电容型设备在线监测与诊断

j1C4
R3
CX
CN
R4 R3
RX
C 4R4 CN
t g C X R X C 4 R 4
通常取 R4
104
，
，则有
tg100 140C4160 C4C4（单位微法） 2021/3/2
40
传统电现桥场法的—电—场消及除磁现场场常干会扰影的响方电法桥的平衡及准 确的读数，消除干扰的方法有：
可采用改变试验电源极性的做法：如进行正、 反相两次测量。
Y0
kRkk12R x22
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22
缺陷部分的损耗为
t g1/C R x/R
所以
I Y tg
I0 Y0 k
1
k12
tg2
k
由此产生整个试品的介质损耗增量（初始为）
tg R2(k x1)R x2ktkg k11 tg 2
k 缺陷导致的整个试品的电容量增量为
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C Yj C0 Y0
因为 为电流阻性分量和容性分量之比，而
20电21/3流/2 阻性分量引起介质中能量的损耗，所以
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讨论介质损耗角正切 的意义
绝缘结构设计时，必须注意到绝缘材料的 。如果 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， 是基本测试项目，当绝 缘受潮或劣化时， 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 的关系曲线 加以判断（随电压增高， 应不变，若变化，则存 在放电现象）。
tg2
k
1
k12
tg2
k
23
C I
当绝缘内部出现缺陷后，这三个参量（ C 0 ，I 0 ，tg ）
是可被测量的。但哪一个对缺陷反应更灵敏？
可见当缺陷层 ’开始 增大时，测量
I
I 0 和 tg 更灵敏
而当缺陷层 ’>时，测 量
I 和 C 更灵敏
I0
C0
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三相电流之和的在线检测
因此三相不平衡电 压对缺陷的反应远比测 量电流或电容灵敏。
与缺陷 的关系
一般当此三相不平衡电压升高到数百微伏时，往往反映可
能2有021/明3/2显缺陷。
31
影响因素
因是三相电流的汇总，所以三次谐波影响严重。
SN RIYUYI 1
3Ih 3Ih
Y 3Ih
Y SNR 3Ih
Y
来自百度文库
I
目前电网三次谐波分量较大，有时可达的。
比较反映被试品电流的电压信号波形和作为标准电压的 信号波形之间的过零点相位；
Cx uv ui
(a)
u传 感 器uv 前 向 通 道 信 号
处 理
i 传 感 器ui 前 向 通 道 系 统
• 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
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10
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。
近期也有采用或异频电源的方法，这样可避开 频率的干扰。
磁场干扰往往对电桥检流计回路的影响明显，
可将检流计移出磁场干扰区，或采用更好的磁屏
蔽措施。
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在线检测 电桥法
一般采用正接法，对运行设备进行 检测。
为高压标准电容，通常存在一定
的损耗 （已知）。当电桥平衡时，
测量值为 ，有
tgm ICc 4R4 tg(X N)
j
C
0
1 R
j C
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U I
I0
I I I0 U (Y Y 0 ) U Y
21
如取 ，，则
Y0
j
(k
1 1) x
Y
xR x
j R2(k 1) x2k R2(k 1)2 x2k2
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。
I Y YY0 x
1
I0 Y0
19
§ 测量三相不平衡电流
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
C C0
R
Y0
j
C 0C C0 C
Y
j
C
0
1 R
j C
1tgtgXXItngtgNN Ix
由于<<, <<，故 x
tg mtg nX tm g N
tg X tg m tg N C 4 R 4 tg N
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U
42
在线电桥法的困难
需要耐压等级比运行电压更高的标准电容器。 由于设备运行电压很高，在电桥调节过程中，上会出现比 较高的电压。 电桥难以平衡。 可能出现流经设备的电流过大，而使过热的情况。
上述分析表明 ，与介质损耗因数或电容量变化相比，监 测流经绝缘电流的变化对发现绝缘缺陷更为敏感。
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25
如果三相电压平衡，且三相设备的电容及损耗相同，则 无电流通过其中性点；但如果有一项设备出现缺陷，则中性 点有电流流过。
UA UB UC
YA YB YC
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26
影响因素
三相电压不平衡。
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§ 介质损耗角正切的监测
监测
硬件法 软件法
电桥法
过零检测法 绝对法 相对法
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34
在线检测 的电桥法
在停电试验中用电桥法测量是一种常用的、 高精度的测量方法。 如果能够在运行状态下进行 检测，则有效性更高。
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传统电桥法
被测量 设备
标准 电容
被测量 设备
P U2CXtg U2C0tg0 U2C1tg1
tg
U2C0tg0 U2C1tg1 U2CX
C0tg0 C1tg1
CX
这样如果缺陷部分（）越小，则 越小，所 以在测量整体绝缘时越难以发现缺陷部分（ ） 的影响。
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反映不灵敏的设备 反映灵敏的设备
发电机 电力电缆 变压器绕组
套管
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可见 既是绝缘劣化的原因，也是绝缘劣化的特征。
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介质损耗角正切 所能反映的缺陷
绝缘受潮。
绝缘脏污。
绝缘中存在气隙放电。
代表较多气隙开始放电时 所对应的外加电压。
()
从 增长的陡度可反映绝缘 劣化的程度。
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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。
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
202绝1/3缘/2 状况进行监测具有重大意义。
7
电力电容器结构
铝箔 绝缘薄膜
2021/3/2 电容器剖面图
结构单元
8
电容型设备故障统计
• ：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
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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。
