电容型绝缘结构高压电气设备在线监测
电力设备的在线监测与故障诊断
超声一体化气室+膜渗透平衡脱气
气敏传感器
H2,CO,CH4,C2H6,C2H4,C2H2 单一色谱柱，单一传感器
空气做载气（部分型号）
TRANSFIX
英国Kelman 凯尔曼
动态顶空平衡
光声光谱技术（PAS）
H2,CO,CH4,C2H6,C2H4,C2H2,CO2,O2,八种气体加水分
机械振动监测
高压导体、触头温度监测
①母线电流 ②磁场 ③组件。a 温度传感器， b 感应线圈，c 电子线路 ④红外发光二极管 ⑤红外光接收器 ⑥温度信息接收器
主要问题：绝缘、供电 方法：无线（射频、红外）、光纤
高压开关柜局部放电的监测
暂态地电压（Transient Earth Voltages，TEV） 声发射（AE）
绕组变形
变压器的在线监测
在电场的作用下，绝缘系统中只有部分区域发生放电，而没有贯穿施加电压的导体之间，即尚未击穿。
在绝缘结构中局部场强集中的部位，出现局部缺陷时，将导致局部放电。
变压器局部放电监测
局部放电监测的意义
刷形树枝 丛林状树枝
局部放电是造成高压电气设备最终发生绝缘击穿的主要原因。这是一个“日积月累”的过程，可谓“冰冻三尺非一日之寒”。
宽带脉冲电流法局部放电监测
宽带脉冲电流法局部放电监测
常规局放测量的相位谱图不能分离噪声与信号，不能分离不同种类的信号，从而不能准确识别放电类型。
宽带脉冲电流法局部放电监测
b
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2
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局放A
基于脉冲信号分离分类技术的局放检测则可根据信号特征将每一类局放的相位谱图分离出来
电容型设备及金属氧化物避雷器绝缘在线监测装置技术标准
电容型设备及金属氧化物避雷器绝缘在线监测长园深瑞继保自动化有限公司发布Q/SNR TPXXXX—XXXX10前言本标准由长园深瑞继保自动化有限公司提出。
本标准由技术质量部标准化负责归口。
本标准起草单位：长园深瑞继保自动化有限公司本标准主要起草人：XXX审核：侯林标准化审查：支巍谢镜池批准：徐成斌Q/SNR TPXXXX—XXXX 电容型设备及金属氧化物避雷器绝缘在线监测装置设计标准说明1 范围本标准规定了电容型设备及金属氧化物避雷器绝缘在线监测装置的产品分类、技术要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输、贮存、供货的成套性及质量保证等。
本标准适用于电容型设备及金属氧化物避雷器绝缘在线监测装置（以下简称产品），作为产品设计、制造、试验和应用的依据。
具体装置功能详见相应的技术使用说明书。
2 规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。
凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。
凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有修改单)适用于本标准。
GB 191 包装储运图示标志(ISO 780:1997，MOD)GB/T 4798.2 电工电子产品应用环境条件运输(GB/T 4798.2－2008，IEC 60721-3-2:1997，MOD) GB 2423.1 电工电子产品环境试验第2 部分：试验方法试验A：低温GB 2423.2 电工电子产品环境试验第2 部分：试验方法试验B：高温GB 2423.3 电工电子产品环境试验第2 部分：试验方法试验Cab：恒定湿热试验GB 2423.22 电工电子产品环境试验第2 部分: 试验方法试验N: 温度变化GB/T 7261 继电保护和安全自动装置基本试验方法GB 2887 电子计算机场地通用规范GB4943-2001 信息技术设备(包括电气事物设备)的安全(idt IEC60950:2001)GB/T 6388 运输包装收发货标志GB 9361 计算站场地安全要求GB/T 11287 电气继电器第21 部分量度继电器和保护装置的振动、冲击、碰撞和地震试验第1篇：振动试验(正弦)GB/T 13384 机电产品包装通用技术条件GB/T 14537 量度继电器和保护装置的冲击与碰撞试验GB 4208 外壳防护等级（IP 代码）(eqv IEC60529:1989)GB/T 17626.1 电磁兼容试验和测量技术抗扰度试验总论GB/T 