电容型设备在线监测与诊断
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。
电力设备的在线监测与故障诊断 第3章 电容性设备的在线监测
电力设备试验的分类
按类型分类：型式试验、出厂试验、交接验收试验、预防性试验等； 设计定型－－型式试验－－地点在认证机构 制造完出厂前－－出厂试验－－地点在厂家 制造商与运行商之间的交接－－交接验收试验－－地点在现场
投入运行后的运行中－－预防性试验－－地点在现场
按性质和要求分类：绝缘试验、特性试验； 绝缘试验的分类：非破坏性试验(试验电压低)、破坏性试验(试验电压高)；
高介电常数的材料放在电场中，场的强度会在电介质内 有可观的下降
常用介质相对介电常数
空气 变压器油 蓖麻油 纯水 聚乙烯 油浸纸 电瓷 云母 1.00059 2.2～2.5 4.5 81 2.25～2.35 3.3 ～3.8 5.5～6.5 5～7 非极性 弱极性 极性 强极性 弱极性 极性 离子性 离子性
电容型设备的监测项目 电容型设备在线监测的意义 电容型设备介质损耗的理论知识
第二节 介质损耗的监测
电桥法
相位差法
数字分析法
第三节 测量三相不平衡电流 第四节 电力电容器在线监测与故障诊断
第一节 概述 一、电容型设备的监测项目
电容型设备
包括：高压套管、电容式电流互感器（CT）、电容式电压
答：1）直流电压下：
U2 P1 5W R
2）工频交流电压下：
P2 U 2 wc tan 62.38W
1 R 2＝ 159 M wc tan
P2
P1
＝12.57
3）工频交流下介质损耗并联电路的等值电阻：
R2
R1
0.0795
电介质的老化
绝缘的老化:电气设备的绝缘在长期运行过程中会发生一
电介质的分类：根据化学结构分为3类 非极性及弱极性电介质 偶极性电介质 离子性电介质
浅谈电容型设备tanδ在线监测技术
按最保守的１％估算，损失电量就是３００亿ｋＷｈ，销售电价按０．４元／ｌ（Ｗｈ计算，直接损失是１２０亿
元，按我国权威部门指出的直接损失、间接损失和社会损失ｌ：４：６的比例来计算，间接损失是 ４８０亿元，社会损失是７２０亿元，由此可见在线监测技术的重大社会经济效益和开发在线监测技术 的迫切性。 电气设备绝缘状态的在线监测技术可以实现对设备绝缘状态进行自动化的、连续的或定时的绝 缘特性检测和监督，可以发现电气设备在运行状态下的绝缘缺陷，以便确定该设备是否需要试验检 修，因此，绝缘状态的在线监测能有效地提高系统的可靠性，为国家、为社会提供一个坚强、安 全、稳定、可靠的电力网络，减少因停电检修而造成的重大经济损失，所以，在我国电力系统中进 行绝缘状态在线监测系统的推广应用是十分必要的。
及电源输入接口均来用光电隔离或电磁隔离，相当于使电源线及通讯线处于悬浮状态，而被测信号 又通过穿心式电流传感器进行隔离．叫此可保证各个本地单几的电气接地完全独立．相互之Ｍ没肯
电气联系，这样既解提了抗丁扰、抗冲出等山面的问题，又不会政变被测电气设备原有的接地方 式，使运行安全性得到保证．每个删量单元均可在楚行现场直接接地。 监测系统采用这种分布式结构蛆后．由ｒ各个涮昔十元同时进行测量，即存同时刻完成对变 电站内所有被测电。℃设备的测量，有利于排除外界因素，娈化对测量结果所造成的影响．这是目为变
２００９年全国输变电设备状态检修技术交流研讨会论文集
变电设备状态检修技术与应用
