电容型设备在线监测与诊断

tg
UC
U
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介质损耗角正切tg的不足
tg是反应绝缘功率损耗大小的特性参数，与 绝缘体积无关。这一点并非总是有利的。 如果绝缘内的缺陷不是分布性的而是集中性 的，则tg反映不灵敏。
Ir tg IC
IC几乎是不变的。 tg取决于缺陷对Ir 的影响。
这相当于不同的绝缘部分相并联的情况，总 绝缘损耗为完好部分与缺陷部分介质损耗之和。
电力电容器结构
铝箔 绝缘薄膜
电容器剖面图
结构单元
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电容型设备故障统计
• CVT：电磁单元变压器二次失压；电容分 压嚣电容量变化；电磁单元受潮等 • 电磁式电压互感器：铁磁谐振故障 • 电容型CT：一次导电回路过热故障、受潮 故障及电容芯子内局部放电故障 • SF6气体绝缘CT：电容屏缺陷、蔽罩缺陷、 撑件缺陷、异物
发电机
反映不灵敏的设备 tg 反映灵敏的设备
电力电缆
变压器绕组
套管 PT
CT
§3.2 测量三相不平衡电流Ik
在电力系统中，三相分体设备，通常都是相同型号且同 批生产的。各类性能应当基本一致。 因此可以利用设备的这一特点，通过检测各相设备间特 征参量的差异，来监测设备内部缺陷的发展情况。
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绝缘特征参量分析
P U 2C X tg U 2C0tg 0 U 2C1tg1
U 2C0tg 0 U 2C1tg1 tg U 2C X C0tg 0 C1tg1 CX
这样如果缺陷部分（C1）越小，则C1 / CX 越 小，所以在测量整体绝缘tg时越难以发现缺陷部 分（ tg1）的影响。
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§3.1 概述
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。 由于结构上的这一共同点，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。
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750kV 电容式电压互感器
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讨论介质损耗角正切tg的意义
绝缘结构设计时，必须注意到绝缘材料的tg。如 果tg过大会引起严重发热，是绝缘材料迅速老化， 进而导致热击穿。

在绝缘预防性试验中， tg是基本测试项目，当绝 缘受潮或劣化时， tg将急剧上升。绝缘内部是否存 在可疑的放电现象，也可以通过测量 tg - U的关系 曲线加以判断（随电压增高， tg应不变，若变化， 则存在放电现象）。




当运行电压恒定的情况下，电流的变化既反映了导纳的变 化。
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电介质的损耗
I=Ir+IC ~U IC Ir


I U
绝缘介质工作图
电流相量图
回路电流 I=Ir+IC（由于介质有能量损耗，所以电流不是纯电容电流） 电流Ir和IC之间的关系为： Ir= ICtg = UC tg
介质损耗
P= UIR = U2 C tg p= P/sd= 0 r E2 tg
均 压 环
瓷 套
中 心 导 体
悬浮 电位 屏蔽
接 地 屏 蔽
法 兰
支 撑 绝 缘
750kV断路器充SF6引线套管结构图
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变电站中的主要电容性设备

电力电容器


电容式套管
高压电流互感器（CT）
高压电压互感器（PT）
电容式电压互感器（CVT）
数量约占变电站设备总台数的40%～50%。 电容型设备在变电站中具有重要地位，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 绝缘状况进行监测具有重大意义。 6

可见 tg既是绝缘劣化的原因，也是绝缘劣化的特征。
介质损耗角正切tg所能反映的缺陷

绝缘受潮。 绝缘脏污。 绝缘中存在气隙放电。
UC代表较多气隙开始放电 时所对应的外加电压。 tg = f (U ) 从tg 增长的陡度可反映绝 缘劣化的程度。 另外，当外施电压超过起 始放电电压时，将发生局部 放电，损耗急剧增加。
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• 耦合电容器：电容芯子受潮、密封不良、 结构设计不合理、夹板在制造和加工时有 缺陷、现用的电容器油所含芳香烃成价偏 少、元件开焊、设备引线有放电现象等 • 并联电容器：渗漏油、电容器外壳膨胀、 电容器温升过高、电容器瓷瓶表面闪络放 电、声音异常、电容器爆破等 • 集合式电容器：电容器制造质量不良、电 容器绝缘老化、不平衡电压保护动作
第三章 电容型设备在线监 测与诊断
On-line monitoring and fault diagnosis for capacitive equipment
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本章内容
• • • • • 概述 测量三相不平衡电流Ik 介质损耗角正切的监测 介质损耗角正切的异频检测 电力电容器的在线监测与故障诊断
U C C0 R I0 I

C0C Y0 j C0 C 1 jC0 jC R Y 1 jC0 jC R
I I I0 U (Y Y0 ) U Y
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如取x=1/C，k=C/C0，则
1 Y0 j (k 1) x xR j R 2 (k 1) x 2k Y x R 2 (k 1)2 x 2k 2
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绝缘介质的能量损耗 绝缘介质在外部场强的作用下存在能量损耗： 电导引起的损耗 介质极化引起的损耗
电介质的能量损耗简称介质损耗，它是影响绝 缘劣化和热击穿的一个重要因素。
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在直流电场作用下，由于介质没有周期性的 极化过程，介质中的损耗仅由电导引起。 在交流电压下，除电导损耗外，还存在由于 周期性的极化而引起的能量损耗，因此需要引入 新的物理量加以描述。
单元体积的介质损耗
引入tan的原因
介质损耗 P= UIR = U2 C tg 使用介质损耗P表示绝缘介质的品质好坏是不方便 的，因为P值与试验电压、介质尺寸等因素有关，不同 设备间难以进行比较。 所以改用介质损耗角正切 tg 来判断介质的品质。 tg与类似，是仅取决于材料的特性与材料尺寸无 关的物理量。 Ir= ICtg = UC tg 因为tg为电流阻性分量和容性分量之比，而电流阻 性分量引起介质中能量的损耗，所以tg值能反映介质损 耗的大小。