17626.2 电磁兼容试验和测量技术静电放电抗扰度试验GB/T 17626.3 电磁兼容试验和测量技术射频电磁场辐射抗扰度试验GB/T 17626.4 电磁兼容试验和测量技术电快速瞬变脉冲群抗扰度试验GB/T 17626.5 电磁兼容试验和测量技术浪涌（冲击）抗扰度试验GB/T 17626.6 电磁兼容试验和测量技术射频场感应的传导骚扰抗扰度GB/T 17626.8 电磁兼容试验和测量技术工频磁场抗扰度试验GB/T 17626.9 电磁兼容试验和测量技术脉冲磁场抗扰度试验GB/T 17626.10 电磁兼容试验和测量技术阻尼振荡磁场抗扰度试验GB/T 17626.11 电磁兼容试验和测量技术电压暂降、短时中断和电压变化的抗扰度试验Q/GDW 168 输变电设备状态检修试验规程Q/GDW XXX 变电设备在线监测系统技术导则10Q/SNR TPXXXX—XXXX10 GB/T 14285 继电保护和安全自动装置技术规程GB/T 19520.12 电子设备机械结构482.6mm(19in)系列机械结构尺寸第101部分：插箱及其插件(GB/T 19520.12－2009，IEC 60297-3-101:2004，IDT)GB/T 25931 网络测量和控制系统的精密时钟同步协议（idt IEC 61588:2009）DL/ 478-2010 继电保护和安全自动装置通用技术条件JJG 563 高压电容电桥检定规程JJF 1095电容器介质损耗测量仪校准规范DL/T 962高压介质损耗测试仪通用技术条件Q/GDW 168输变电设备状态检修试验规程Q/GDW 535变电设备在线监测装置通用技术规范Q/GDW 536电容型设备及金属氧化物避雷器绝缘在线监测装置技术规范Q/GDW 540变电设备在线监测装置检验规范第1 部分通用检验规范DL/T 860变电站通信网络和系统Q/GDW 383 智能变电站技术导则Q/GDW 396 IEC 61850工程继电保护应用模型Q/GDW 441 智能变电站继电保护技术规范GB/T2900.49-2004 电工术语电力系统保护(eqv IEC60010(448):1987)GB/T5169.5-2008 电工电子产品着火危险试验针焰试验(idt IEC60695-11-5:2004)GB/T9969-2008 工业产品使用说明书总则GB/T11287-2000 电气继电器第21部分：量度继电器和保护装置的振动、冲击与碰撞和地震试验第1篇：振动试验（正弦）GB/T14537-199 量度继电器和保护装置的冲击与碰撞试验(eqv IEC60255-21-2:1988)GB/T14598.3-2006 量度继电器和保护装置的绝缘配合要求和试验(eqv IEC60255-5:2000)GB/T14598.9-2002 电气继电器第22部分: 量度继电器和保护装置的电气干扰试验第三篇: 辐射电磁场干扰试验(idt IEC60255-22-3:2000)GB/T14598.10-2007 电气继电器第22部分: 量度继电器和保护装置的电气干扰试验第4篇: 电快速瞬变/脉冲群抗扰度试验(idt IEC60255-22-4:1992)GB/T14598.13-2008 量度继电器和保护装置的电气干扰试验第1部分: 1MHz脉冲群抗扰度试验(eqv IEC60255-22-1:2005)GB/T14598.14-1998 量度继电器和保护装置的电气干扰试验第2部分: 静电放电试验(idt IEC60255-22-2:1996)GB14598.27-2008 量度继电器和保护装置第27部分：产品安全要求JB/T4259-1996 热带量度继电器及保护装置技术要求JB/T7828-1995 继电器及装置包装贮运技术条件GB/T 14598.16－2002 电气继电器第25部分：量度继电器和保护装置的电磁发射试验(IEC 60255-25:2000, IDT )GB/T 14598.17－2005 电气继电器第22-6部分：量度继电器和保护装置的电气骚扰试验－射频场感应的传导骚扰的抗扰度GB/T 14598.18－2002 电气继电器第22-5部分：量度继电器和保护装置的电气骚扰试验－浪涌抗扰度试验GB/T 14598.19-2007 电气继电器第22－7部分:量度继电器和保护装置的电气骚扰试验——工频抗扰度试验3 术语和定义Q/SNR TPXXXX—XXXX GB/T2900.49确立的术语和定义适用于本标准。
在线监测实验报告
