情況下容性設備絕緣在線監測系統監測數據不能真實反映容性設備運行情況，甚至會對現場判斷容性設備故障情況產生誤導，因此，對容性設備絕緣在線監測系統現場數據應該采取更加謹慎的態度。下一步將在運行數據基礎上，逐步開展偏差糾正等有針對性的研究工作，為云南電網范圍內的容性設備絕緣在線監測系統運維和規范提供參考和依據。

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Research on On-line Monitoring Platform for Insulation of Capacitive Installment

MAO Chuanfeng1，2，WANG Ke2，PENG Jing2
(1.Yunnan Kunming Power Supply Bureau，Kunming 650000，China；2.Yunnan Electric Power Research Institute，Kunming 650217，China)

Combined with On-line monitored data for the insulation of the capacitive during field operation problem happened frequently，data exceptions，and for maintenance requirements of On-line monitored data for the insulation of the capacitive with user units actual，build test platform of on-line monitored data for the insulation of the capacitive，carried the contrast research as principle，installation，operation with three on-line monitored data for the insulation of the capacitive experimental article，starting from the average rate of dielectric loss deviation，and evaluating three on-line monitored data for the insulation of the capacitive experimental article.

On-line monitored data for the insulation of the capacitive；test platform；experimental article

TM76

B

1006-7345(2014)06-0106-04

2014-07-04

毛傳峰 (1987)，男，助理工程師，云南電網公司昆明供電局，主要從事變電運行工作 (e-mail)176256522＠qq.com。

王科 (1982)，男，工程師，碩士，三級助理技術專家，云南電網公司電力研究院，研究方向為帶電和在線檢測技術應用，配電一次設備的檢測。

彭晶 (1985)，男，工程師，碩士，云南電網公司電力研究院，研究方向為帶電和在線檢測技術應用。