容性设备绝缘在线监测方案探讨

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.。