电力设备在线监测与故障诊断综合试验报告一．前言本课程做了四次试验，分别为：套管、变压器的绝缘预防性试验、避雷器绝缘预防性试验、局部放电在线监测、利用红外照相机观测变电站发热情况。
其中前两次为设备的状态检测，是离线进行的，根据规程，对设备绝缘电阻，介质损耗tgδ等参数进行测量，通过数据分析试验设备的绝缘状况。
操作性较强，但设备和时间有限，只能完成绝缘预防性试验的部分内容。
后两次试验为设备的在线监测。
利用到先进仪器在线观测设备的局放、发热等情况。
其中局放试验为演示实验。
主要为了了解观测方法，试验的设计思路和大致原理。
绝缘预防性试验主要根据规程为“电力设备预防性试验规程”DL/T 596—1996，以下简称规程。
二．套管、变压器离线状态绝缘预防性试验本次绝缘预防性试验主要测量了套管和变压器离线状态下的绝缘电阻和吸收比、以及介质损失角tgδ。
测量电气设备的绝缘电阻，是检查其绝缘状态最简单的辅助办法。
电气设备有休止状态转为运行状态前，或者在进行绝缘耐压试验前，必须进行绝缘电阻，以确定设备有无受潮或绝缘异常。
测量介质损失角tgδ可有效的发现绝缘受潮、穿透性导电通道、绝缘内含气泡的游离、绝缘分层和脱壳以及绝缘有赃物或劣化等缺陷。
1．套管的绝缘预防性试验套管属于电容型绝缘结构的设备，特点是高压端对地有较大的等值电容。
对于电容型绝缘的设备，通过对其介电特性的测量，可发现绝缘缺陷。
反映介电特性的参数有介质损耗角正切tgδ、电容值C和电流值I对于变压器高压端出线的套管，规程规定的前两项即为绝缘电阻的测量和tgδ的测量。
由于试验设备的限制，选择这两项进行测量。
本试验采用的套管为126kV，油纸绝缘套管。
1.1套管的绝缘电阻测定按照规程规定，如图所示连线。
图1 测套管主绝缘对地绝缘电阻接线图测定其绝缘电阻，发现其绝缘电阻为5000MΩ小于规程规定值。
考虑到测量方法，由于套管长时间放置于户外，便面有很多灰尘，固有表面泄漏电流影响，要测得准确的绝缘电阻，可以有两种方法，即一为没有装设屏蔽线以短路掉表面泄露电流，另一种方法为将套管表面清洁干净。
高压电力电缆绝缘在线监测
1.2 局部放电法
上海电力局电缆输配电公司使用便携式电力电缆局部放电
在线监测仪器，开展 PD信号的辨认和分析研究工作。
35
1.2 局部放电法
还可以使用便携式电力电缆局部放电在线监测 仪器，开展 GIS 电缆终端的PD在线监测。
36
1.2 局部放电法
英国高压电缆PD在线监测
图b16-1 电磁耦合法的电流传感器安放位置图
18
1.2 局部放电法
局部放电测量是高压电缆的常规接受试验项目 ，该试验常常在制造厂完成，以发现制造过程 出现的绝缘缺陷。但电缆接头一般在现场制作 ，因此，在现场进行电缆的局部放电试验是非 常必要的。现场试验的加压方式有0.1Hz法、 串联谐振法、振荡波法、工频试验变压器法、 运行电压法。电缆投入运行后，为了及时发现 异常现象，掌握电缆绝缘的老化状态，对电缆 进行局部放电在线监测和定位具有非常重要的 意义。
图b1-1 差分法检测结构示意图和原理图
24
1.2 局部放电法
差分法的另一种用法
图b1-2 差分法检测结构示意图和原理图
25
1.2 局部放电法
（2）德国柏林400kV XLPE电缆局部放电在线监测系统是应用方向耦合法 的监测系统
图b3 、b4、b5为方向耦合器结构图，方向耦合器接线图及两个方向耦合器
5
1 国内外110kV ~500kV高压电力电缆绝 缘在线监测研究概况
这是因为：
(a).现代交联技术的进步使湿交联工艺已基本被淘汰，因此， 由交联聚乙烯电缆水树枝而导致的电缆绝缘故障已不多见。 另外，电缆主绝缘电阻远大于1000 MΩ，直流分量信号微 弱，一般在纳安级，测试极不方便，同时也很容易被其他 信号所淹没，这样，基于水树枝的整流效应的直流成分法 就难于应用。
在线监测考题整理
一、绪论1.电力设备故障特点电气设备是电力系统的基本元件，其性能的好坏直接影响到系统的安全可靠运行。
高压电气设备主要由两类不同材料构成：一类为金属材料，另一类为绝缘材料，相对于金属材料而言。
绝缘材料更容易损坏，很容易老化变质而使机电强度显著降低。
因而绝缘材料机电性能的好坏往往成为决定整个电气设备寿命的关键所在。
电力系统电气设备的多数故障是绝缘性故障引起绝缘故障的原因:电应力；机械力；热;环境因素。
2.定期检修的定义，其弊端有哪些？根据电力部所颁发的《电气设备预防性试验规程》，定期在停电状态下进行绝缘性能的检查性试验。
3.状态检修的定义，优点对运行中的电气设备的绝缘状况进行连续的在线监测，随时测得能反映设备绝缘状况变化的信息，对这些信息进行分析处理后对设备的绝缘状况作出诊断，根据诊断结果安排必要的维修。
