容性设备在线监测
容性设备在线监测有效性分析
创新管理科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald192DOI：10.16660/ki.1674-098X.2018.17.192容性设备在线监测有效性分析①崔寒松 段春明 张帆 谷欣龙(国网冀北电力有限公司工程管理分公司 北京 100070)摘 要：电力系统中，容性设备是重要的输变电设备，对其进行在线监测与故障诊断具有重要意义。
文章首先分析容性设备的在线监测方法，简要介绍了介质损耗因数tan δ的测量原理，对比分析了其软件及硬件的检测方法；并对影响tan δ测量精度的因素进行分析，结果表明实现tan δ的测量精度，需从提高信号获取、计算分析方法的有效性两个方面来实现，最后给出了提高信号分析的改进方法。
关键词：容性设备 监测 介质损耗因数中图分类号：TM73 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2018)06(b)-0192-02①作者简介：崔寒松(1987—),男，汉族，北京人，硕士，工程师，研究方向：电网建设管理。
1 概述电力系统中，容性设备是重要的输变电设备，主要包括电流互感器（TA ）、套管、耦合电容器、电容式电压互感器（CVT ）等[1]。
随着电力系统容量的提高、电压等级的提升，容性设备数量及电压等级也随之不断增大。
传统的定期停电试验存在费时、费力以及效果不理想的特点，不能满足电网安全、可靠及高效运行的要求。
因此，实现对容性设备的在线监测与故障诊断具有重要意义。
容性设备检修目标明确，主要的监测项目有：介质损耗因数tan δ、泄漏电流I 、介质电容量C x 。
tan δ可以反映绝缘受潮、脏污、气隙放电等绝缘缺陷；泄漏电流试验一般用于测量直流泄露电流，可发现绝缘物的硬伤、脆裂等缺陷；测量介质电容量C x 可以发现容性绝缘设备的内部击穿问题等。
在线监测系统运行时，需综合这几种监测项目的测量结果进行综合分析诊断。
2 tan δ的测量原理在直流电压下，绝缘介质产生损耗的原因是电导损耗；在交流电压下，除了电导损耗之外，还存在由于绝缘介质极化效应产生的损耗。
电容性设备在线监测探讨
电容性设备在线监测探讨【摘要】电容性设备占电站设备台数的40～50%.它们在变电站中具有极其重要的地位，在电力系统中容性设备绝缘状态的好坏直接关系到整个变电站能否安全运行。
本文提出了在线监测的2种测量方式：（1）绝对测量法，（2）比较法测量。
并探讨了电容性设备在线监测的实现方式。
最后进行了总结展望。
【关键词】电容性设备；在线监测；介质损耗；比较法测量1.电容性设备在线检测意义在变电站中，高压电容型电气设备是指其绝缘结构可看成一组申电容的设备.包括高压电容式套管、电容式电流互感器（CT）、电容式电压互感器（CVT）及耦台电容器等，其数量约占电站设备台数的40～50%.它们在变电站中具有极其重要的地位，在电力系统中容性设备绝缘状态的好坏直接关系到整个变电站能否安全运行。
因此，对其状态的监测就具有极大的意义。
与常规的绝缘预防性试验相比，在运行条件下设备本身绝缘特性和“冷态”有一定的差别。
所以，带电测试更能反映设备绝缘的真实状况。
此外，高压电气设备绝缘带电试验与常规停电试验相比也具有较大的优越性：无需停电，测试灵活、方便；基于设备的运行状态，诊断绝缘缺陷的灵敏度高；试验周期可以依据设备绝缘状况灵活安排，便于及时发现设备的绝缘隐患，了解绝缘缺陷的变化趋势等；并且常规停电预试会使电力部门的正常运转受到影响，造成很大的经济损失及人力、物力上不必要的浪费。
因此，电力设备绝缘带电试验技术的开发和应用，近年来逐渐得到重视。
而随着绝缘带电测试技术的逐步发展和完善，部分设备已经具备以带电测试取代传统停电预防性试验的可能性，在新近出版的中国南方电网有限责任公司企业标准《电力设备预防性试验规程》中，也特别强调了带电测试的重要性，并就带电测试代替停电预防性试验作出了具体规定。
电容型设备绝缘带电（在线）检测技术的开发和应用，对提高电力设备的运行维护水平，及时发现隐患，减少设备事故起了积极的作用。
2.电容性设备在线检测方法由于电容型设备是通过电容分布强制均压的，其绝缘利用系数较高，一旦绝缘受潮往往会引起绝缘介质损耗增加，导致击穿。
090721容性设备在线监测技术说明