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电介质的损耗
绝缘介质工作图
电流相量图
回路电流 （由于介质有能量损耗，所以电流不是纯电容电流）
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介质损耗角正切 的不足
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，则反映不灵敏。
tg I r IC
几乎是不变的。
取决于缺陷对的影 响。
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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。
实际测量的是中性点的不平衡电压。
UA UB UC
、 和可调 是补偿用电阻。
YA YB
YC
RA RB RC
R
U0
r
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在三相设备正常情况下，先调节补偿电阻，使三相不平衡 电压降到零或极小值。
当某一相设备出现缺陷时， 将显著增长，其灵敏度比三 相不平衡电流法高得多。
UA UB UC
YA YB
大家好
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1
第三章 电容型设备在线监 测与诊断
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本章内容
• 概述 • 测量三相不平衡电流 • 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
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§ 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。
， ，
以反接法为例，
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ZX ZN Z3 Z4
Cx
CN
38
Z3 R3
Z4
R 4
R4
j
1 C
4
j
1 C
4
ZX
RX
j
1 C
X
ZN
j( 1 CN
)
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Cx
CN
39
ZX ZN
j( 1
CN
)R4
j1C4
RX
jC1X
Z3 Z4 上式虚实部分别相等，
R4
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为解决现场不愿意在一次侧增加标准电容的情况，可采用 电压互感器配以低压标准电容的方式
由于流经桥臂的电流 很小，宜增大
,一般为。
还应考虑电压互感器引 入的角差 。
tg X tg m C N R 4 tg N tg c
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电桥法的无法克服的缺点
早期普遍采用的带电测量 和电容的西林电桥法沿 用了传统停电预试中测量 的高压西林电桥的测量原 理。由于必须另配更高耐压的高压标准电容器，并需 要对一次线路进行改造，难以在现场推广。
YC
RA RB RC
R
U0
r
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以层电容层相串联的电容套管为例，电容量为，正常情况 下 。当某一电容层 ’增大时。各参量均有增长，但以三相不 平衡电压增长最为明显。。
当层中有一层缺陷增大时总体参数的变化。
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30
对比结果表明，当 一层缺陷进一步恶化时，
和 的变化都不超过， 而三相不平衡电压却增 大若干倍。
• 电磁式电压互感器：铁磁谐振故障 • 电容型：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
• 气体绝缘：电容屏缺陷、蔽罩缺陷、撑件 缺陷、异物
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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
标准 电容
() 正接法；
()反接法
西林电桥测δ的基本线路
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电桥工作电压一般为； 正接法由于调节部分处于低压臂，操作比较安全； 当被测设备必须一端接地时，则须采用反接法。此 时应注意电桥调节部分处于高压侧。
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37
无论是正接法还是反接法，电桥平衡时中的电流 ，所以
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过零检测法基本原理
以高压套管为例。由于绝缘介质并非理想介质，故此流
经高压套管末屏的电流与高压套管电压的相位差将小于π。
若将电压的相位向前移π，会与电流形成一小的相角差（δ），
如图所示。这个相角差（δ）的正切值（δ）就是绝缘介质的
介损。电容量
。
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随着研究的进一步深入，电容型设备绝缘在线检测技 术已发展到了一个新的水平。目前，电容型设备的 在线 检测方法基本上采取如图的原理。
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4
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电容式电压互感器
5
均 压 环
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瓷
中
套
心
导
体
悬浮 电位 屏蔽
断路器充引线套管结构图
接 地 屏
法 兰
支 撑
绝
蔽
缘
6
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（） ▪ 高压电压互感器（） ▪ 电容式电压互感器（）
数量约占变电站设备总台数的～。
电流和之间的关系为：
介质损耗
单元体积的介质损耗
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引入 的原因
介质损耗
使用介质损耗表示绝缘介质的品质好坏是 不方便的，因为值与试验电压、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 来判断介质的 品质。
与 类似，是仅取决于材料的特性与材 料尺寸无关的物理量。
各相设备间对地阻抗有差异。一般电容性设备在
出厂时，允许其电容量存在的误差。所以只有当
缺陷使其等值导纳变化很大时，这种方法才是有
效的。 杂k散电I0流干I 扰Id。
I0 Id
UB UC
YA YB YC YA’ YB’ YC’
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I0 Id
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中性点三相不平衡电压法
为了补偿临近设备造成的感应电流的影响等，提高信噪比，
如Y果2要求3信0.1噪5比0.至9 少为（>）
Y则
时，才能较准确地测量，
这显然是不合要求的。
因此在实际测量中，需将谐YY波 滤0.0去03，尤其是三次
202谐1/3/波2 ，抑制比应为倍() ，才能保证
32
影响因素
由于这种方法必须在一次回路中接入取样电阻，虽 然已并有保护元件，但一次侧接地线一旦断开，则 设备浮地，后果不堪设想。