→预知性维修步骤：在线监测→分析诊断→状态维修优点：降低设备事故率，提高系统安全可靠运行水平；提高设备利用率；减少了维修次数、停电次数和维修费用；投资省，收益高。
4在线监测系统在状态检修的地位及其技术要求是什么？在线监测系统是状态维修的基础和根据在线监测系统的技术要求系统的投入和使用不应改变和影响一次设备的正常运行；能自动地连续进行监测、数据处理和存储；具有自检和报警功能；具有较好地抗干扰能力和合理的监测灵敏度；监测结果应有较好的可靠性和重复性，以及合理的准确度；具有在线标定其监测灵敏度的功能；具有对电气设备故障诊断功能，包括故障定位、故障性质、故障程度的判断和绝缘寿命的预测等二、1.绝缘电阻实验的目的绝缘电阻是一切电介质和绝缘结构的绝缘状态最基本的综合特性参数。
电气设备中大多采用组合绝缘和层式结构，故在直流电压下均有明显的吸收现象，测量吸收比可检验绝缘是否严重受潮或存在局部缺陷测量绝缘电阻能有效地发现下列缺陷：总体绝缘质量欠佳；绝缘受潮；两极间有贯穿性的导电通道；绝缘表面情况不良2.兆欧表的接线原理（用接线原理分析……）一般兆欧表从外观上看有三个接线端子，它们是“线路”端子L-接于被试设备的高压导体上；“地”端子E-接于被试设备或外壳或地上；“屏蔽”(互环)端子-接于被试设备的高压互环，以消除表面泄露电流的影响。
电气绝缘在线检测及诊断技术
电气绝缘在线检测及诊断技术复习题一、名词解释1、污闪[答案]：指线路绝缘子表面积污，在受潮或爬电比距不足的情况下，在正常运行电压下发生的闪络放电现象。
2、绝缘老化[答案]：电气设备的绝缘在运行中会受到各种因素（如电场、热、机械应力、环境因素等）的作用，内部将发生复杂的化学、物理变化，会导致性能逐渐劣化，这种现象称为老化。
3、电力变压器[答案]：是一种静止的电气设备，利用电磁感应原理，将一种交流电转变为另一种或几种频率相同、大小不同的交流电，起传输电能改变电压的作用。
4、电力电缆的电树老化[答案]：电极尖端处或微小空气隙、杂质等处电场较强，发生的放电逐渐发展，形成较细的沟状放电通道的碳化痕迹。
5、电气设备故障诊断[答案]：通过对电气设备的试验和各种特性的测量，了解其特征，评估设备在运行中的状态(老化程度)，从而能早期发现故障的技术。
6、电气绝缘在线检测[答案]：指在不影响电力设备运行的条件下，即不停电对电力设备的运行工况和健康状况连续或定时进行的监测，通常是自动进行的。
7、电气设备绝缘诊断[答案]：在设备运行中和停机时，通过对电气绝缘试验和各种特性的测量，掌握设备绝缘参数，根据参数判定设备绝缘状态或故障的部位、原因和严重程度，预测设备绝缘的可靠性和寿命，并提出治理对策。
8、电容型设备[答案]：通常绝缘介质的平均击穿场强随其厚度的增加而下降。
在较厚的绝缘内设置均压电极，将其分隔为若干份较薄的绝缘，可提高绝缘整体的耐电强度。
由于结构上这一共同点，电力电容器、耦合电容器、电容型套管、电容型电流互感器以及电容型电压互感器等统称为电容型设备。
9、电力电缆的终端与接头[答案]：电缆终端是安装在电缆末端，以使电缆与其他电气设备或架空输电线相连接，并维持绝缘直至连接点的装置；电缆接头是连接电缆的导体、绝缘、屏蔽层和保护层，以使电缆线路连续的装置。
10、交联聚乙烯电力电缆[答案]：是利用化学方法(过氧化物交联和硅烷交联)或物理方法(辐照交联)，使电缆绝缘聚乙烯分子由线型分子结构变为立体的网状结构，即把热塑料的聚乙烯转变为热固性交联聚乙烯。
变电站电力设备综合状态在线监测系统
变电站电力设备综合状态在线监测系统变电站电力设备综合状态在线监测系统一、应用范围及特点变电站电力设备综合在线监测系统主要针对110kV及以上电压等级变电站内关键电力设备（变压器、GIS、断路器、容性设备、避雷器、电力电缆等）进行在线监测，并通过对不同电力设备多种运行参量的综合分析为全面评估设备的运行状态和寿命预测提供准确的现场运行数据。
系统主要特点：采用分层次监测的系统结构，将电力局管辖区域内的多个变电站内的多种电力设备在线监测作为一个整体进行规划和设计，在统一的硬件平台、统一的软件平台和统一的数据库上实现变电站多种电力设备、多个状态参量的集成监测，避免了在线监测简单拼凑带来的弊端，使监测系统具有良好的兼容性、可扩展性和可维护性。
采用目前国际上最先进的数据采集硬件和PXI测控总线结构，不同设备和数据中间之间的通讯采用IEC61850标准，能够保证监测数据的准确性和可靠性。
超高频局部放电监测采用外置的微带天线传感器（带宽：3000MHz）进行测量，并对采集到的单次放电波形进行多种分析，从真正意义上实现了超高频局部放电的在线监测。
