容性设备绝缘在线监测方案探讨
对变电站容性设备介损在线监测系统设计的探讨
４ 专家软件
专 家软件根 据使用 的部 分来划分可 以分为两个 版块： 专 家软件服 务器 和专家软件 客户端 。专家 软件在技术 上采
用 有效 的模糊控 制技术和灰 色系统技术 ，介 电损耗机制 的 建 议的基础上 的价值取决于 介质损耗 因素 确定绝缘状况 是 如 何变化 的，这 里必须考虑 到技术知识 的不完备性 的各 种 影 响因素 ，从 而分析定量介质损 耗因数序列变 异 以及密 切
比率甚 至高达９ ８ ％ ，共计２ ４ 颗Ｇ Ｐ Ｓ 卫星星座 己根据设计 思路
图布设成功 。
３ 现场监测分机 设计介绍
３ ． １ 硬 件设 计
２ Ｇ Ｐ Ｓ 简介
Ｇ Ｐ Ｓ 是英文Ｇ ｌ ｏ ｂ ａ ｌ Ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｇ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ（ 全球定位系 统 ）的简称 。Ｇ Ｐ Ｓ 这个项 目始于 １ ９ ５ ８ 年 ，美军在 １ ９ ６ ４ 年建成 并投入使 用 。２ Ｏ 世纪 ７ ０ 年代 ，美国军队联合 开发 了新一代
１ 系统工作原理及总体构造简介
１ ． １ 基本原理概述
介 电损 耗的交变 电场，在 电介质 中 ，由于 电消耗一定
的能 量 ，而 使 热介 质本 身 出现 的现 象 。因此 ，电介 质包 括载 体可 以是 导电性的 ，所施加 的 电场 ，导 电性产生 的电 流 ，消耗 的一部分 能量 ，转换成热能 。
摘要 ：为了提高电力 系统 高压 电气设备指数的安全性和可靠性，制定 了一个容性设备介电损耗变电站监控
系统 。 系统 采用全 球 定位 系统提 供 了高度 精 确 的时 间 同步采样 ，可 选 的现 场可编 程 门阵 列 芯片Ａ Ｄ Ｓ ８ ５ Ｏ ５ 器件 Ｅ Ｐ １ Ｃ ６ Ｑ ２ ４ ０ Ｃ ８ 完 整的 实时采样 ，利用Ｑ ｕ ａ ｒ ｔ ｔ ｕ ｓ Ｉ Ｉ 软 件特 别具有 的逻 辑设 计 思路 。 关键 词 ：变电站容性 ；设 备介损 ；在线监 测 系统
针对容性设备的在线状态检测研究概述
针对容性设备的在线状态检测研究概述在电力系统中，电容型设备在整个系统的40% ～50%左右，容性设备的性能直接关系到电网的正常运行。
介绍了电力系统中常见的几种高压容型设备的故障类型及其原因。
对容性设备的介电特性参数及在线监测的参数作了简单介绍。
分析了当前容性设备介质损耗因数在线监测的各种方法及其原理。
关键字：在线监测；容性设备；介质损耗；谐波分析引言容性电气设备除电力电容器之外，还有电容式高压套管、电容式绝缘电流互感器、电容式电压互感器、耦合电容器等。
在电力系统中应用广泛，主要起功率补偿、整流滤波和过电压保护等作用，电容器性能的好坏直接关系到电网的正常运行。
由于高压电气设备损坏事故中大部分是绝缘损坏引起的，因此时有效地发现绝缘存在缺陷对于保障电网安全具有重要意义。
为了确保电力系统电气设备的安全运行，根据过去长期的运行经验及试验研究，逐步确立了一些预防性试验项目，这些预防性试验项目已经发挥过不少积极作用，但是规程要求定期对电气设备停电进行绝缘预防性试验和检修，具有一定的盲目性，造成人力、物力的大量消费，而且还不能及时发现电气设备的绝缘潜伏性故障。
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，对于容性设备绝缘状况的监测主要基于对其电容量、介质损耗因数和绝缘电阻的监测。
文献[2-4]对目前容性设备在线监测方法作了介绍。