ｔａｎｆｉ对绝缘油和绝缘纸中含有的水分十分敏感，ｔａｎｆｉ在线监测可以灵敏反应和发现电力设备的早期 缺陷，可以克服和补充仅依靠流过设备的电流和设备电容量等参数的不足和缺陷，增加在线判断和 分析电力设备绝缘状况的参数与依据。 ｔａｎｆｉ在线监测的结果可以用来分析电力设备绝缘状况的历史发展趋势，通过ｔａｒｉｆｆ检测结果发现 趋势分析及与相同类的不同产品的ｔａｎ６检测结果的比较，可以分析比较得出电力设备绝缘变化情况 判断及寿命预测，做到对电力设备绝缘情况的状态监测与分析，ｔａｎｆｉ在线监测还将大大提高绝缘在 线监测系统的实用性，是电力设备更加安全稳定地运行。 通过测量介质损耗和电容量，可较为灵敏地发现电容型设备的绝缘缺陷，故现行的预防性试验 也把该参数作为主要测量对象。如果利用在线监测手段，在设备的运行过程中实时监测这两个数 据，不但可以及时发现运行设备的绝缘缺陷，还可达到延长甚至代替常规预防性试验的目的。 电容性电气设备绝缘状态进行在线监测或带电测试技术已有２０多年的历史，其间也曾遇到过 许多困难与挫折，但随着技术上的不断提高、认识上的不断深化，目前已逐步走向成熟，而且部分 产品的实用性和有效性均已得到证明和许可。
济宁供电公司110kV电容型设备在线监测系统设计与应用
济 宁供 电公 司 ｌ Ｖ 电容 型 ｌｋ Ｏ 设 备 在 线 监 测 系统 设 计 与应 用
孔令 明 肖云 东 支 娟 文 锦英 ４ ０ 李 斌
（ 山东 电力 集 团公 司济 宁供 电公 司， 山东 济 宁 ２ ２ ０ ） ７ １０ 摘 要 在 线 监测 电容 型高压 设 备 的介质 损耗 （ 简称 介损 ）是 判 断其 绝 缘状 况 的有效 手 段 本 系 统基 于相 对 比较 法进行 介质 损耗测 量 ，以 Ｇ Ｓ卫星 实现精 准授 时 ，以 Ｆ Ｇ Ｅ １ ６ ４ Ｃ Ｐ Ｐ Ａ（ Ｐ Ｃ Ｑ２ ０ ８ 心片 ）完 成对 末屏 电流 采样 逻辑 的控制 、 电 网实时 频率检 测 、环境 温湿度 测 量等 功 能 将 监 测 ４ － 终 端所采 集 数据通 过 Ｇ Ｒ Ｐ Ｓ无 线网络 、Ｉｔｒｅ 传 输到 后 台服务器 ，经后 台服务器 通 过 带有相 关 ｎｅｎ ｔ 诊 断策 略 的专 家软件 对 设备 实 时绝缘 状 态作 出准确 判断并 将 诊断 结果 显 示在其 画面上 。此 外 ， 系 统可通 过 手机 短信 、专家 软件 画面 显示 、现场语 音 等方 式实现 预 、报警功 能【。本 系统在 济 宁 ” 供 电公 司高新 变 电站 ｌ０ Ｖ 电流 互感器 安装 运行 结果表 明，该 系 统介损 测量 的可信 度 、精 确度 ｌ ｋ 和 稳 定性较 高，在 电力 系统 中对 电容 型设备 进行 在 线监 测具有 重要 意 义。 关键词 ：介 质损 耗； 在线 监测 ；相对 比较 法；Ｆ Ｇ Ｐ Ａ；ＧＰ ；Ｇ Ｒ Ｓ ＰＳ
．
ｈｕ ｉ ｉｙ ｏ ｎ ｉｏ ｍ ｅ ｔ Ｔｈ ｈ ｐ ｔａ ｍ ｉ ｔ ｅ ｃ ｌｃ ｅ ｎ ｏｒ ａ ｉ ｎ ｔ ａ ｋｓａ ｅ ｅ ｉ ＰＲＳ ｍ ｄ ｔ ｆｔ ｅ ｖ ｒ ｎ ｈｅ ｎ ． ｅｃ ｉ ｒ ｎｓ ｔ ｈ ｏｌｅ ｔ ｄ ｉ ｆ ｍ ｔｏ ｏ ｂ ｃ ｔ ｇｅｓ ｖ ｒｖ ａＧ ｗ ｉｅ ｅ ｓ ｎｅｗ ｏ ｋ ａ ｄ Ｉ ｔ ｒ ｅ ，ｌｔ ｒ ｈ ｗ ｈ ｅ ｕ ｔｏｆ ｄ ａ ｏ ｉ ｎ ｔ ｅ ｐ ｃ ｕ ｅ ｎｄ ｍ ａ ｅ ｐ ｅ ｉｅ ｒ ｌ ｓ ｔ ｒ ｎ ｎ ｅ ｎ ｔ ａ ｅ ，ｓ ｏ ｔ ｅ ｒ ｓ ｌ ｉｇｎ ｓｓ ｉ ｈ ｉ ｔ ｒ ａ ｋ ｒ ｃｓ Ｊ ｄｇ ｅ ｆ ｔ ｐｐ ｒ ｔ ｓＳ ｅ ｌｔｍ ｅ ｉ ｓ ａｉ ｎ ｓａ ｕ ｂ ｅ ｐｅ ｔｓ ｔ ａ ｅ ｗｈｉｈ ｈ ｖ ｈ ｅ ａｉ ｅ ｍ ｎｔｏ ｈｅ ａ ａ ａ ｕ ’ ｕ ｒ ａ—ｉ ｎ ｕｌｔｏ ｔ ｔ ｓ ｙ ｘ ｒ ｏｆｗ ｒ ｃ ａ ｅ ｔ ｅ ｒ ｌｔｖ ｄｉｇ ｓｓ ｓｒ ｔ ｇｉｓ ａ ｎｏ ｉ ｔａｅ ｅ ．