所有传感器的安装不改变变压器的本体结构，不影响设备的正常运行。
现场前置机机柜、智能采集单元和所有外置传感器的结构设计均符合高海拔、大温差户外长期使用的要求，系统具备定期自检和故障自恢复功能，能在规定的工作条件下长期可靠工作。
远程数据监控中心采用双机热备+磁盘阵列的结构保证数据长期存储的可靠性，采用电力局区域互联网通信的方式，通过浏览器方式可以远程监控管理终端和监控中心连接，实现电力局办公桌面查看现场数据，并提供无线接入方式。
系统软件采用模块化结构设计和图元设计，同时具备自动监测和手动监测功能，具有良好人机界面，易操作，易升级。
二、技术参数1. 电容性设备：介质损耗角正切分辨率达1‰。
长期检测稳定性小于5‰。
检测单元测量误差小于5‰智能监测单元电磁兼容满足相关技术标准，同时支持现场通讯协议；2．避雷器电流测量精度小于2%（现场干扰条件下测量）；能够对测量结果进行温湿度修正；长期监测稳定性小于1%；电磁兼容应足相关技术标准，同时支持现场通讯协议；3．断路器：a) 电寿命诊断分合闸过程电流波形正常工作和分合闸过程电流幅值电弧持续时间（准确性≤±10%）分合闸动作次数、时间及日期主触头累计电磨损（以I2T 或IT 表征）（受燃弧时间判断的影响，测量精度≤±15%）b) 机械系统诊断线圈分合闸时间分合闸线圈电流波形断路器分/合状态c) 控制回路状态监测辅助触点动作时间d) 储能机构状态监测储能电机工作电流波形储能电机启动次数4 变压器：a）射频局部放电监测单元传感器频带：100kHz~15MHz实时采样带宽：15MHz相位分析窗口数：4000放电统计参量分析功能，包括：基本放电参量：最大放电量、平均放电量、放电次数二次统计参量：偏斜度、峭度二维谱图显示：最大放电量相位分布Hqmax(φ)、平均放电量相位分布Hqn(φ)、放电次数相位分布Hn(φ)二维放电谱图三维放电谱图：放电次数－放电量－相位b）超高频局部放电监测单元传感器频带：10MHz~3000MHz实时采样带宽：300MHz实时采样速率：2000MS/s等效采样速率：2000MS/s纳秒单次放电分析功能，包括：时域指纹分析、频域指纹分析、联合时频分析、基于小波提取的分形分析c）油中气体色谱在线监测最小分析周期: ≤4小时；工作环境温度：-30℃～45℃；安装接口位置：油路循环范围内；测量精度：气体组分灵敏度测量范围检测精度H2 ≤1μL/L 1－2000μL/L ≤10％CO ≤1μL/L 1－5000μL/L ≤10％CH4 ≤1μL/L 0.1－2000μL/L ≤10％C2H6 ≤1μL/L 0.1－2000μL/L ≤10％C2H4 ≤1μL/L 0.1－2000μL/L ≤10％C2H2 ≤1μL/L 0.1－500μL/L ≤10％总烃≤1μL/L 1－8000μL/L ≤10％d）套管介质损耗角正切在线监测（可选）介质损耗角正切分辨率达10-3长期检测稳定性小于5×10-3检测单元测量误差小于±1%读数+0.0005e）油中温度在线监测温度检测范围：-30℃～+125℃温度测量精度：0.5℃f) 铁芯接地故障在线监测最小电流分辨率1mA最大可测量电流范围应达到100A5 环境参数监测：环境参数环境温度 -50～80℃ ±0.5% 环境湿度 0～98%RH ±2%三、系统构成采用分层次在线监测的方式，将需要在线监测的电力设备按照区域划分为多个单元（通常将一回出线上的所有电力设备划分为一个单元）。
电力设备在线监测的现状与发展分析
实践证明：由于灵敏度低和现场抗干扰能力差的原因，脉冲电流检测法主要用于GIS制造厂家的实验室局放试验和现场的验收试验，不适用于GIS 在线局放的监测。
由于超声波在GIS中的传播复杂，故在故障监测上很难做到定量判断，可作为一种辅助的测量方法。超声波监测法主要用于定位监测。
5.超高频法
采用超高频（Ultra High-Frequency，UHF）法检测GIS 中的局部放电是20世纪80年代初期由英国中央电力局（Central Electricity Generating Board，CEGB）提出，并应用于英国Torness 420kV GIS 的检测。Torness 电站的多年运行经验验证了该方法的可行性，使超高频法得到了行业的认可。在2000年修订的IEC60270及IEC50517标准中，均将这一方法作为GIS局放检测的主要方法之一。
电力设备在线监测的现状与发展分析
一.在线监测的诞生
