穆亞明

(云南電網(wǎng)公司玉溪供電局，云南 玉溪 653100)

1 前言

電容型設(shè)備主要指電流互感器、套管、耦合電容器、電容式電壓互感器等，在電力系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)成中占相當(dāng)大的比重，這些設(shè)備的安全可靠是實(shí)現(xiàn)整個(gè)電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的基礎(chǔ)，而高壓電氣設(shè)備損壞事故中很大一部分是絕緣損壞引起的。絕緣材料的介質(zhì)損耗角正切 (tan δ)是反映高壓電氣設(shè)備絕緣性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)，通過(guò)測(cè)量tan δ可以發(fā)現(xiàn)電力設(shè)備絕緣系統(tǒng)的整體性缺陷或較大的集中性局部缺陷［4］。對(duì)容性設(shè)備tan δ在線檢測(cè)能在實(shí)際運(yùn)行電壓下對(duì)高壓設(shè)備絕緣狀況進(jìn)行試驗(yàn)，增加了試驗(yàn)的真實(shí)性，彌補(bǔ)僅靠定期停電檢測(cè)的不足之處，具有非常重要的意義。在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際檢測(cè)中，可以通過(guò)采用基準(zhǔn)設(shè)備比較法來(lái)消除或減小相間耦合及環(huán)境溫、濕度因素、TV角差變化對(duì)其測(cè)量結(jié)果的影響，對(duì)在線檢測(cè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的真實(shí)性和有效性也可以通過(guò)縱向或橫向比較的方式進(jìn)行分析進(jìn)而判斷運(yùn)行設(shè)備的絕緣狀況。

2 介質(zhì)損耗在線檢測(cè)的原理

2.1 在線檢測(cè)的基本原理

電介質(zhì)在電壓作用下都是有能量損耗，包括電導(dǎo)引起的損耗和極化過(guò)程引起的損耗。在交流電壓作用下，電介質(zhì)等值電路及向量圖如圖1所示。

在等值電路，可得:

圖1 電介質(zhì)等值電路及向量圖

從公式 (2)可知介質(zhì)損耗與外施電壓、電源頻率、介質(zhì)電容C和介質(zhì)損耗因數(shù)tanδ成正比。而當(dāng)外加電壓、頻率一定時(shí)，介質(zhì)損耗僅與介質(zhì)的等值電容和介質(zhì)損耗因數(shù)有關(guān)，對(duì)于被試設(shè)備來(lái)說(shuō)等值電容是一個(gè)定值，因此tanδ就完全反映了介質(zhì)損耗情況。

在向量圖中電壓、電流夾角的余角就是介質(zhì)損耗角。對(duì)于無(wú)損耗的理想介質(zhì)，介質(zhì)損耗角δ為零，電壓與電流夾角為π。由于實(shí)際運(yùn)行的容性設(shè)備并非理想介質(zhì)，故此流經(jīng)末屏的電流與容性設(shè)備高壓端電壓的相位差將＜π/2，介質(zhì)損耗角δ也就不可能零。

2.2 介質(zhì)損耗在線檢測(cè)方法

由于介質(zhì)損耗角δ就是流經(jīng)容性設(shè)備的電流和運(yùn)行電壓的向量之間夾角的余角，電流和電壓兩個(gè)參量都可以通過(guò)傳感器在運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得，因此目前國(guó)內(nèi)外電容型設(shè)備的在線檢測(cè)都采用了這個(gè)原理。從電容、套管或TA等容性設(shè)備的地線處的電流傳感器獲取被測(cè)設(shè)備的泄露電流I，而通過(guò)電壓傳感器獲取電壓的方式有兩種，一種是直接從電壓互感器二次側(cè)獲得與加在被測(cè)設(shè)備上的電壓同相的電壓U，一種是采用電流傳感器檢測(cè)容性設(shè)備的泄漏電流，通過(guò)有源積分電路將電流信號(hào)重構(gòu)成電壓信號(hào)。