Ｂｅ ｉ ｓ ｈ ｙ ｔ ｍ ａ ｅ ｌｚ ｈ ｕｎ ｔｏ ｓ ｏ ｏ ｅ ａ ｔａ ａ ｍ ｎ ｌｒ ｗｉｈ ｓｄｅ ，ｔ ｅ ｓ ｓｅ ｃ ｎ ｒ ａ ｉ ｅ ｔ ｅ ｆ ｃ ｉ ｎ ｆ ｆ ｒ ｃ ｓ ｌｒ ａ ｄ ａａ ｍ ｔ ｍ ｏ ｌ ｏ ｅ ｓ ｇ ，ｔ ｅ ｇ ａ ｉ ｉｐｌｙ ｏ ｈ ｘ ｅ ｔ ｓ ｆｗａ ｅ ｓ ｅ ｃ ｏ ｎｄ ｈｅ ｓｔ ．Ｔｈ ｂｉｅ ｐｈ ｎｅ ｍ ｓ ａ ｅ ｈ ｒ ｐｈ ｃ ｄ ｓ ａ ｆ ｔ ｅ ｅ ｐ ｒ ｏ ｔ ｒ ｐ ｅ ｈ ｓ ｕ ｓ ｏｆｔ ｉｅ ｅ
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
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
23
22
? 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，
电容式电压互感器状态诊断及在线监测关键技术研究
电容式电压互感器状态诊断及在线监测关键技术研究发表时间：2017-11-20T09:13:50.860Z 来源：《电力设备》2017年第20期作者：徐刚[导读] 摘要：目前CVT现场检定依据为JJG1021-2007《电力互感器》国家计量检定规程，规程规定CVT的检定周期不得超过4年，周期检定时间间隔短，运行CVT数量多，因此CVT周检工作量巨大，并且CVT周检必须停电才能进行，要在有限时间内完成检定工作，需投入大量人力物力。
（中国大唐集团科学技术研究院有限公司华东分公司 230001）摘要：目前CVT现场检定依据为JJG1021-2007《电力互感器》国家计量检定规程，规程规定CVT的检定周期不得超过4年，周期检定时间间隔短，运行CVT数量多，因此CVT周检工作量巨大，并且CVT周检必须停电才能进行，要在有限时间内完成检定工作，需投入大量人力物力。
CVT运行过程中，如发生误差超差，周检不能判断CVT误差发生变化的时刻，无法事后对电量调整提供依据。
本项目适时提出开展电容式电压互感器（CVT）误差状态诊断及在线监测关键技术研究，通过在线实时监测CVT的一次电流信号，并分析其一次电流的波形和数值的变化及变化曲线，来判断其高压臂电容有无变化，从而监控其误差状态。
关键词：电容式电压互感器；在线监测；误差；0 引言电容式电压互感器（CVT）具有可防止电压互感器铁芯饱和而产生的铁磁谐振的作用，从而避免了铁磁谐振过电压，并且本身绝缘设计简单、制造成本低，被电力系统广泛应用。
CVT由电容分压器和电磁单元组成，其中电容分压器高压臂是由多个电容串联而成。
运行过程中因系统过电压、雷击等外界因素的作用，可能发生个别电容击穿现象。
这种个别电容击穿，一般不影响CVT的短时绝缘和短期运行安全，很难及时发现，但会导致CVT高压臂电容量增加，电容分压器的分压比减小，使CVT误差超出规定限值，从而影响了计量的准确性。
1 关键技术电容式电压互感器（CVT）误差状态诊断及在线监测的技术采用零磁通原理的高稳定度高准确度宽频率范围宽温度范围的现场检测用微电流互感器通过穿心的方式接到CVT的一次尾与地之间，将此微小电流信号利用就地智能监测终端采集、数字化处理、无线传输，传送到智能监测站，智能监测站通过专家分析系统再进行逻辑分析、判断、甄别出使CVT误差状态的改变以及误差状态改变的时刻，并输出告警，达到监测CVT误差状态和绝缘状态的目的。