测量、监视、控制等多功能二次设备以及现场测试或实时测量对电力设备运行可靠性起了重要作用。 现场测试或实时测量的发展而诞生了在线监测。
主要电力设备
耦合电容器、电容型套管、电容型电流互感器、电容型电压互感器、避雷器、绝缘子、变压器、GIS、电力电缆、发电机和高压断路器
*超声脱气法是采用超声波装置，使气液两相迅速达到平衡。利用电声换能器，对压电晶体的逆压电效应，通过施加交变电压，使之发生交替的压缩和拉伸而引起振动，使所加频率在超声的频率范围内（即大于20Hz），超声波在介质中所引起的介质微粒振动，即使振幅极小，也足可使介质微粒间产生很大的相互作用力，使气体分子从油中逸出。
在线检测目前并不能完全取代常规预防性试验： 大多局限于测量工频运行电压下的绝缘参量； 无法测量电力设备在高于运行电压下的参量； 迄今尚未形成统一的判断标准。
高压套管在线监测介绍
4、中法兰
② 高压套管的常规预试项目及试 验方法
高压套管的常规预试项目及试验方法
要求 周期 试验项目1
a) 采用2500V兆欧表 b) 主绝缘的绝缘电阻 值一般不应低于下 列数值： 110kV及以上： 10000MΩ 35kV： 5000MΩ c) 末屏对地的绝缘电 阻不应低于1000MΩ
电容量测量原理：从套管末屏接地线上取得电流信 号；从电压互感器取得相同相的电压信号；计算可 得电容量：
C=I/（ωU）
高压套管在线监测的原理及方法
b) SIM2系统 ：
SIM-2绝缘状态监测系统是一套针对110kV及以上电 压等级的电气设备，实施绝缘状态在线监测及诊断 的完整解决方案，适应于监测运行中电力变压器、 互感器、耦合电容器、避雷器等高压电气设备的绝 缘状况。 采用分布式结构、就地测量、数字传输，在被监测 设备上安装智能化的本地测量单元LC（相当于智能 传感器），实现就地测量，通过现场总线把监测数 据传送到中央监控器SC（相当于主机）。用户（PC， 用户端的计算机）利用局域网或电话线可随时获取 监测数据和诊断结果。
SIM绝缘监测系统的构成
高压套管在线监测的原理及方法
c)
电流信号的获取：
内置传感器的取样方式，即通过2×2.5mm2的双绞屏 蔽电缆把本地测量单元的取样传感器串接在末屏接 地端，并在设备的末屏与地之间安装取样保护装置， 这样可有效防止由于双绞屏蔽电缆意外开断造成末 屏开路。
C相 B相 A相
本地测量单元接线端
1.0 1.0
1.0
1.0 1.0
非 电 容 型
充油
充胶 胶线
3.5
3.5 3.5
1.5
2.0 2.0
/
容性设备在线监测方法综述
优点： 在前端信号滤波效果很好的情况下，可以达 到较高的精度和分辨率。
缺点： 硬件处理环节过多，对硬件要求太高，在测 量过程中受电磁干扰、谐波干扰等十分明显，会造成较 大的误差和分散性［15］。
16
《电气开关》（2011． No． 3）
料构 成。此 固 体 材 料 一 般 用 于 35kV
料套管
和导体间有时还有气 及以下系统
浇注或模塑树脂 体间隙
套管
液体绝缘套管
主绝缘是绝缘液体，如 一 般 用 于 35kV
有绝缘套管
及以下系统
流体绝
缘套管 气体绝缘套管
主绝 缘 由 等 于 或 高 于 110kV 及 以 上
大气压 （ 与周围空气 不同 ） 的 气 体 构 成 的 SF6 断路器或 GIS
在线监测能利用运行电压对高压设备绝缘状况进
行试验，可以大大提高试验的真实性与灵敏度，弥补仅 靠定期离线检测的不足之处。随着电子测试技术的进 步以及管理水平的提高，对于电力设备的健康状况的 判断和维护，已经从预防性检修逐步向状态检修和预 知检修的方向发展。在众多的电气设备中，对于容性 设备（ 如电压互感器、变压器套管、耦合电容器等） ，其 绝缘状况的监测主要基于对其电容量、介质损 耗 值 （ tgδ） 的监测［3］和绝缘电阻。
当电容式电压互感器忽略其电磁单元的影响，可 以近似把它等效看成一个电容器，其等效电路图应与 支柱绝缘子相似，但其各部分对地电容和对导线电容 及其参数变化会有不同。
3 介质损耗因数在线监测方法
常见的测量介损方法主要通过硬件和软件两种途 径实现［12］。 3. 1 硬件方法
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容器是用多个电容器并联且分别在传感器和信号调理箱（将传感器获取的电压信号调节为交流３０Ｖ 左右以便和后续单元很好匹配）内共安装四道冲击（闪电）过电流和过电压保护，同时在信号进入 计算机前还设置了信号的隔离电路（一，二次隔离电路）。运行证明这些措施能保证末屏接地和计算
机安全。 ３．２．监测的绝缘特征参数：
３
