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(shè)備的電氣等效方法，并介紹了介質(zhì)損耗的原理。容性設(shè)備介質(zhì)損耗測試方法包括四類在線監(jiān)測法和離線預(yù)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(huán)在線介質(zhì)損耗測試，通過算例分析得出該方法可以形成對容性設(shè)備的閉環(huán)控制，提高設(shè)備的運行維護效率。

關(guān)鍵詞：介質(zhì)損耗;在線監(jiān)測;離線預(yù)防性試驗;閉環(huán)控制

0 前言

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

在線監(jiān)測法能利用運行電壓對高壓設(shè)備絕緣狀態(tài)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(jiān)測的不足，對實現(xiàn)從定期檢修轉(zhuǎn)向狀態(tài)檢修具有非常重要的意義[1-12]。目前離線預(yù)防性試驗法是電容型電力設(shè)備絕緣診斷的主要手段[13]，即根據(jù)電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程的規(guī)定，定期地對停電的電容型設(shè)備進行試驗，然而，隨著對供電可靠性和試驗數(shù)據(jù)準確性要求不斷提高，預(yù)防性試驗暴露出問題越來越多，高壓電容型設(shè)備介質(zhì)損耗在線監(jiān)測的地位越來越突出，介質(zhì)損耗在線監(jiān)測又不可能完全代替離線預(yù)防性試驗，本文針對上述矛盾，綜合在線監(jiān)測法和離線預(yù)防性試驗法的優(yōu)點，提出了離線補充法的在線介質(zhì)損耗測試，并通過算例分析得出離線補充法的在線介質(zhì)損耗測試在實際工程應(yīng)用中具有重要的應(yīng)用價值。

1 高壓電容型設(shè)備介質(zhì)損耗分析

如圖1.1為高壓容性設(shè)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(lián)而成。同時這個單位電容層對套管導(dǎo)體還存在有互相并聯(lián)的單元體積電容Cv1、Cv2、…、Cvn;R為套管有功功率損耗對應(yīng)的等效電阻。當電容式電壓互感器忽略其電磁效應(yīng)的影響，其等效電路與支柱絕緣子等效電路相似，只有對應(yīng)的參數(shù)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(lián)而成，相應(yīng)的單元對應(yīng)的對地電容為Ce1、Ce2、…、Cen，對導(dǎo)線電容為Cv1、Cv2、…、Cvn;R為相應(yīng)有功功率損耗對應(yīng)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(zhì)損耗測試方法

2.1 在線監(jiān)測法

介質(zhì)損耗因數(shù)在線監(jiān)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(shù)提取能力，提高介質(zhì)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(jiān)控器（SV）和若干個設(shè)備測量單元（DE）

構(gòu)成系統(tǒng)，實時監(jiān)測設(shè)備的介質(zhì)損耗，如圖2.1所示。提高測量單元數(shù)據(jù)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(shù)，第二種是提高測量單元的數(shù)據(jù)采集能力，第三種是改進數(shù)據(jù)的處理算法，如采用海寧加權(quán)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(zhì)損耗因數(shù)在線監(jiān)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(shù)時，考慮到FFT的泄露效應(yīng)和柵欄效應(yīng)，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(jiān)測系統(tǒng)存在的問題是建設(shè)成本巨大，在中國很多供電局并沒有建設(shè)相應(yīng)的監(jiān)測系統(tǒng)，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(cè)獲取，測量同一母線下的容性設(shè)備。相對法是指選取同一母線下的某臺容性設(shè)備參數(shù)作為標準值，比較其他容性設(shè)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(jù)如下：

按計劃臨時布置在線介損測試系統(tǒng)，這種方法投資成本少，缺點是不能實時監(jiān)測介損，當發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常時，必須安排停電，采用離線補充試驗法，確認設(shè)備是否繼續(xù)投運。

2.2 離線預(yù)防試驗法

離線預(yù)防試驗法就是根據(jù)設(shè)備運行時間，按計劃停電對設(shè)備進行試驗，掌握設(shè)備的運行狀態(tài)并做出投運或退出評估。電容型設(shè)備介質(zhì)損耗預(yù)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(yōu)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(jié)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(guī)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(cè)施加電壓對其進行激磁，在一次側(cè)感應(yīng)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(zhì)損耗測試