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。
变电站电容器型设备在线检测系统的应用
变电站电容器型设备在线检测系统的应用[摘要] 电容型设备在高压变电站中占有重要的地位，因此，对电容型设备的绝缘进行在线监测对电力系统的稳定运行有着很大的重要性。
本文选择介质损耗作为目标量，对如何实现变电站容型设备的在线检测进了了初步探讨和研究。
[关键词] 电容型设备介质损耗在线监测1.系统研究的背景和意义在社会经济高速发展的今天，各类重要电力用户对电力系统的可靠供电提出了更高要求。
而目前我国电力系统中电气设备的检修和维护工作以定期进行预防性试验为主，因其存在检修停电时间长、实验检修周期固定、停电实验结果有误差等缺点，已很难以满足现在电力系统的实际要求。
电网中的各级变电站是电力系统的枢纽，其是一个高压设备密集的区域，各类设备一旦发生事故，不仅会损坏设备本身，还有可能危及人员安全，并造成其它多方面（如电网大面积停电等）的损失。
而在变电站的各类高压一次设备中，电容型设备是其中比较重要的输变电设备，其设备数量约占变电站总设备数量的40%左右，因其绝缘老化和降低而引发的故障将严重危及变电站的安全稳定运行，同时还可能对其它设备的安全运行以及值班人员的安全造成严重威胁，甚至引发电网扩大事故，所以运用电容型设备在线监测技术对电容型设备进行在线监测，从而实现电容型设备的状态检修将具有十分重要的意义。
2.变电站电容型设备介损在线监测系统的硬件设计2.1在线监测系统结构的选择系统硬件结构方案采用了现场总线技术的分层分布多CPU结构。
且根据在线监测系统功能的要求将系统分为监测、控制和信息三个层。
监测层采用分布式多点采集的方式，各监测设备的传感器信号经过A/D转换，通过RS485现场总线与控制层的主机进行通信。
控制层的主机通过RS485现场总线来完成对现场监测设备的控制和数据读取，并将数据送往信息层的服务器。
信息层主要负责实现B/S模式（Browser/Server模式）的远程服务，其服务器包括Web服务器和数据库服务器。
电容型设备在线故障诊断系统的研究毕业论文
电容型设备在线故障诊断系统的研究毕业论文1 绪论1.1 选题背景与研究意义目前，国家社会经济高速发展，对电网容量和电压等级的要求也越来越高，电力设备容量逐年增大，电网的电压水平也越来越高。
随之而来的是更加复杂和耗费时间的设备检修，检修过程严重影响了电力系统的供电可靠性。
近些年，随着经济水平和人民生活水平的提高，加强电能质量和供电可靠性是电力公司目前面临的巨大挑战。
电力设备不仅要能可靠的运行，而且要保证输出的电能质量并保证供电可靠性，因此，电力设备的检测和维修也面临着更加严峻的挑战[1-5]。
当前，《电气设备预防性试验规程》中规定，供电公司需要对相关电力设备进行定期的检修和维护。
这种定期检修和维护模式虽然在检修效果和效率等方面有一定的局限性，但在预判设备故障，保证电力设备和电网安全运行等方面起到了积极作用[6-7]。
随着用电需求的不断增加和国家电网的不断发展，我国各地变电站和电力设备也迅猛发展。
据不完全统计，98年~06年，河北电力公司电力设备容量有超过10%的年平均增长率，但公司职工人数却只有不到1%的年均增长率。
其他省份和地区的发展情况大同小异，个别地区增长不平衡的现象更加突出。
电力公司亟需采取行之有效的办法利用和配置检修资源，解决如此尖锐的矛盾。
当前大多数电力公司采取的电力设备定期检修方法普遍具有效率低、时效性差、劳动强度高等缺点，严重制约着电力系统安全有效的运行。
另外，定期检修时需要中止供电，影响电网运行经济性，且定期检修针对性差，容易造成某些电力设备过检修，形成资源浪费，并且相关检修人员职业水平的参差不齐也为电力设备的安全运行埋下了隐患。