1. 主要容性电气设备常见故障及原因容性电气设备主要包括电力电容器、电容式高压套管、电容式绝缘电流互感器、电容式电压互感器、耦合电容器等。
这些设备的特点是高压端对地有较大的等值电容，大约几百皮法到几千皮法。
1.1 电力电容器故障类型及原因电力电容器故障类型主要有渗油、漏油、桶皮鼓肚，异常响声，严重时则发生爆炸起火事故[1]。
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
电气设备的绝缘在线监测与状态维修探究
电气设备的绝缘在线监测与状态维修探究摘要：在电力系统综合性能评价过程中，对电气设备绝缘性能的评价是非常重要的。
绝缘状态将直接影响电气设备的运行状态。
如果电气设备绝缘性较差，将严重威胁相关人员的安全。
这种安装方法虽然也是传统的定期停电监测方法，但不适应时代发展的新要求，难以适应。
在此背景下，电力设备在线监测技术应运而生。
该技术有效地弥补了传统监测技术的不足，提高了电力设备的维护效率，保证了电力系统的安全稳定运行。
关键词：电气设备；绝缘在线监测；状态维修1电气设备在线监测技术的原理在电气设备正常运转的过程当中，精确测量其基本绝缘层特点，比如容量、电流量以物质消耗因数这些，为此体现电气设备存不存在运作常见故障，这便是电气设备在线监控科技的原理。
介电损耗因数的原理有两种，一个是应用硬件配置实时测量相角，应用零相位差比较分析法。
另一个是使用浏览器来测试信号的改变，智能化解决是重要的专业技术，关键方式就是谐波分析法。
谐波分析测试原理，要在电压互感器检测仪器的尾端引出来电流量信号，通过对工作电压信号的二次提取，接着通过方式、过滤及其程序控制方式后信号，再用同步采样的形式得到最后的离散变量数据信号。
利用计算机并对快速开展傅立叶发生变化时得到基波傅立叶指数值，再对基波相位角来计算，为此就可以获得介电损耗因数。
2电气设备绝缘在线监测系统设计与实现2.1 设计温升在线监测电路本次建成的温升在线监测回路配置3个机柜。
每个机柜的结构由一个三环环氧套管组成。
设计监测车道数分别为10条和9条。
监测各相母线相互连接处的温升。
实际温度是指监控柜内的温度。
结合开关柜的配置，可增加测温通道的数量，有效满足不同客户的需求。
在采集到的温度下，测温单元采用红外通信方式将数据传输至接收单元端，通过RS485通信方式将数据传输至主控计算机，不需要监测人员实际到现场。
利用主控计算机对整个环网柜系统的温升进行监控，可以更快地发现可能出现的问题，有效地预测事故，促进供电可靠性的提高。
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
变电站高压电气设备绝缘在线监测技术探析 谢宽
变电站高压电气设备绝缘在线监测技术探析谢宽摘要：由于电能对人们的生活及工农业发展有着至关重要的作用，一旦出现问题，将严重影响人们正常生活与经济发展。
但是传统电力检修工作需要在断电之后才能进行，因此为了解决这一难题，在线监测技术很快得到推广。
根据以上问题文章对高压电气设备绝缘在线监测技术的应用提出探讨，进而加快我国的电力事业发展。
关键词：高压电气设备绝缘、在线监测、技术浅论引言在整个电网系统中，高压电器设备的正常运行有着非常重要的意义。
如果其在运行过程中出现问题，那么就很容易会导致整个电网系统的运行出现安全问题。
尤其是如果高压电气设备的绝缘性能不好，也很可能会造成无法挽回的安全事故。
近几年来，电气设备的相关故障发生率也越来越高。
因此，相关的管理人员就应该加强对高压电气设备绝缘性能的管理，尽量避免绝缘故障的产生，从而有利于整个电网能够正常运行。