離線補充法是指設(shè)備經(jīng)過在線測試后，發(fā)現(xiàn)異常后對相應(yīng)設(shè)備停電，采用離線預(yù)防試驗法復(fù)試，最終確定設(shè)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(jiān)測的力度，可以提高工作效率和設(shè)備從定期檢修轉(zhuǎn)向狀態(tài)檢修的重要意義，而離線預(yù)防性試驗可以補充在線監(jiān)測法的缺陷，形成對容性設(shè)備狀態(tài)的的閉環(huán)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(zhì)測試系統(tǒng)，在對220kV某線路電流互感器C相電流互感器測試時，發(fā)現(xiàn)介質(zhì)損耗因素 相對2012年在線監(jiān)測數(shù)據(jù)增長5陪，而上次對該設(shè)備停電預(yù)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(yīng)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(yīng)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(yù)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(yù)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(yīng)的電容量為949.2pF，介損為1.225，按規(guī)程規(guī)定，判定該設(shè)備已經(jīng)處于絕緣劣化，通過進一步試驗，將設(shè)備投入正常電壓下運行，8天后設(shè)備絕緣擊穿并發(fā)生漏油，該設(shè)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(yīng)了設(shè)備的絕緣狀態(tài)，絕緣劣化時電容和介損隨電壓的增長速度很快，反之側(cè)很慢。

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

5 結(jié)束語

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

參考文獻

[1] 嚴璋.電氣絕緣在線監(jiān)測技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，1995.

[2] 黃新紅，廖瑞金，胡雪松，白汗章，嚴璋.“綜合相對測量法”于介質(zhì)損耗在線監(jiān)測中的應(yīng)用[J].高壓電器，2001，10.37（6）：1-3.

[3] 左自強，徐陽，曹曉籠，劉斌.計算電容型設(shè)備介質(zhì)損耗因數(shù)的相關(guān)函數(shù)法的改進[J].電網(wǎng)技術(shù)，2004，9.28（18）：53-57.

[4] 談克熊，李福祺，張會平，等.電容型設(shè)備介質(zhì)損耗在線監(jiān)測技術(shù)[C].第九屆全國電介質(zhì)學(xué)術(shù)會議，西安，2003.11：8-18.

[5] 王楠，陳志業(yè)，律方成.電容型設(shè)備在線監(jiān)測與診斷技術(shù)綜述[J].電網(wǎng)技術(shù)，2003.27（8）： 72-75.

[6] 趙丹，李慶民，陳平.提高介質(zhì)損耗因數(shù)監(jiān)測準確度的算法[J].清華大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2005.45（7）：881-884.

[7] 陳天翔，段建東，張保會.用傅里葉變換測量介質(zhì)損耗因數(shù) 的軟件同步算法[J].電力系統(tǒng)自動化，2005，8.29（15）：58-62.

[8] 柴旭崢，關(guān)根志，文習(xí)山，王一. 高準確度測量的加權(quán)插值FFT算法[J].高電壓技術(shù)，2003，2.29（2）：32-34.

[9] 龍鋒，王富榮，李大進，劉永生.基于DSP的容性設(shè)備介質(zhì)損耗因數(shù)在線監(jiān)測方法[J].電力系統(tǒng)自動化，2004，10.28（19）：71-74.

[10]蔡國熊，胡兆明，王建民.介質(zhì)損耗測量的過零點電壓比較法[J].電網(wǎng)技術(shù)，1995.19（10）： 1-5.

[11]Sundaram N. Measurement of capacitances and their loss factors[J]. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement， 1989，38（6）：1083-1087.

[12]陳天翔，張保會，陳天韜，等.新型電容型電力設(shè)備 在線高精確度測量系統(tǒng)[J].電力系統(tǒng)自動化，2004，8.28（15）：67-69.

[13]尹克伸，遲忠君，王晉昌.基于相對值比較法的電容型設(shè)備在線狀態(tài)監(jiān)測[J].電氣技術(shù)，2009.1：91-93.