有相关文献[8]统计了某电力公司的电力设备出现的各种故障，并进行归类分析。
结果表明，90%的电力设备故障出现在定期检修合格的情况，定期检修形同虚设，不能有效的防止故障发生。
特别是某些在停电时进行的检修和带电运行的实际情况差别较大，不能真实有效的反映和发现一些潜伏性缺陷，因此，状态检修作为能够有效解决以上问题的方法正在展现出强大的生命力和发展潜力，设备检修正在从原来的定期盲目的被动检修转向了以监测和及时发现缺陷为主的主动检修过程。
电容型设备在线诊断技术在状态评价中的应用
２１ ０ １年 １ ０月
吉 林 电 力
Ｊｌ ｌｃｒｃＰｏ ｒ ｉ ｎ Ｅ ｅ ｔｉ ｉ ｗｅ
Ｏｃ ． ０ １ ｔ ２ １ Ｖｏ ． ９ Ｎｏ ５ （ ｅ ． ． １ ） １３ ． Ｓ ｒ Ｎｏ ２ ６
第３ ９卷 第 ５期 （ 第 ２ ６ ） 总 １期
Ａｐｐ ｉａ ｉ ｎ ｏ ｐ ｃｔ ｐ ｃｌｔｅ —ｉ ｅ Ｄｉ ｇ ｏ ｅ Ｔｅ ｈ ｑ ｅ ｌｃ ｔｏ ｆＣａ ａ ｉｙ Ｔｙ ｅ Ｆａ ｉｉｉ ｓ Ｏｎ ｌｎ ａ ｎ ｓ ｃ ｎｉ ｕ ｉ ｎ ｔｏ ｂａ ｅ ａ ｕａ ｉ ｎ ｎ Ｃｏ ｄｉｉ ｎ— ｓ ｄ Ｅｖ ｌ ｔｏ
指 标 体 系
基 础 数 据 收集 整 理 基 础 试 验 完 成 纳 入 状 态 量 状 态 评 价 后 的 状 态 检 修 策 略可 行 性 论 证 执 行 过 程 完 整
目标 值
Байду номын сангаас
指 导 电容 型设 备 状 态检 修 策 略 的制 定 ， 已在 长 春 地
区 １ Ｏ座 ２ ０ｋ 变 电站开 展 。 ２ Ｖ
备 在 线 诊 断 提 供 了 全 面 依 据 ， 导 检 修 策 略 的制 定 ， 保 了设 备 安 全 稳 定 运行 。 指 确
关键词 ： 电容 型 设 备 ； 态 检 修 ； 线 诊 断 技 术 ； 态评 估 状 在 状
中图分类号 ：Ｍ８５ Ｔ ５ 文 献 标 志码 ： Ｂ 文 章 编 号 ：０ ９５０ （０ １０ —０ ６０ １０ —３ ６ ２ １ ） ５０ ３ —４
２１ ０ １年 １ ０月
第３ ９卷 第 ５期 （ 第 ２ ６期 ） 总 １
吉 林 电 力 Ｊｌ ｅ ｔｉ Ｐ ｗｅ ｉ ｎ Ｅｌｃｒｃ ｏ ｒ ｉ
第3章 电容性设备的在线监测
第二节介损的监测 二、相位差法－过零电压比较法
3、特点
优点: 计算简单 缺点: 是由于上述众多的误差因素，故对各单元电子器件的要 求较高，否则会影响监测数据的重复性，甚至出现由于重 复性差而无法正确诊断的情况。
第二节介损的监测 三、数字（谐波）分析法
1、基本原理
Cx U
CT
Ix
放大
滤波 工业 控制 计算机
2 T U km cos k u x sin kt dt T 0
（7）
u
0
T
x
cost dt / u x sin Байду номын сангаасt dt
0
T
（8）
第二节介损的监测 三、数字（谐波）分析法
1、基本原理
按相同方法，可由式（4）推得电流基波相角1：
tan 1
凹形谐振腔法
测量线法
相位差法
数字分析法
第二节介损的监测 一、电桥法
第二节介损的监测 二、相位差法－过零电压比较法
1、基本原理
3600 T 20m s
0
3600 T 20m s
0
3600 90 90 T 20m s
第二节介损的监测 二、相位差法－过零电压比较法
i
0
T
x
cost dt / i x sin t dt
0
T
（9）
对容性试品，电流相角超前于电压90o， 所以，介质损失角正切：
tan tg90 (1 1 )
