一種新型容性設(shè)備帶電檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用研究

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(廣西電網(wǎng)公司柳州供電局，廣西 柳州 545005)

1 引言

在變電站高壓設(shè)備中，容性設(shè)備(電容式絕緣電流互感器、電容式電壓互感器、耦合電容器、套管等)的數(shù)量占到了40%～50%，其自身的絕緣性能是關(guān)系到電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行的重要技術(shù)指標(biāo)。容性設(shè)備的絕緣劣化是一個(gè)漸變的過(guò)程，但如不及時(shí)發(fā)現(xiàn)并檢修，可能導(dǎo)致設(shè)備發(fā)生故障，引發(fā)突發(fā)性事故，造成巨大的直接、間接經(jīng)濟(jì)損失。容性設(shè)備的介損和電容量的變化對(duì)反映設(shè)備整體受潮、絕緣劣化較靈敏，其絕緣帶電測(cè)試與傳統(tǒng)預(yù)防性試驗(yàn)相比的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)需停電，測(cè)試靈便；測(cè)量參量基于設(shè)備運(yùn)行電壓，診斷絕緣缺陷的靈敏度高；試驗(yàn)周期易于依據(jù)設(shè)備絕緣狀況靈活安排，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患和絕緣變化趨勢(shì)等，對(duì)提高電力設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)水平、減少停電事故有積極作用[1]。在絕緣在線檢測(cè)時(shí)，通常從電壓互感器(PT或CVT)的二次側(cè)抽取電壓信號(hào)，從設(shè)備末屏或接地點(diǎn)連線上的電流傳感器抽取電流信號(hào)，再經(jīng)過(guò)信號(hào)幅值調(diào)整、模/數(shù)轉(zhuǎn)換、角差信號(hào)處理等環(huán)節(jié)，最后得出被試設(shè)備絕緣的介損值和電容量。一般認(rèn)為所獲取的基準(zhǔn)信號(hào)能夠保證介損測(cè)量的精度，然而實(shí)踐證明這種觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的。這是因?yàn)殡姎庠O(shè)備的介損值量很小，只有千分之幾的數(shù)量級(jí)，互感器角誤差、PT二次負(fù)荷變化、接地點(diǎn)的電位差、外界干擾，都會(huì)影響介損測(cè)量值的精度及穩(wěn)定性。

2 系統(tǒng)工作原理

容性設(shè)備在線監(jiān)測(cè)介損的方法有主要分為硬件法和軟件法。然而，硬件法易受外界干擾的影響，從而降低了整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的穩(wěn)定性和測(cè)量精度；如果要使測(cè)量的性能有所提高，又將增加硬件線路設(shè)計(jì)的難度和復(fù)雜性，鑒于這些難以避免的缺點(diǎn)，促使tanδ帶電檢測(cè)方法的研究逐漸向軟件化方向發(fā)展[2]。軟件法又分為絕對(duì)值測(cè)量方法和相對(duì)值測(cè)量方法。

相對(duì)值測(cè)量方式，通過(guò)測(cè)試信號(hào)取樣單元，獲取同一條母線上兩臺(tái)同相電容性設(shè)備的末屏被測(cè)電流Ix和參考電流In，其中一臺(tái)作為基準(zhǔn)設(shè)備，另一臺(tái)作為被測(cè)設(shè)備,如圖1所示。

根據(jù)公式(1)、(2)測(cè)得的介損差值的變化趨勢(shì)，判斷設(shè)備的絕緣狀況。

(1)

(2)

等式左邊是儀器獲取的介質(zhì)損耗角差和電流大小比，等式右邊是相對(duì)值測(cè)量所需要的介損損耗差值和電容比。相對(duì)值測(cè)量方式需要基準(zhǔn)設(shè)備的存在，對(duì)于變電站里某些單相CVT介損和電容值的測(cè)量，無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

絕對(duì)值測(cè)量方式如圖2所示，通過(guò)PT或CVT二次側(cè)獲取電壓信號(hào)作為基準(zhǔn)信號(hào)，通過(guò)取樣電阻，進(jìn)而計(jì)算電容性設(shè)備的電容量和介質(zhì)損耗因數(shù)，稱為絕對(duì)值測(cè)量方法。但是，該種方法由于小電流信號(hào)的干擾問(wèn)題以及電流、電壓取樣引起的角差等問(wèn)題，測(cè)得數(shù)據(jù)的精確度往往不夠高。

3 容性設(shè)備測(cè)試總體結(jié)構(gòu)