ＯＳＭ一１０００容性设备在线监测系统
我市１ １０ＫＶＭＳ变电站安装运行一套上海思源ＯＳＭ一１０００容性设备在线监测系统，运行中经受
电力系统故障、雷击、倒闸操作、设备末屏内部断线以及气候异常等各种复杂因素的考验，监测装 置工作正常，对绝缘特征参数的变化反应灵敏，现就该装置的一些特点作如下简述：
３．１监测装置的系统组成：
本文链接：/Conference_7079207.aspx
０．０２％，满足精密测量要求。 ３．１．３电容器制造中固有的自屏蔽及采用屏蔽双绞电缆传输信号使装置具有较强的抗干扰能力。 这种将试品末屏的接地线断开直接串入电容分压器获取监测信号的直接耦合方式。由于试品与 监测装置之间没有隔离，如系统发生过电压而万一过电压保护不能立即起作用，将对后面的电子线 路和计算机系统造成灾难性后果，为此，ＯＳＭ．１０００为确保末屏接地的安全可靠，传感器的分压电
１８３
型套管（ＵＲ）的Ｕ、Ｖ、ｗ每相均有５个试品，现举例说明主变１０１单元电流互感器ＴＡ的Ｕ相末屏电 流基准相位如何确定： ３．２．１测量１００母联单元ＴＡ设备Ｕ相末屏电流相对１０１主变单元ＴＡ设备Ｕ柏末屏电流的相位差角 为： △①ｌ＝①１００一①ｌｏｌ，ａ由为正说明１００单元ＴＡ设备Ｕ相末屏电流超前于１０ｌ单元ＴＡ设备Ｕ相末屏 电流，Ａ由为负则为滞后。 ３．２．２测量１０１主变单元ＴＡ设备Ｕ相末屏电流相对１０１主变Ｕ相套管末屏电流的相位差
０ Ⅸ
一
确定１０３线路单元ＴＡ设备Ｕ相末屏电流基准相位。 确定１０５线路单元ＴＡ设备Ｕ相末屏电流基准相位。
０ Ⅸ
一
Ｏ珈 烈 Ｏ
Ｏ 嗽 ０
一
恸 掰
／＼。＞。＞、＞
确定主变套管单元Ｕ相末屏电流基准相位。
掰 一
Ｏ坳 嘴
同理，Ｖ、Ｗ相设备的末屏电流相位基准也按此确定，至于分组顺序可以任意，其结果不改变 末屏电流的相对相位关系，因此对介损测量并无影响。 ３．２．４在ＯＳＭ－１０００投运前整组调试时，将上述确认的各单元设备的末屏电流基准相位对应的介损值
２绝缘的特征参数及其随局部缺陷发展而变化的规律
电容型绝缘结构的电性能可以等值为多组电容、电阻串并联的组合电路，绝缘预防性试验测取
的特征参数主要是绝缘的等值电容Ｃ和介质损ｔｇ
６。
工程上应用的各种绝缘材料在交流电场的作用下，介质中除了由电导和周期性极化电荷移动引 起的能量损耗外，还有一些附加杂质引起的损耗如介质受潮、脏污及介质内部气隙在强电场的作用
６和三相中性点不平衡电压Ｕｏ（或三相绝缘地端电流矢量和
∑Ｌ）与缺陷部位介损馆６ ｄ的关系式：
篑＝－幽＂２－・丽１
等２＂蛾－ｋ－・丽Ｉ
曲线１ 曲线２
Ａｔ９８＝－培Ｔ已－・虿根据上列三式可作出试品介电特性与局部缺陷部位介损ｔｇ
６＝葛的关系曲线：
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舌‘吾。Ａｔｅ８
以’
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ＯＳＭ．１０００对容性高压电气设备绝缘监测参数有介损损蟾６、电容增量△ｃ／ｃ、末屏电流增量△
●
Ｉ／Ｉ和三相设备末屏电流矢量∑厂等为传统的绝缘监测特征量，ＯＳＭ．１０００以试品末屏电流为基准的 直接相位比较，绕过介损测量需测母线电压相位的关卡既简化监测系统又增强抗共模干扰能力，从 而提高介损相对变化值测量的精度，此方法确有独到之处。 互为基准的直接相位比较法是将变电站内同母线段上同相别的各单元试品的末屏电流（作用电 压是同母线同相别的电压）相互间的相位差角△ｍ确定为该试品末屏电流相位的基准。如１１０ＫＶ峪 变电站Ｉ段母线有母联１００、主变１０１、线路１０３和１０５等四个单元的电流互感器（ＴＡ）和主变电容
容芯之分。
因为电容器纸是由纤维组成的多孔介质，其中纤维占其体积的５１０／＇ｏ－８７％，由于多孔性和纤维的 吸湿性很强，电容器纸含水量约７％一１０％，为了提高其电气性能，电容纸必须经干燥后浸渍于电气 性能良好的液体介质中，因此油纸电容型绝缘结构的电气设备都有瓷套作为外绝缘，整个设备为密 封式结构。 胶纸电容器芯成形后经热处理使树脂固化，再切削两端呈圆锥体形状又经几次上防潮漆和烘干 后成为机械强度很高的电容芯。 由于电容型绝缘结构具有结构合理、体积小、绝缘利用系数高的优点，所以也相应要求工艺水 平高才能保证绝缘运行中能承受高电压和大电流的要求。
下发生游离放电等都将引起额外的介质损耗。 设厚度为ａ的介质内部含有一个厚度为ｄ的空气隙，其轴线与电力线平行，如示意图及等效电 路图：
Ｃｄ
下１日上
图中：Ｃ二、
Ｃｂ为与空气隙串联介质的等效电容；