（10）
第二节介损的监测 三、数字（谐波）分析法
2、特点
对硬件电路依赖小，如直流分量、电路零漂等对监测结果无 影响，从而提高了测量的稳定性和测量精度。 要求对被测电压和电流同步采样，否则1－1是变化的，影 响监测结果的重复性。 谐波分析法的主要特点是基于傅里叶变换，进行分析，可运 用 FFT运算求出电压、电流各次谐波的相角，取基波的相角 差用于计算tan，可使结果不受高次谐波的影响。 傅里叶变换要求一周波采样2n个点，考虑到系统频率的变化， 应对该电路进行锁相倍频跟踪，以确保频率变化时仍采样2n 个点。
电容型设备在线监测与诊断9PPT
通过在线监测与诊断，可以及时发现设备潜在的故障和性能下降趋势，采取相应的维护措 施，有效延长设备的使用寿命，降低更换和维护成本。
促进智能化转型
随着智能化技术的发展，电容型设备在线监测与诊断技术逐渐成为电力系统智能化转型的 重要组成部分。该技术的应用有助于提高电力系统的智能化水平，优化设备运行效率，降 低运维成本。
备的运行状态。
油液分析法
通过对润滑油或液压油的理化 性质和污染程度进行检测，判 断设备的磨损和故障情况。
温度监测法
通过安装温度传感器监测设备 运行时的温度变化，判断设备
的过热和故障情况。
声学诊断法
利用声学原理对设备运行时的 声音信号进行分析，识别异常
声音并诊断故障部位。
故障诊断流程
数据处理
对采集到的原始数据进行预处 理、滤波、降噪等操作，提取 出有用的特征信息。
在线监测系统能够实时监测电容型设备的运行状态，及时发现异常情况，并发出报警信息，为设备的维护和检修提供及时、 准确的数据支持。
监测数据的采集与处理
监测数据的采集是整个在线监测系统的关键环节，采集到的 数据质量直接影响到后续的数据处理和分析结果。因此，在 采集数据时，需要选择合适的传感器和采集方式，确保数据 的准确性和可靠性。
05
结论
工作总结
技术应用
电容型设备在线监测与诊断技术已成功应用于多家电容型设备， 实现了实时监测、故障预警和诊断分析等功能。
数据处理
通过对大量监测数据的处理和分析，我们掌握了设备的运行状态和 故障模式，为后续的优化和维护提供了有力支持。
团队合作
项目团队成员之间紧密协作，充分发挥各自的专业优势，确保了项 目的顺利实施和完成。
10kV配网电容器在线监测与故障诊断系统
10kV配网电容器在线监测与故障诊断系统摘要：在我国快速发展过程中，人们的生活质量在不断提高，对于用电的需求在不断加大，目前大多数电力电容器状态监测系统存在实时性不足和数据频密度不足的缺点，难以实现准确的在线故障预判，易导致故障处理滞后或误报等不良后果；文章立足于电力电容器运行和维护的实际需求，构建了一套完整的电力电容器故障在线监测系统，并给出了一套采用神经网络融合电容器电流、电容、电阻和电压等信息的故障诊断模型和方法，并在实际中进行了应用。
在实际应用中，该系统能及时并准确地对电容器的异常状态和故障特征进行捕捉，避免了故障判断的滞后性，提高了获得数据的准确性，能够提高电网设备的运行和维护效率，提升电网运行可靠性。
关键词：电力电容器；在线监测；故障预判；温升监测；信息系统引言伴随我国工业化速度的进一步加快，电力系统容量日益增大，电网中感性负荷急剧增长，无功功率需求与日俱增。
电力电容器作为电力系统重要的无功补偿设备，以其具有结构简单、造价适中、运行稳定、使用灵活等优势而得到了广泛的应用。
电力电容器在长期运行中，因受设备制造质量不良、补偿回路设计不当、系统谐波污染、运行环境恶劣等因素的影响，容易造成故障发生，严重威胁电力系统的安全稳定运行，甚至引发大面积停电事故。
