容性設備多渠道狀態評價方法研究

施濤 王清波 鄒璟 王朝宇 方勇 路智欣 段永生

摘 要：本文首先分析了高壓容性設備的電氣等效方法，并介紹了介質損耗的原理。容性設備介質損耗測試方法包括四類在線監測法和離線預防性試驗法，在資源有限的情況下給出帶電測試法（絕對法和相對法）的重要性。提出了基于離線補充法的閉環在線介質損耗測試，通過算例分析得出該方法可以形成對容性設備的閉環控制，提高設備的運行維護效率。

關鍵詞：介質損耗;在線監測;離線預防性試驗;閉環控制

0 前言

電氣設備的安全可靠是實現整個電力系統運行的基礎，而電氣設備（尤其是高壓設備）損壞事故很大一部分是絕緣損壞引起的，因此及時發現設備的絕緣缺陷對保障電網安全運行具有重要意義。電容型設備介質損耗測試方法有在線監測法和離線預防性試驗法。

在線監測法能利用運行電壓對高壓設備絕緣狀態進行試驗，從而大大提高試驗的真實性與靈敏度，彌補緊靠定期離線監測的不足，對實現從定期檢修轉向狀態檢修具有非常重要的意義[1-12]。目前離線預防性試驗法是電容型電力設備絕緣診斷的主要手段[13]，即根據電力設備預防性試驗規程的規定，定期地對停電的電容型設備進行試驗，然而，隨著對供電可靠性和試驗數據準確性要求不斷提高，預防性試驗暴露出問題越來越多，高壓電容型設備介質損耗在線監測的地位越來越突出，介質損耗在線監測又不可能完全代替離線預防性試驗，本文針對上述矛盾，綜合在線監測法和離線預防性試驗法的優點，提出了離線補充法的在線介質損耗測試，并通過算例分析得出離線補充法的在線介質損耗測試在實際工程應用中具有重要的應用價值。

1 高壓電容型設備介質損耗分析

如圖1.1為高壓容性設備的電氣等效圖，（a）圖為套管等效電路，套管由于表面有電位降，可以等效成沿著此表面有單位電容Cn的n個電容串聯而成。同時這個單位電容層對套管導體還存在有互相并聯的單元體積電容Cv1、Cv2、…、Cvn;R為套管有功功率損耗對應的等效電阻。當電容式電壓互感器忽略其電磁效應的影響，其等效電路與支柱絕緣子等效電路相似，只有對應的參數不同。如（b）圖為支柱絕緣子和電容式電壓互感器的等效電路，絕緣子本身電容由Cn1、Cn2、…、Cnn串聯而成，相應的單元對應的對地電容為Ce1、Ce2、…、Cen，對導線電容為Cv1、Cv2、…、Cvn;R為相應有功功率損耗對應的等效電阻。（a）和（b）等效電路可以用戴維南等值電路等效，C為戴維南等效電容，R為戴維南等效電阻。

2 介質損耗測試方法

2.1 在線監測法

介質損耗因數在線監測的方法有四類：一類是改進在線測量方法，包括綜合相對測量法和絕對測量法，通過研究表明綜合相對測量法較絕對測量法準確性高;第二類是改進在線測量軟件計算方法;第三類改善硬件電氣參數提取能力，提高介質損耗因素測試的精確度;第四類是計劃帶電試驗法。其中前三類采用1個中央監控器（SV）和若干個設備測量單元（DE）

構成系統，實時監測設備的介質損耗，如圖2.1所示。提高測量單元數據精度的方法有三種，第一種是采用高精度的恒角差的微電流傳感器技術，第二種是提高測量單元的數據采集能力，第三種是改進數據的處理算法，如采用海寧加權插值快速傅里葉變化FFT算法對采樣信號進行處理，從而降低了介質損耗因數在線監測的誤差。在用快速傅里葉變化FFT求出電壓、電流信號基波傅里葉系數時，考慮到FFT的泄露效應和柵欄效應，采用加多項余弦窗算法對FFT進行修正，進一步提高了測量單元的準確性。