一、变电站高压电气设备绝缘在线监测技术发展的相关情况 1.1相关阐述近几年来，我国科学技术在不断的进步，电能对于人们工作和生活有着非常重要的影响作用。
因此，早在上个世纪这样设备的监测技术就已经开始逐渐发展。
早先的绝缘在线监控技术主要是通过对数据进行采集和分析来进行监测的。
但是随着我国电气设备的不断复杂，原有的技术已经不能满足发展的需要，同时原有技术所测出的结果的准确性也不是很高。
因此，变电站高压电气设备绝缘在线监测技术就已经逐渐完善和发展。
现阶段，由于我国人工智能的不断发展，智能芯片技术也已经应用到了绝缘的在线监测，利用此技术不仅能够提高监测的速度，同时也能在一定程度上加强相关数据测量的准确性。
目前我国变电气的主要电气设备大多是通过氯化锌的避雷器来进行相关绝缘的工作。
这种方法与原先的串联间隙法有着非常大的区别。
尤其是随着避雷装置的不断运行和使用，相关的线路也可能会发生老化的现象，就容易导致漏电的现象发生。
因此，利用在线监测的技术，能够很大程度上对整个电流进行分析。
容性设备在线监测技术发展及其在云南电网内的应用现状分析
Ｔ ｅ ｓ ｔ ａ ｎ ｄ Ｍ ａ ｉ ｎ ｔ ｅ ｎ ａ ｎ ｃ ｅ Ｂ ｕ ｓ （ Ｍ Ｔ Ｍ － Ｂ ｕ ｓ ）
检测电路。可将 故障隔离到主要 的功能单元或
器件 。
Ｐ ｒ ｏ ｔ ｏ ｃ ｏ ｌ Ｉ Ｓ ］ ． １ ９ ９ ５ ．
３结 束语
本文 首 先研 究 了 ＡＲ Ｉ Ｎ Ｃ６ ２ ４中机载 维护
【 ６ 】 张小林 ． 机 载计 算 机 中的 Ｂ Ｉ Ｔ 设计 … ， 西北 工业 大学学报 ， ２ ０ ０ ３ （ Ｏ ５ ） ．
Ｌ Ｒ Ｕ及 Ｓ Ｒ Ｕ级 别，发现故障 时及时将故 障上 报给 ＣＭＣ。Ｉ Ｂ Ｉ Ｔ对 以下指标进行检测 ： 检测
会给生产带来一定的影响。 （ ２ ）由于是周期性定期试验，而不是连续
地 实 时 监 测 ，绝 缘 故 障 仍 可 能 在 两 次 试 验 间 隔 期 内发 生 。按 照 南方 电 网公 司最 新 颁 布 的预 防 性 试 验 标 准 ，大 多容 性 设 备 的试 验 周 期 长 达 三
至 பைடு நூலகம்年 。
传 统的对 电力 设备绝缘 可靠性 的评价是通过预 防性试验来完成的，这 一传统方法 已取得 了许 【 关键词 】容性设备 在线监测 介损 电容量 多经验，在发现 设备缺 陷、预 防事故方面取得 了很好的作用 但预 防性试验是离线进行的，
，
低 ，不易发现缺陷绝缘的劣化、缺 陷的发展大
多数都 有 一 定的 发展 期 。
系 统 的架构 ，分 析 了 Ａ Ｒ Ｉ Ｎ ｃ６ ２ ４中对机 载 设 系统 电源输入 输出特性；检测外部接 口控制系 备测 试性 的基本 要求 ，然后 结合 自身 设计经 作者简介 １ ９ ８ １ － ） ，男，山东青岛，硕士学位 ， 统状态 ：检 测系统接收特性 ；检测系统发射特 验，按照 Ｉ Ｅ Ｅ Ｅ 一 １ １ ４ ９系列 的测试性 标准 ，提出 夏喜龙 （ 性 ；检 测系统编译码能力特性； 由于天线为无 源器件 ，天线的检测在主机端射频端 口通过驻 波检测 实现 。
电容型设备绝缘在线监测与诊断技术综述
摘要：传统的定期检修已不能满足高压输变电设备安全运行的要求，以状态检修代替定期检修已成为电力系统设备检修的必然趋势。
实时的绝缘监测及诊断技术是状态维修的基础。
电容型设备在变电站中具有重要地位，因而对其绝缘状况进行在线监测具有重要意义。
本文介绍了电容型设备在线监测的具体内容（如在线监测信号的提取和介损数字化测量等），电容型设备在线监测和诊断技术的研究现状与应用状况，并就其存在的问题和对今后的技术发展提出了建议。