1并联电容器的故障及危害并联电容器外表封闭，内部有绝缘纸、铝箔和电容器油构成串并联电容元件，内部元件从外部无法观察。
补偿电容器通过出线端套管与三相母线连接，根据电容器承受的电压高低和无功补偿容量大小补偿电容器组有星形接法和三角形接法。
电容器在运行过程中受到诸多因素的影响，包括其本身故障的影响，所处环境温度的影响，过电压、过电流的影响，恶劣气候的影响，电容器附属设备的故障影响以及系统运行方式的调整和系统谐波源接入等都会影响电容器的正常运行。
并联电容器的故障现象包括电容器漏油、鼓肚、外壳闪络、熔断器熔断、瓷套管老化等。
并联电容器的故障都会伴随有放电现象发生。
容性设备绝缘在线监测及分析系统
BushingGard容性设备绝缘在线监测及分析系统1、概述容性设备(套管、CT、高压PT/CT等，以下用套管代表)绝缘十分重要，它决定了套管的技术经济性能和运行可靠性。
套管的绝缘在运行中受到电、热和机械应力以及环境应力的作用，其性能会逐渐下降，或者说，绝缘状态会劣化，最终丧失绝缘的功能，这称为绝缘的老化。
高达35－40％的变压器故障与套管的缺陷相关，绝大多数是套管的绝缘。
绝缘的老化是一个渐变的过程，如果不及时发现，就可能导致套管发生故障，甚至引发突发性的电力事故，造成巨大的直接和间接经济损失。
为了了解套管的绝缘状态，避免或减少因绝缘故障引起损坏和非计划停电，进行绝缘监测和诊断是十分必要的。
BushingGard容性设备绝缘在线监测及分析系统是美国伊顿电气公司生产的、用于监视套管等容性高压电气设备的绝缘监测系统，它能提高电力系统运行的可靠性。
BushingGard系统连续的从套管采样，把采样值送到装置内具有高可靠性的故障判别专家系统内。
诊断系统根据采样值显示装置的在线分析，根据这种分析，监控人员将会得出更换设备的最佳时间，系统的这种分析能力既能降低设备的更换费用，又能降低设备报废的危险，因此具有很高的经济性和安全性。
BushingGard监测及分析系统的主要功能包括：在线、实时、连续监测套管的平均泄漏电流——零序电流在线、实时、连续监测套管的介质损耗角及趋势变化在线、实时、连续监测套管的电容及趋势变化数据显示功能绝缘故障诊断分析2、系统组成伊顿电气BushingGard是专用于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TBS－2传感器、嵌入式监测主机和后台分析和诊断软件。
整个系统采用分层分布式结构，共分三层：设备及传感器层、监测预警设备层和分析诊断层。
套管电容和功率因数的改变预示着绝缘降低。
BushingGard通过三相套管电流的求和和平衡监测这些改变。
它会生成一套复杂的计算数据（Gamma）。
容性设备在线监测方法综述
容性设备在线监测方法综述本文介绍了电力系统中常见的几种高压电容型设备的结构特点及其等效电路图。
着重分析了当前容性设备介损在线监测的各种方法及其原理，将各种方法做了详细的比较，介绍了多种方法的优缺点。
总结了当前在线监测中存在的几种其他方法，并对于容性设备在线信号的取样位置做了简单介绍。
标签：在线监测容性设备介质损耗引言电容型电气设备主要指电流传感器、套管、耦合电容、电容式电压互感器等。
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，因而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CT、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[1]和绝缘电阻。