容性设备绝缘在线监测系统技术规范批准: 审核: 校核: 编写：目录1.0工程慨况 (1)1.1初步设计依据 (1)1.2工程主要设计内容 (1)1.3适用和参照的规程 (1)2.0 取样电路的设计 (2)2.1 末屏接地的安全设计 (2)2.2 有源传感器设计原则 (3)2 .3 监测点统计 (3)2.4 PT参考取样设计 (3)3.0 信号处理系统设计 (3)3.1信号处理板的设计 (3)3.2系统结构的设计 (4)4.0 控制柜的布置 (5)5.0主控制屏的设计 (5)5.1 现场MIS调度系统设计 (5)5.2数据发布系统设计 (6)5.3测量 (6)5.4设备的电磁兼容 (6)6.0接地 (7)7.0电缆及电缆敷设 (7)8.0土建 (7)1.0 工程慨况对×××变电站在线运行的容性设备进行在线监测项目的安装和调试工作，监测对象共3个点，包括3个容性设备监测点。
1.1 初步设计依据1．2008年10月与×××公司讨论的在线监测可研报告。
2．2008年12月由×××公司工程专员到变电站进行实地勘察后出具的现场考察报告。
1.2 工程主要设计内容1.根据可研结果对预期采用的在线监测系统进行深入设计，其中电气部分包括：· 电流传感器和信号处理集控柜在现场安装的布置位置· 后台机放置位置，及接线布置· 现场PT参考信号的取样与输送方式· 末屏接地线的接线方式和抗干扰处理· 现场运行硬件设备的温度和湿度控制· 现场运行硬件设备的可靠设计· 现场光缆总线网络的组织结构与调度模式· 数据的收集处理和发布设计2.工程投资概算3.相关的土建部分1.3 适用和参照的规程提供的设备和配套件要符合以下标准但不局限于以下标准：GB/T 14598.9-1998 辐射电磁场干扰GB/T 14598.10-1996 快速瞬变干扰GB/T 14598.13-1998 脉冲群干扰GB/T 14598.14-1998 抗静电干扰GB 12801-1991 生产过程安全卫生要求总则DL 5053-1996 火力发电厂劳动安全和工业卫生设计规程DL 5000-2000 火力发电厂设计技术规程国电公司电力安全工作规程DL/T 596-1996 电力设备预防性试验规程Q/CSG 10007-2004 电力设备预防性试验规程GB50150-1991 电气装置安装工程电气设备交接试验标准GB/T 311-2002 高压输变电设备的绝缘配合2.0 取样电路的设计针对不同监测点的电流配套相应的电流传感器，保证在整个测量范围内保持高的线性度和稳定性。
电容型设备的在线监测
常用介电特性参数：介质损耗角正切，电容值和电流值
常用介电特性参数：介质损耗角正切，电容值和电流值
发现绝缘整体劣化 较为灵敏
给出极化过程介 质结构变化信息
根据介质损耗角正切随电压而变化的曲线可判断绝缘是否受潮， 含有气泡及老化的程度
1表示绝缘良好 2表示绝缘中存在气隙 3表示受潮绝缘
绝缘受潮, 油或浸渍物脏污或劣化变质, 绝缘中有气隙发生放电 等。这些都会使流过绝缘的电流中有功电流分量增大, 从而导致 tan 值增大
C X C0U 0 / 0
二、相位差法 1、硬件实现：系统先通过采样电路捕捉电流和电压信号，进入 相位鉴别单元，求出电流电压相位差，进而得出损耗角正切 2、软件实现：过零时差比较法 系统先通过采样电路捕捉电流和电压信号的过零点，然后通过 一系列的逻辑转换电路形成一定宽度的方波信号，方波的宽度 反映了电流和电压信号的相位差。
（1）电压电流两路信号采集的同时性
（2）保证在一个周期内均匀采集到整数个点数，以防止出现 频谱泄漏，而导致采样误差
5.3 测量三相不平衡电流
可通过监测三相的三个同类型设备的电流之和来发现某相设 备的绝缘缺陷 认为三相设备绝缘同时劣化的概率小，因此某相设备绝缘劣 化，流经三相的电流将不平衡，则三相电流之和将相应会改 变。
监测其变化就可以发 现故障
一、三相不平衡的原因 1、因三相设备绝缘的等效导纳的差别和电源电压不对称而引 起的
I y YA U A YB U B YC U C I u U 0 (YA YB YC )
2、感应电流 各相设备对母线、相邻电器及配电装置其他元件间导纳差异 所引起的
用软件剔除，可引入校正系数
容性设备在线监测课件
根据不同场景的需求，定制化的 解决方案，满足各种复杂场景的 监测需求。
05
容性设备在线监测的挑 战与解决方案
数据处理与干扰消除
总结词
在容性设备在线监测中，数据处理和干扰消除是关键的挑战。
详细描述
由于监测系统通常会接收到大量数据，因此需要有效地处理这些数据，以提取有 用的信息。此外，由于电力系统的运行环境复杂多变，各种干扰可能会对监测系 统造成影响，因此需要进行干扰消除以获得准确的结果。
02
预测性维护
通过在线监测技术对容性设备的运行状态进行实时监控，能够实现预测
性维护，提前发现设备故障隐患，减少设备损坏和维修成本。
03
优化运行管理
在线监测技术将帮助电力企业实现对容性设备的优化运行管理，通过对
数据的分析和挖掘，制定更加科学合理的运行方案，提高设备运行效率
和安全性。
THANKS
感谢观看
背景：随着电力系统规模的不断扩大和运行复杂性的增加， 容性设备的故障对电力系统稳定性和可靠性的影响日益突出 。因此，开展容性设备在线监测对于保障电力系统安全运行 具有重要意义。