電容性設(shè)備的帶電檢測(cè)，容易受到磁場(chǎng)干擾以及互感器精度的影響[3]，因此，本容性設(shè)備測(cè)試系統(tǒng)采用高精度鉗形電流傳感器檢測(cè)電流，儀器配置兩個(gè)電流通道和兩個(gè)鉗形電流傳感器，如圖3所示。不同于傳統(tǒng)的帶電檢測(cè)系統(tǒng)，在現(xiàn)場(chǎng)帶電測(cè)量時(shí)，不需要斷開地線，不需要加裝固定式傳感器，用一個(gè)傳感器檢測(cè)參考電流，另一個(gè)傳感器檢測(cè)試品電流，即可實(shí)現(xiàn)相對(duì)電容量和介損測(cè)量。鉗形電流傳感器，除了具有電場(chǎng)屏蔽，減弱強(qiáng)電場(chǎng)干擾影響外，測(cè)試儀器還可以測(cè)量磁場(chǎng)干擾，將一個(gè)傳感器夾到電流上，另外一個(gè)傳感器空置。如果這個(gè)空置的傳感器顯示了非零的“實(shí)測(cè)電流”，這個(gè)電流就是干擾電流。儀器的校準(zhǔn)功能可以扣除干擾電流。在強(qiáng)磁場(chǎng)下，轉(zhuǎn)動(dòng)傳感器，可以找到一個(gè)干擾電流最小的方向，實(shí)現(xiàn)減輕磁場(chǎng)干擾的功能。

圖2 絕對(duì)測(cè)量原理圖

圖3 鉗形電流互感器

由于絕對(duì)測(cè)量測(cè)得數(shù)據(jù)的精確度往往不夠高，但在變電站的一次設(shè)備介損測(cè)量中存在這種單相的線路PT和CVT設(shè)備，所以該方法有其實(shí)用價(jià)值。因此，儀器配置一個(gè)高精度電壓隔離線圈，如圖4所示。將電壓隔離線圈接到PT二次輸出電壓上，選擇“電壓”做參考并置入PT變比。用該線圈的電流做參考，可以實(shí)現(xiàn)絕對(duì)電容量和介損測(cè)量，提高測(cè)量精度。

圖4 高精度電壓隔離線圈

4 系統(tǒng)應(yīng)用與現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)分析

帶電檢測(cè)選擇在220kV變電站，110kV變電站的電流互感器和電容式電壓互感器的一次容性設(shè)備上進(jìn)行。被試設(shè)備介損和電容值的停電測(cè)試值為2008- 2013年的預(yù)試結(jié)果平均值，如表1～5所示。帶電相對(duì)測(cè)試平均值與停電測(cè)試平均值比較結(jié)果如表6所示。帶電絕對(duì)測(cè)試結(jié)果的平均值與停電測(cè)試值的對(duì)比結(jié)果如表7所示。

表1 2021CVT停電測(cè)試結(jié)果

表2 2061CVT停電測(cè)試結(jié)果

表3 195CT停電測(cè)試結(jié)果

表4 107線路A相CVT停電測(cè)試結(jié)果

表5 116線路A相CVT停電測(cè)試結(jié)果

選擇兩次預(yù)試的介損值和電容量值得平均值作為tanδn和Cn的計(jì)算值，計(jì)算相對(duì)測(cè)量測(cè)試值中介損與tanδn的絕對(duì)差值，電容量與Cn的比值，如表7所示。

表6 相對(duì)測(cè)量測(cè)試與停電測(cè)試比較結(jié)果

選擇兩次預(yù)試的介損值和電容量值得平均值作為tanδn和Cn的計(jì)算值，計(jì)算絕對(duì)測(cè)量測(cè)試值中介損與tanδn的絕對(duì)差值，電容量與Cn的比值，如表8所示。

表7 絕對(duì)測(cè)量測(cè)試與停電測(cè)試比較結(jié)果

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)的對(duì)比，首先可知道該測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行的介損帶電相對(duì)測(cè)試結(jié)果具有較好的重復(fù)性，且與停電測(cè)試結(jié)果存在較好的可比性，帶電相對(duì)測(cè)量根據(jù)介損相對(duì)值的變化對(duì)設(shè)備的絕緣作出正確判斷。

其次，該使用的測(cè)試系統(tǒng)的帶電相對(duì)測(cè)試和絕對(duì)測(cè)試的電容值的重復(fù)性良好，與停電測(cè)試有較好的重復(fù)性，對(duì)于帶電相對(duì)測(cè)量可以根據(jù)相對(duì)電容的變化判斷設(shè)備的絕緣狀況，而帶電絕對(duì)測(cè)量的電容測(cè)量值可以參照《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》中規(guī)定判據(jù)直接判斷。

最后，該測(cè)試系統(tǒng)由于帶電測(cè)試不受申請(qǐng)?jiān)O(shè)備停電的限制，因此對(duì)于測(cè)試中出現(xiàn)的測(cè)試值突然大幅變化可以縮短測(cè)試周期，以判斷是設(shè)備絕緣的問(wèn)題還是干擾或其他因素所造成，在判斷設(shè)備有疑問(wèn)時(shí)，可停電測(cè)試作診斷。

[1] 朱德恒，嚴(yán) 璋.電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2009.

[2]陳天翔，張保會(huì)，陳天韜，等.新型電容型電力設(shè)備tanδ在線高精確度測(cè)量系統(tǒng)[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2004，28(15)：67-70.

[3]鄧岳華，阮綿暉，劉味果.高壓設(shè)備絕緣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用與分析[J].電網(wǎng)技術(shù)，2004，28(16)：69-72.