一、电容型设备的结构特点及等效电路1.套管套管是将载流导体引入变压器或断路器等电气设备的金属箱内或母线穿过墙壁时的引线绝缘。
瓷套管以瓷作为主要绝缘，电容套管、充油套管则以瓷套作为外绝缘（如图1）。
套管由于表面有电位降，可以想象沿着此表面有单元电容CS的串联。
同时这个单元电容层对套管导体还存在有互相并联的单元体积电容CV，因为这里同样存在有一个电压降，其它电容相对较小，因此有等效电路图如下。
2.支柱绝缘子支柱绝缘子是支承高压配电装置母线和高压电器带电部分（如触头）的绝缘支柱，按外形结构和工作条件的不同，分为户外、户内两大类。
户外支柱绝缘子采用带伞的实心圆瓷柱来增加电极间沿瓷表面的泄露距离，以提高湿闪络电压。
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C0C Y0 j C0 C 1 jC0 jC R Y 1 jC0 jC R
I I I0 U (Y Y0 ) U Y
20
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
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。
11
电介质的损耗
I=Ir+IC ~U IC Ir
I U
绝缘介质工作图
பைடு நூலகம்
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
tg
UC
U
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。
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。
13
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）。
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。
9
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。
10
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。
2
§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。
3
750kV 电容式电压互感器
8
• 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
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
5
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
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。
19
绝缘特征参量分析
电力电容器结构
铝箔 绝缘薄膜
电容器剖面图
结构单元
7
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
第三章 电容型设备在线监 测与诊断
On-line monitoring and fault diagnosis for capacitive equipment
1
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
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。