监测的重要性
实时监测容性设备的运行状态， 及时发现并处理故障，有助于降 低设备故障率，提高设备使用寿
命。
在线监测能够为电力系统的稳定 运行提供重要数据支持，为运维
在线监测技术的应用领域将进一步 扩大，不仅局限于电力行业，还将 拓展到石油、化工、钢铁等领域， 实现多元化应用。源自人工智能与大数据的应用前景
深度学习
人工智能将应用于在线监测数据的处理中，通过深度学习 算法对大量数据进行学习，提取出更准确的特征和规律， 提高监测准确度。
数据挖掘
大数据技术将应用于在线监测数据的挖掘中，通过对大量 数据的分析和挖掘，提取出有价值的信息，为决策提供支 持。
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
容性设备在线监测
容性设备在线监测系统一系统发展背景电力系统中，高压容性设备是指某些绝缘结构可视为一组串联电容的设备，数量在变电站中占较大比重，且具有重要的地位，它们的绝缘状态是否良好直接关系到整个变电站能否安全运行，因而对其绝缘状态进行监测具有重点的意义。
容性设备的绝缘劣化、缺陷的发展大多数都有一定的发展期。
在这期间，绝缘会发出绝缘状态变化的各种物理化学信息，借助实时的在线监测系统，就能及早发现这种缺陷，及时发出警报，从而为管理人员决策提供有力的依据。
容性设备的绝缘在线监测技术对电力工业的发展具有重大意义，归纳起来主要有：1.能够及时反映电力系统主设备绝缘状态，从而及时发现缺陷，提高整个系统供电的可靠性。
2.减少主设备停电的盲目性，降低了供电成本，提高电力系统经济效益。
3.在线监测装置安装固定在被试设备上，避免了大量停电操作和高空拆装引线、临时布置试验场地等带来的不安全因素，增加了人身安全性。
二系统概述容性设备在线监测系统可监测35kV － 1000kV电压等级的电力变压器套管、电抗器套管、电流互感器、电压互感器、耦合电容器等高压电气设备的绝缘状况和故障诊断。
容性设备绝缘在线监测的在线监测及分析系统，系统主要包括线监测装置（由传感器和嵌入式监测主机组成）、通信总线、系统网关服务器及后台分析和诊断软件。
容性设备在线监测系统采用分层分布式结构,综合运用先进的零磁通无源传感器技术、同步采样技术、程控放大技术、数字信号处理技术等,实现了信号采集的就地数字化和智能化,并由现场总线将实时数据送入容性设备在线监测系统后台数据库中保存。
通过网络通信还可以把容性设备在线监测系统的监测数据汇集到上层的数据管理和专家诊断系统,实现对变电站内容性设备绝缘状态的在线监测和诊断。
三系统功能特点1.实时监测2.数据图表生成3.故障设备跟踪4.数据处理分析5.WEB查询6.远程维护7.故障设备跟踪报警及事故记录采用最新的超微晶材料、双层电磁屏蔽、单匝穿心结构的高精度无源传感器与电力设备一次系统完全隔离，不影响系统运行接线方式，绝对保证系统设备及运行的安全。
容性设备在线监测
户外环境，运行电压较高，易受到温度、湿度、外绝缘污秽的影响，造 成表面泄露，使损耗增大，造成在线监测数据不稳定。
? 5.其它运行项的电场及磁场耦合干扰
变电站内的运行电气设备除了要承受工作电压的作用，还会受相邻的其 它电气设备产生的电场影响，会影响传感器的灵敏度与可靠性。
? 6.其它实际操作中的因素
采用软件法计算出信号基波的真实频率，
利用真实频率确定最佳采样频率和采样点数；
再利用傅里叶分解求取tan??。
参考文献[1] ：邹艳平. 电气设备介质损耗在线测量的谐波分析法研究
黑龙江电力,2008,01:13-15.
13
? 3.相关函数法的改进
相关函数法的基本原理：假设电压、电流经过滤波后的角频率均为
容性设备在线监测有效 性分析及算法改进
主要内容
2
? 一、容性设备在线监测的概述 ? 二、信号采集影响因素的分析 ? 三、信号分析方法的改进 ? 四、实例分析
一、容性设备在线监测的概述
3
? 1. 容性设备
容性设备是重要的容性设备要的输变电设备，占变电站总设备的 40%~ 50%，主要包括：
电流互感器
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? 3.图1（a）、（b）、（c）中，对于1号A相套管，当电压较高时，介损较 低，而当电压较低时，介损则较高；2号波动较小，也无明显与电压曲线 的关联性，验证了上面的分析。
? 现场实际情况：
1号变是在1986年投运的，2号变是在1997年投运的，两台主变套管的运 行时间差异大，制造工艺有区别，1号变由于运行时间长，绝缘老化、受 损的程度应大于2号变。
灰色系统理论，是对系统变化发展态势的定量描述和比较的方法，利用 已知信息去揭示未知信息，即系统的“ 白化”问题。变化发展态势的比较，