关键词：变电站；电容型设备；在线监测；诊断技术1 引言高压输变电设备的安全运行是影响电力系统安全、稳定和经济运行的重要因素，高压设备发生绝缘事故，不仅会造成设备本身损坏，而且还会造成多方面的损失。
据文献[1]统计，“八五”期间，我国主要电网中由设备故障而直接影响系统安全运行的电网事故约占事故总量的26.3%。
电压等级越来越高、设备容量越来越大，使得每次检修的时间较长，不仅检修费用高，而且也影响供电的可靠性。
在电力市场环境下，用户对供电可靠性要求将越来越高，而由设备故障或检修所造成的停电损失有时是相当可观的。
因此既要提高设备的运行可靠性，又要确保较高的供电可靠率，这就对电力设备的维护提出了更高的要求。
传统的定期检修存在试验周期长、强度大和有效性差等缺点[2]，难以满足电力系统对可靠性的要求，以状态检修[3,4]逐步代替定期检修已成为电力系统设备检修的必然趋势。
实现状态检修的前提条件是实现在线监测，只有通过各种手段及时、准确地掌握运行设备的绝缘状况，才能根据设备自身特点及变化趋势等来确定检修时间和检修策略。
电容型设备是重要的输变电设备，它主要包括电流互感器（TA）、套管、耦合电容器（OY）、和电容式电压互感器（CTV）等，这些设备约占变电站设备总量的40%~50%，在变电站中具有举足轻重地位。
这些设备的绝缘故障不仅影响整个变电站的安全运行，同时还危及其它设备和人身的安全，因而对其绝缘状况进行在线监测具有重要意义。
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容性设备绝缘在线监测方案探讨
摘要：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，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，因而对容性等设备绝缘状态进行监测也具有重要的意义。
本文基于高压容性
设备的绝缘在线监测方案进行了分析探讨。
关键词：
容性设备；在线监测技术；方案
1容性设备在线监测技术背景
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，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，
因而对容性等设备绝缘状态进行监测也具有重要的意义。
图1-1容性设备绝缘结构示意图
针对容性设备的绝缘在线监测，目前还没有成熟的方案、没有进行组网监测，大多还停留在试验阶段，还未产业化应用。
因干扰和测量误差，无法满足相位的高精度测量要求。
如膜纸复合绝缘电容
器（OWF）在10 k V电压环境下，其介质损耗因数不大于0.2%,油纸绝缘电容介
质损耗<0.5%，相位角本身已很小，在现场环境下在线监测易受干扰而无法取得
较高的测量精度。
影响测量精度的因素比较多, 现场相间电耦合电容电流的干扰、系统电压的高
次谐波对测量的影响，高压下绝缘层表面污秽和温度、湿度等环境条件的影响，
已经严重影响到在线监测的有效性，其中最主要的误差来源是电流取样方式和从
ＰＴ取到的参考电压相移影响，再加上通过互感器耦合到二次检测回路的信号已
极其微弱，使得测量结果产生误差、偏移或不稳定。
2容性在线技术特点
由于容性高压设备的在线监测，多是在监测漏电流的基础上展开，因此立项
研发容性在线监测两个独立项目时，着重攻克是微弱电流的检测和相位角的计算，前端技术重点在系统的采集节点，既要解决实时同步采集、又要保证系统的电气
完全隔离，保障系统的可靠性，方案设计考虑了这些要点，在此基础上研发完成
了容性设备在线监测系统。