實時監測系統存在的問題是建設成本巨大，在中國很多供電局并沒有建設相應的監測系統，而是采用第四類計劃帶電測試法，計劃帶電測試法分絕對法和相對法。絕對法是指測量時需要選取電壓參考信號作為介損電橋的標準信號，電壓信號一般在電壓互感器二次側獲取，測量同一母線下的容性設備。相對法是指選取同一母線下的某臺容性設備參數作為標準值，比較其他容性設備的介損值，如圖2.2所示，Cx為被試品電容，Cn為標準電容值，In為參考信號輸出電流值，Ix為被試品電流輸出值。（a）圖為絕對測量法的接線原理圖，（b）圖為相對測量法的接線原理圖，相對法的判斷依據如下：

按計劃臨時布置在線介損測試系統，這種方法投資成本少，缺點是不能實時監測介損，當發現設備異常時，必須安排停電，采用離線補充試驗法，確認設備是否繼續投運。

2.2 離線預防試驗法

離線預防試驗法就是根據設備運行時間，按計劃停電對設備進行試驗，掌握設備的運行狀態并做出投運或退出評估。電容型設備介質損耗預防試驗法有正接法、反接法，其原理接線如圖2.3所示，圖中Cx為試品電容，In為被試品電流輸出值，? ? ?為檢修電源電壓。正接法的優點是試品兩端對地絕緣，電橋處于低電位，試驗電壓不受電橋絕緣水平限制，易于排出高壓端對地雜散電流對實際測量結果的影響，抗干擾性強。反接法的缺點是測量時電橋處于高電位，試驗電壓受電橋絕緣水平限制，高壓端對地雜散電容不易消除，抗干擾性差。

其中電容式電壓互感器（CVT）由于無中間抽壓端子，無法使用常規的正接法、反接法測量C11、C2電容及介損值。自激法是以CVT的中間變壓器作為試驗變壓器，從二次側施加電壓對其進行激磁，在一次側感應出高壓作為電源來測量C11、C2的電容及介損值，其原理接線圖如圖2.4所示，圖中1a、1n、2a、2n、3a、3n、da和dn為電壓互感器的二次端子，T為鐵芯，Z為da、dn之間的保護電抗，X為接地端，Ix為試品電流值，Cn為標準電容，C12和C13為互感器的其他電容，這兩個電容采用反接法測量，Ux和Un分別為平衡電橋輸入電壓。

3 離線補充法的在線介質損耗測試

離線補充法是指設備經過在線測試后，發現異常后對相應設備停電，采用離線預防試驗法復試，最終確定設備是否投切，離線補充法實施的流程如圖3.1所示。

從圖3.1可以看出，加大在線監測的力度，可以提高工作效率和設備從定期檢修轉向狀態檢修的重要意義，而離線預防性試驗可以補充在線監測法的缺陷，形成對容性設備狀態的的閉環控制。

4 算例分析

某供電局2013年03月14日，試驗員工按計劃對某變電站臨時建立了帶電介質測試系統，在對220kV某線路電流互感器C相電流互感器測試時，發現介質損耗因素 相對2012年在線監測數據增長5陪，而上次對該設備停電預試時間為2010年07月16日。如圖4.1、4.2所示，3是帶電測試電容和介損對應的曲線，從曲線3可以看出，帶電測試得到的是一個點的值，135kV對應的電容量為950.2pF，介損為1.254，可以初步斷定該電流互感器C相有嚴重絕緣劣化趨勢。1是離線預防性試驗法得出的絕緣劣化時電容和介損隨電壓的變化曲線，2是離線預防性試驗法得出的絕緣正常時電容和介損隨電壓的變化曲線。當電壓為135kV時，對應的電容量為949.2pF，介損為1.225，按規程規定，判定該設備已經處于絕緣劣化，通過進一步試驗，將設備投入正常電壓下運行，8天后設備絕緣擊穿并發生漏油，該設備被淘汰。從圖中可以看出，絕緣劣化與絕緣正常的曲線增長速度直接反應了設備的絕緣狀態，絕緣劣化時電容和介損隨電壓的增長速度很快，反之側很慢。

通過上述分析，在線監測可以及時的發現容性設備的絕緣劣化趨勢，而離線預防性補充法可以進一步驗證設備的劣化問題，為檢修提供堅實可靠的判定。

5 結束語

本文分析了容性設備介質損耗原理及其對應的等效電路，在此基礎上分析了四類在線監測法、三種離線預防性試驗法。綜合在線監測法和離線預防性試驗法的優點，提出了離線補充法的在線介質損耗測試，并通過算例分析得出離線補充法的在線介質損耗測試在實際工程應用中具有重要的應用價值。限于文章篇幅，未對在線監測法和離線預防性試驗法的具體算法做詳細的研究。

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