西
Ｒｄ分别为空气隙的等效电容＿ｑ
Ｅｇ阻
ｃ４、Ｒ。为除Ｃｊ、Ｃｂ以外其余介质的等效电容与电阻；
由于通常气隙尺寸不大，一般ｃ：＞＞巳＞＞Ｇ，若令ｋ－百Ｃ＿Ｑ
综上可知，当局部缺陷部位的培以≤ｌ时，试品整体ｔｇ ８随ｔ９６的增大而上升，但当缺陷继 续发展使ｔｇ以＞ｌ时，试品整体的ｔ９６随ｔ９６的增大反而下降。
Ａｃ／Ｃｏ、 △Ｉ／Ｉａ和Ｕｏ却
随ｔｇ以全范围的增加而上升，可以较灵敏地反映缺陷的发展。所以在线监测系统监测的特征参数比
预防性试验增加了△ｃ／ｃ：、△Ｉ／Ｉａ和Ｕｏ或∑Ｌ。
△①２ ２①１０ｌ列一①ｌｏｌ硼
３．２．３以△①ｌ和△①２两相角差的大小和符号可以确定１００母联单元、１０１主变单元Ｕ相ＴＡ和ｕ相
套管末屏电流的相互相位如下：
厶ｏｌ尉 厶∞黝
照此类推，按下列组合确定其他单元Ｕ相设备末屏电流的基准相位： 分组顺序：
Ｏ Ⅸ
一
Ｏ协 Ⅸ ａ岈 拟
确定１００母联单位ＴＡ设备Ｕ相末屏电流基准相位。
置零，即认定当前设备处于健康状态。ｔｇ ６＝ｏ。这样在今后运行中当变电站受到共模干扰如环境污
秽，气温、湿度变化、运行中系统的扰动等，虽然会引起各设备末屏电流相位绝对值的变化，但各
设备之间末屏电流相角差却基本不变或仅很小变化，因此试品的介损ｔｇ ６仍显示正常，消除了共模 干扰的在线监测误诊断。
当运行中某各试品内部缺陷扩大发展，那么由于该设备末屏电流相位绝对值的变化必然引起同
电容型绝缘结构高压电气设备在线监测
陈泾汶
黄以华
厦门电业局 ３６１００４）
（福建厦门电厂
３６１ ００９
摘要：电力系统中运行着大量电容型绝缘结构的高压电气设备，通过在线监测以掌握设备健康水平，摸清缺陷发 展、绝缘劣化的规律，为设备实施状态检修提供科学依据。本文结合电容型设备在线监测的绝缘特征参数 介绍上海思源电器提供的ＯＳＭ－－－１０００在线监测系统现场使用中的体会。 关键词：在线监测；绝缘结构；介质损；末屏电流；特征参数；
，
夕。
｝
／
‘＼
实测某三相试品中一相有局部缺陷其馆以变化时，随着喀以的增大，其总体ｔｇ ６、△ｃ／巳、
峨和Ｕｏ的变化，数据如下表：
／‘ａ
ｔ￡占ｄⅨ）
７，８ １６．８ ２８．８ ４３．８ ８３．８ １３２．８ １８３ ２ ３３３
ｔ９６哺】
０．４３ ０．５５ ０ ７０１ ０．８４７ １．０２８ １．０２９ ０．９３２ ０．７２４
１电容型绝缘结构简述
电力系统中运行着大量的电容型绝缘结构的电气设备如：高压电容型套管、高压电容型电流互 感器、藕合电容器等。这种绝缘结构有内绝缘和外绝缘，内绝缘或称主绝缘是圆柱形的电容芯子， 外绝缘一般是瓷套兼作内绝缘和浸渍矿物油的容器。． 内绝缘的电容芯子是按照一定的设计要求卷制而成，各层电容量均匀递减使首屏到末屏的电位 梯度均匀分布。电容极板一般用铝箔，极间介质要用耐电强度高、介电系数大、介质损耗小、机械 强度高的电容纸、薄膜或不透油单面上改性环氧树脂的胶纸，因此电容芯子有油纸电容芯和胶纸电
则有：
实测电容ｃ＝Ｃ口＋邑鲁≈Ｃ。＋Ｃ６
实测介损：ｔｇ
６＝ｉＫ万ｔｇａ．＋由蟾岛
当Ｋ＞＞ｌ时，噜６≈呜坑
上式说明实测介质的介损不能有效反映缺陷部位的损伤程度和缺陷发展，给进一步缺陷诊断带
来困难。
我们对等值电路作进一步数学分析可得到：介质电容增量相对值Ａ ＣＩＣａ，试品绝缘地端电流增
量相对值△Ｉ／Ｌ，试品介质增量Ａｔｇ
黄以华（１９７６）
男福建永定工程师毕业于北京电力高等专科学校、福州大学电力系统
及自动化专业，曾参与同安农网改造、输配电工程施工管理、电缆施工管理、工程项目管理工作。
电容型绝缘结构高压电气设备在线监测
作者： 作者单位： 陈泾汶， 黄以华 陈泾汶(福建厦门电厂 361009)， 黄以华(厦门电业局 361004)
控
传懋需 试
ｕ（３－
制
箱
——口一
信号 调 理 箱
一、二次 系
信
号 采
Ｖ口 品
Ｉ Ｏ－
——俨
——口一
统
隔
离
样
ＯＳＭｍｌ０００采用德国进口的优质无损电容器附以闪电过电流和过电压保护电路组成传感器，以 电容分压器的方式串联在试品末屏与地之间取得交流约３０－－－４０Ｖ的信号电压，这种传感技术有别于 从设备末屏地线上通过电磁耦合线圈获取末屏地端电流信号的传统方法，具有如下特点： ３．１．１选用优质无损电容器其介质损耗很小，使电容传感器的接入几乎不消耗被测信号的功率而具有
△Ｃ，Ｃａ馍）
０ ００８ ０．０３８ ０．１０５ ０ ２２４ ０．５７４ Ｏ．８５９ １．１０５ １．３２４
△Ｉｌｉａ擅）
０．０３１ ０．Ｄ６３ ０．１２５ ０．２５ ０ ５９５ ０ ９７７ １ ２２２ １．３４７