圖2 tan δ在線監(jiān)測(cè)原理圖

3 誤差分析及方法選擇

3.1 誤差分析

1)相間干擾:電力系統(tǒng)屬于三相系統(tǒng)，相間存在著耦合，因此在線檢測(cè)A，B，C，三相電容型設(shè)備時(shí)，會(huì)產(chǎn)生相間干擾，使得介損損耗因數(shù)A相偏大，B相基本不變，C相偏小。相間干擾對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的影響程度取決于流經(jīng)絕緣的信號(hào)電流大小，信噪比越高，相間干擾影響就越小。電容型設(shè)備末端電流信號(hào)一般為毫安級(jí)，相間干擾電流為微安級(jí)，基本是可以忽略的。

2)系統(tǒng)諧波的影響:電壓諧波對(duì)介質(zhì)損耗因數(shù)測(cè)量影響較大，必須采用低通濾波器濾除高次諧波，將三次諧波含量控制在1%以內(nèi)。

3)電壓互感器角差的影響:作為相位基準(zhǔn)信號(hào)，電壓互感器角差的變化會(huì)引起介質(zhì)損耗因數(shù)的測(cè)量誤差，而運(yùn)行電壓、頻率和負(fù)載的變化會(huì)引起電壓互感器的相角差的改變。在電網(wǎng)電壓和頻率允許的變化范圍內(nèi)，角差的變化小于1’，影響是可以忽略的，但負(fù)載阻抗變化所引起的角差變化是影響介質(zhì)損耗因數(shù)準(zhǔn)確性的主要因素。角差變化對(duì)同一相位基準(zhǔn)的所有設(shè)備介質(zhì)損耗因數(shù)測(cè)量的影響相同，可以通過(guò)同一相位基準(zhǔn)設(shè)備間介質(zhì)損耗因數(shù)值相對(duì)變化情況進(jìn)行區(qū)分［2］。

4)電網(wǎng)頻率波動(dòng)的影響:電網(wǎng)頻率的波動(dòng)影響信號(hào)整周期采樣，用離散傅立葉變換 (DFT)時(shí)會(huì)出現(xiàn)柵欄效應(yīng)和泄漏效應(yīng)，使相位產(chǎn)生較大的誤差，影響測(cè)量的精度。

5)環(huán)境溫度和濕度的影響:環(huán)境濕度會(huì)改變?cè)O(shè)備表面的電場(chǎng)分布，影響介質(zhì)損耗因數(shù)測(cè)量值。同時(shí)，絕緣材料的介質(zhì)損耗因數(shù)與本身的溫度也有關(guān)系。

3.2 測(cè)量方法的選擇

測(cè)量電容型設(shè)備的介質(zhì)損耗有如圖3所示的兩種測(cè)量方式。容性設(shè)備在線檢測(cè)儀采用了先進(jìn)的數(shù)字鑒相技術(shù)，具有較強(qiáng)的自我校驗(yàn)功能，可排除母線諧波分量造成的影響［1］。但并未消除運(yùn)行電壓、TV基準(zhǔn)電壓、相間耦合及環(huán)境溫、濕度等對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，尤其是TV二次負(fù)載的變化會(huì)引起電壓互感器的相角差的變化，對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響很大。

對(duì)應(yīng)用同一TV電壓作為基準(zhǔn)的多臺(tái)設(shè)備在相同負(fù)荷和環(huán)境條件下，二次負(fù)載阻抗變化所引起的角差變化也相同，對(duì)同相設(shè)備的介損測(cè)量結(jié)果影響相似，測(cè)量數(shù)據(jù)有同時(shí)變化的特征，如果取其兩差值，可消除TV電壓基準(zhǔn)的影響。同理，相間耦合及環(huán)境溫、濕度等其它因素的影響也可采用基準(zhǔn)設(shè)備比較法消除，其診斷結(jié)果的可靠程度好于直接測(cè)量法。

