牵引供电系统检测新技术

氧化锌避雷器试验
避雷器试验
氧化锌避雷器在线监测——阻性电流监测
避雷器
断路器在线监测
性能特点：
三相电流的实时值
实
开关的动作时间
时 采
累计的动作次数
集 波
每相的触头磨损量及累计的触头
形
磨损量，相对剩余电寿命
开关辅助接点的动作状态
开关动作时刻的三相负荷以及短
路电流波形，分合闸线圈电流波
形，机械振动波形
典型案例：萱州分区所 老堂屋变电所
原因：电缆头制作工艺问题
电缆击穿
典型案例：武汉站 里水分区所
原因：电缆内有明显进水现象
电缆护层击穿
典型案例：荷叶坪变电所 长沙变电所
原因：护层电压过高，在靠近 接地点放电。
电缆头内部闪络击穿
典型案例：乐昌变电所 原因：户外头固定抱箍位置错误，
导致应力锥出现变形，界面 出现空隙。
西南交通大学电气工程学院
牵引供电系统检测新技术 与状态检修
周利军 教授、博导 手机号：13980575780 E-mail：ljzhou10@163.com
一、概况
电气化铁路里程（万公里） 电气化铁路运量比率（%）
8
6
4 3.2万公里
2 1.2万公里
0 1990
2000
2010
时间（年）
2020
100
储能电机打压时刻与储能时间
断路器在线监测
技术指标：
断路器电寿命监测基于触头 累计磨损量模型。通过对累计触 头磨损量通过对累计触头磨损量， ΣI2 t的监测来判断电寿命是目 前一种比较公认的方法。所达到 性能指标如下表。
设备名称
监测参数
测量范围
断路器状态 监测单元 (TIMS-B)
一次电流
断路器动作录波时间 储能电机计量精度
0.1In-30In 170ms
未修复电缆
30
25
20
15
10
5
0
10 20 30 40 50 60
老化时间/年
智能修复，无需更换电缆延长寿命10至15年
高压互感器在线监测——介质损耗监测
高压母线
电
容
型
设
备
现场总线
ABC 电流监测
A B C
PT
A BC
电压监测
电源AC 220V
压互
流互
压 互 末 屏 电 流 监 测
流互末屏电流监测
80% 80
65% 60
40
33%
18% 20
0 1990
2000
2010
2020
时间（年）
近10年电气化铁路运营里程增加到3倍, 电气设备数量大幅度增加
一、概况
牵引变电所
GIS电器
GIS柜
牵引变压器 高压互感器 高压电容器 … 避雷器
高压电缆
高压设备是牵引供电系统中主要的设备
一、概况
绝大部分供电设备寿命终止由绝缘失效引起
内敷设具有一次施工， 成本低，测量准确等 优点，需要在生产时 敷设光纤。
变压器在线监测——电缆温度监测
外敷设
外敷设需要二次施 工，成本高、可靠 性差，适合已经铺 设完成的电缆线路。
20
高压电缆检测与智能修复
XLPE电缆及其附件状态检测
局部放电 超声波检测
抗干扰能力强，易检测； 但无法反应局放量大小
高压电缆的载流与高压的同步试验系统
解决传统高压试验无法发现载流状态下绝缘 性能大幅下降的问题。
大电流
高压
高压电缆检测与智能修复
XLPE电缆修复技术
国外已商业化近30年 西南交大致力于电缆修复
修复液配制
修 修复 复 技术
系 统 制 造
击穿电压/kV
修复前后绝缘诊断
40 硅氧烷A技术修复后电缆
35
硅氧烷B技术修复后电缆
变压器在线监测——油中氢气在线监测
油中氢气监测
变压器在线监测——油中气体色谱分析
在线油中气体色谱分析
变压器在线监测——套管介质损耗监测
套管末屏电流监测
变压器在线监测——局部放电在线监测
，
变压器在线监测——局部放电在线监测
220kV变压器与超宽带天线阵列
超宽带天线 定 位 检 测 系 统
变压器无损检测——电介质响应检测
光纤光栅分布式 温度监测
测量距离长、精度高； 但各类缺陷造成的局 部温升不敏感
RVM、FDS等 介质响应法
抗干扰能力强，无损检 测，较好地反应绝缘水 树状态
进行导线外伤探测 电缆终端电晕放电检测
紫外成像
测试精度受谐波影响大； 判断整体状态
介质损耗
电、热联 合检测与 诊断
准确判别与预测电缆和电缆头绝缘故障
传统高压试验：属破坏性试验，有些场被限制使用； 传统绝缘试验：所获信息单一，诊断效果有限； 传统在线监测：只能监测部分绝缘，如套管、铁心等。
高压套管
油箱
冷却风扇
箱体接地
低压套管 硅钢片
急需一种能够有效 检测主绝缘，且对 变压器绝缘无损的 检测和诊断技术。
牵引变压器电介质响应检测
理论研究： 针对牵引变压器的绝缘结构、接线特征和温升、微水
高压电缆在线监测——局部放电监测
电缆头局部放电监测
变压器在线监测——电缆温度监测
分布式光纤测温
光纤温度传感是一种利用激光在光纤中传输 时产生的光时域反射原理和喇曼散射信号来 获取空间温度分布信息的测量方式。
变压器在线监测——电缆温度监测
分布式光纤安装方法
目前对动力电缆的测温监控, 已经可以实现感温光缆的内敷设 与外敷设。通过两种敷设方式，同时监控整段高压光缆内部 与表面的温度变化， 随时了解线路运行情况，提前预警，避 免事故的发生。
变压器绕组烧毁
互感器爆炸
电容器炸裂
避雷器损坏
电缆头击穿
牵引供电系统的状态检测体系
运维管理系统
综合诊断 设备状态数据服务器
在线离线一体化检测系统
运维管理网
运维管理
百度文库通信控制器 通信骨干网
通信控制器
安全运行监测系统 现场总线
最新、智能化
无损检测系统
传统高压试验系统
传 感
故障气体 泄漏电流 介质损耗 冲击接地 热点温升 局部放电
等特性，建立了相应的理论模型。
厚度
1 2 3 ... i ...
N
σb
σa εb
εa
考虑暂态微水扩散的电介质响应模型
牵引变压器电介质响应检测
应用研究： 开发了变压器电介质响应无损检测系统，并在现场应用，
有效发现绝缘故障。
Hi
V Lo
A Ground
CHL
CL
CH
高压电缆检测与试验新技术
电缆头击穿
传感网 传感网
传感网
传感网
传感网
传感网
网
在线信息
检 测 对 变压器 象
断路器
避雷器 高压电缆 电容器
离线信息 互感器 牵引电机
牵引供电设备在线监测系统
远端网络化管理系统
电力数据通信网 每个变电所的主机系统
现场总线 就地监测单元
被监测对象
变压器在线监测
绝缘油中溶解气体在线监测 变压器局部放电在线监测 变压器铁芯接地电流监测 变压器油中含水量在线监测 变压器绝缘套管介质损耗角正切在线监测 变压器内部温升在线监测