微弱漏电流的监测——研究提供的零磁通穿芯漏电流传感器是专门为高压电
气设备绝缘在线监测特制的一种小电流传感器，选用起始导磁率高损耗小的新型
铁合金材料做铁芯，并采用一次穿心方式安装不对一次设备的泄流产生影响，互
感器采用一体式金属屏蔽外壳，提高了信号测量的抗扰能力，使系统软件和现场
监测器数据完全同步，真正实现在线监测所有功能。
系统实施专门设计了漏电流监测模块LCM、母线电压PT取样监测模块PTM，通过无线方式通讯，同步采集每相漏电流和对应相电压的PT信号，使通讯上做
到电气隔离。
同时方便了各监测节点的分布式、网络化安装在各个被测高压电气设备下，
我们采用2.4G无线组网技术实现电压、电流同步采集，无线组网可实现一台IED
集中器管理多达256个无线监测节点。
户外安装的监测模块采用太阳能非晶电板供电，同时内部集成了可充电可更
换的锂电，内部设计了高效的电源管理系统，不用外部电源拉线供电，使电源供
应上做到完全的电器隔离。
锂电池的安装结构设计了和干电池类似的易于更换或
添加的方式。
采用嵌入式无风扇工控机做为IED集中器硬件平台，可大容量存储器可保存
各监测节点的所有数据结果和波形记录。
测量和数据采集，采用嵌入式可编程延时模块，可跟踪系统频率的漂动实现
等周期采样，确保DFT计算基波和各次谐波的稳定性，避免了传统插值算法的误差。
3容性在线监测系统方案分析
3.1容性在线监测实施方案
信号取样及测量是容性设备绝缘在线监测系统的关键技术，它将直接影响到
使用的安全性和监测的有效性。
图3-1容性在线监测系统示意图
容性在线监测系统由电流采集模块分别通过3只零磁通漏电流互感器同时采
集三相容性设备的末屏漏电流，电流同步采集最大程度减少三相电流相位差，可
在模块内部进行电流适量和的判断；同时由电压监测模块分别通过3只零磁通电
流互感器取样三相母线电压，可准准确计算出3U0。
PT电压取样就近通过互感器进行二次隔离确保了PT取样的安全性和测量准确度；系统最大的特点无线方式
实现同步，由IED来发出无线同步信号，LCM和PTM同步接收，同步时间误差控制在1uS内，角差控制在1分内。
3.2 硬件设计方案
无线采集模块采用16位高精度的ADC,采用片上SOC高集成度方案设计，在
确保采样精度的同时降低系统的功耗，使电池供电的系统待机时间更长，在无外
部供电情况下，系统使用电池供电待机时间可长达半年。
集中器组件柜外观设计美观，采用散热传导优良的工艺设计，柜体外壳采用
不锈钢材料外加部分喷塑防护方式，满足户外安装环境要求，内部采用标准工控
架构设计，可扩展安装多个智能化IED或标准机箱，箱体内置环境温湿度控制器，为柜内安装的IED和电气元件提供良好的工作环境。
集中器组件柜内安装的IED，硬件电路采用高性能嵌入式板卡方案，采用低功耗无风扇的设计方式，实现高性能的采集数据汇集、计算、记录存储、协议转换
等功能，并采用具有磁屏蔽功能的标准机箱，确保IED在变电站中电磁污染严重
的环境下能可靠工作。
IED采用工控机架构后，使得系统软件功能得到很大提升，IED可以做为工作
站综合管理站内避雷器、容性设备和其它漏电流监测设备的数据信息，IED同时
可作为无线传感器网络和IEC61850的网关。
结束语
对于容性设备的绝缘在线监测，以往还没有成熟的产业化方案、没有进行组
网监测，大多还停留在试验阶段，还未产业化应用。
因此，本文基于高压容性设
备的绝缘在线监测方案进行了研究探讨，对实现容性设备绝缘状态的在线监测具
有重要的意义。
参考文献
[1]彭亚凯,李振东,罗传仙,廖源. 一种容性设备绝缘在线监测系统现场校验装置[J]. 电工电气,2011,02:53-54+59.。