圖3 電容型設(shè)備介質(zhì)損耗在線檢測(cè)方式

4 基準(zhǔn)設(shè)備比較法

基準(zhǔn)設(shè)備比較法的原理是同一母線下，同一相、應(yīng)用同一電壓基準(zhǔn)測(cè)量的多臺(tái)同類型設(shè)備，它們的絕緣結(jié)構(gòu)相似處于相同的運(yùn)行條件和環(huán)境條件下，各種因素對(duì)同相設(shè)備介質(zhì)損耗因數(shù)測(cè)量結(jié)果的影響相似，測(cè)量數(shù)據(jù)有同時(shí)變化的跡象。如果設(shè)備絕緣狀況良好，則測(cè)試結(jié)果基本相同，如果測(cè)量數(shù)據(jù)有明顯差異，則其中某臺(tái)設(shè)備的絕緣狀況可能出現(xiàn)異常。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)及研究結(jié)果表明，在線檢測(cè)電氣設(shè)備周圍電磁環(huán)境的復(fù)雜多變，雖然采用基準(zhǔn)設(shè)備比較法可將干擾因素的影響減弱，但要獲得真實(shí)可靠的在線測(cè)試結(jié)果，仍需要通過(guò)縱向或橫向比較的方式來(lái)判斷運(yùn)行設(shè)備的絕緣狀況。

4.1 測(cè)試數(shù)據(jù)真實(shí)性分析

電壓采集來(lái)自同一變電站同一母線電壓，通過(guò)基準(zhǔn)設(shè)備比較法在線測(cè)量所得介質(zhì)損耗的差值是真實(shí)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

4.2 測(cè)試數(shù)據(jù)有效性分析

1)縱向比較:從在線檢測(cè)的數(shù)據(jù)看，測(cè)試結(jié)果無(wú)論是介質(zhì)損耗差值還是電容比值都沒(méi)有發(fā)生明顯的變化，可以認(rèn)為測(cè)量數(shù)據(jù)是有效的。

2)橫向比較法:通過(guò)在線檢測(cè)與停電測(cè)試數(shù)據(jù)的比對(duì)，計(jì)算后在線檢測(cè)的數(shù)據(jù)無(wú)論是介質(zhì)損耗還是電容值都沒(méi)有發(fā)生明顯的變化，誤差值都在可接受的范圍內(nèi)，可以認(rèn)為在線檢測(cè)得數(shù)據(jù)是有效的。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)采用基準(zhǔn)設(shè)備比較法進(jìn)行在線檢測(cè)的介質(zhì)損耗因數(shù)以及電容量數(shù)據(jù)，排除無(wú)實(shí)際意義的數(shù)據(jù)后，通過(guò)橫向、縱向比較后可以知道在線檢測(cè)與停電預(yù)試定檢的測(cè)試的誤差值在可接受的范圍內(nèi)，說(shuō)明在線檢測(cè)與停電預(yù)試定檢試驗(yàn)數(shù)據(jù)具有等效性，能夠滿足容性設(shè)備絕緣在線檢測(cè)的實(shí)際要求。

［1］RCD－1B容性電氣設(shè)備帶電測(cè)試測(cè)試裝置使用手冊(cè) (第5版)［Z］.北京圣泰實(shí)時(shí)電氣技術(shù)有限公司，2008，11.

［2］陳安偉，董國(guó)倫，胡文堂.輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2012(5):29，91－92.

［3］DL/T 474.3－2006，現(xiàn)場(chǎng)絕緣試驗(yàn)實(shí)施導(dǎo)則介質(zhì)損耗因數(shù)tanδ 試驗(yàn) ［S］ .

［4］唐炬，劉明軍，張曉星，等.基于虛擬儀器的電容性設(shè)備介損在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)［J］.重慶大學(xué)學(xué)報(bào) (自然科學(xué)版)，2007(3).

［5］杜林，劉偉明，司馬文霞，等.基于容性設(shè)備泄漏電流的電網(wǎng)電壓測(cè)量方法［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2008，10.