蔡少萍 袁刚 林涌艺 陈璐敏 章婧
国网泉州供电公司， 福建 泉州 362000
摘要：对于变电站而言, 容性设备作为不可或缺的重要设备, 其对电力系统的稳定安全运行有着直接的影响。为了及时发现容性设备绝缘缺陷, 减少设备故障, 本文对容性设备介质损耗及带电检测系统进行研究。采用高精密泄漏电流传感器测量容性设备介损值, 提高测量精度。采用相对介损法对采集的数据进行处理, 来提高系统诊断能力。
关键词：容性设备；绝缘带电检测技术；变电站；应用
引言：容性设备是电力系统的重要组成部分,主要包括各类电容器、电容型套管、电流互感器、电压互感器等。容性设备是由多个电容元件串联而成的电气设备,在长期运行中由于受到化学腐蚀、表面污秽、机械应力、系统过电压等因素影响而降低绝缘性能,导致设备内部出现缺陷,甚至造成绝缘击穿,影响电力系统的稳定运行。绝缘带电检测技术通过测量设备电压、电流信号,计算出设备的介质损耗及电容量,从而准确反映设备的绝缘状态。相比传统的停电预防性试验,绝缘带电检测技术能够及时发现运行设备的潜伏性缺陷,防止突发性事故发生,有效提高了设备运行的可靠性。本文基于容性设备绝缘带电检测基本原理,分析探讨了容性设备绝缘带电检测技术在变电站的应用。
一、介质损耗产生原理
任何绝缘材料在电压作用下,总会流过一定的电流,所以都有能量损耗。电介质在电压作用下产生的损耗称为介质损耗。介质损耗过大,会使电介质温度升高,促使材料老化。如果介质温度不断上升,甚至会把电介质熔化、烧焦,丧失绝缘能力,导致热击穿,因此介质损耗的大小是衡量绝缘介质电性能的1项重要指标。
输变电系统内各类电容型设备(电力电容器、电容型套管、电容型电流互感器、电容型电压互感器等)的绝缘即由电介质组成,在运行状态下会产生介质损耗。绝缘状态的好坏,直接影响到输变电系统的安全运行。
流经容性设备绝缘的电流Ic与绝缘两端电压Ux的向量关系以及容性设备等效模型如图1所示。总电流Ix与电压Ux之间的夹角为φ,φ的余角为δ,称δ为介质损失角,δ的正切值tanδ为介质损耗因数,用来反映介质损耗的大小【1】。
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图Ic与Ux的向量关系以及容性设备等效模型
实践表明,测量介质损耗是1项灵敏度很高的试验,可以发现电力设备绝缘整体受潮、劣化变质以及小体积设备的局部缺陷[5],因此准确地测量介质损耗可以更好地判断设备的绝缘状况,测量介质损耗已经成为《输变电设备状态检修试验规程》中的一个重要项目。
二、容性设备绝缘带电检测系统
2.1测量原理
目前, 大多数电容型设备带电检测设备采用相对测量法。相对测量法是指选择一台与被试设备Cx并联的其它容性设备作为参考设备Cn, 通过串接在其设备末屏接地线上的信号取样单元, 分别测量参考电流信号In和被测电流信号Ix, 两路电流信号经滤波、放大、采样等数字处理, 与在线监测系统类似, 利用谐波分析法分别提取其基波分量, 计算出相位夹角α, 从而获得被试设备和参考设备在同相相同电压作用下的相对介损因数【2】。
考虑到两台设备同时发生相同绝缘缺陷可能性较小, 因此通过它们的变化趋势, 可判断设备的劣化情况, 其原理如图所示。
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相对测量法原理
2.2带电检测系统
容性设备带电检测设备一般由取样单元、测试引线和主机等部分组成, 如图4所示。取样单元用于获取电容型设备的电流信号或者电压信号;测试引线用于将取样单元获得的信号引入到主机;主机负责数据采集、处理和分析【3】。
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带电监测系统结构示意图
三、实际运用
3.1介质损耗检测
以某220 k V变电站主变套管介质损耗因数检测为例, 其在线监测数据与带电检测试验数据如图。
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某220 k V变电站主变高压套管在线监测数据?
根据在线监测结果, A相套管介损从2018年7月份起就逐渐增大, 且介质损耗增长速度很快;根据带电检测结果, 对比2018年6月份与2019年4月份数据, A相套管介损增加0.199%, 增长幅度达36.7%。可以看出在线监测与带电检测结果具有一致性, 两者结果均显示出该套管可能存在受潮的可能性。因此, 带电检测数据可以反映容性设备的绝缘状态变化。需要说明的是, 带电检测采用的是相对测量法, 在线监测采用的是绝对测量法, 因此两者在数字上的差异对比是无意义的, 在绝缘诊断时, 应结合历史数据对设备状态做出综合判断。
可以看出, 带电检测设备结构简单、安装方便、维护量小, 克服了在线监测的不足, 同时又具备了在线监测的优点, 因此具有更好的推广性。
3.2电流互感器带电检测分析
检测设备选取500 k V永圣域变电站220 k V呼永一线254电流互感器与呼永二线253电流互感器。
结果显示，停电试验与带电检测试验所测出的电容量相差无几,介质损耗偏差较大,这是因为带电检测的介质损耗测量值是在运行电压下测量的,而停电试验的介质损耗测量值是在10k V电压下测量的,两种测试环境下电压相差较大,因此这2个数据的对比并没有参考价值。而同1组电流互感器不同相别之间的介质损耗的偏差同样较大,之所以会产生这种偏差,是因为变电站内的运行电气设备除了要承受自身工作电压的影响,还会受相邻的其他电气设备产生的电场影响,主要影响因素有电力系统谐波、频率、信号处理延时等,因此不同相别之间的介质损耗测量绝对值的对比也不具备参考价值。这样就需要引入相对测量值,即选取2组测量设备中的1组作为基准设备,测量并计算出相对介质损耗值和电容量比值,通过相对测量值的变化趋势来判断设备的绝缘状况。如果测试结果之间差异较大,则通常认为设备出现异常。如果多次测试结果没有明显变化,则认为设备绝缘正常。这种测量方法可以减弱电场干扰造成的影响,所以测试结果较为真实,具备参考价值。
四、结束语
综上所述，电容型设备因自身密封不良、内部受潮等原因,且长期受到工频电压、电网谐波影响,绝缘状态逐渐劣化,介质损耗逐渐增大,会危及设备的安全运行。依托新型传感器技术和数字信号处理技术发展起来的电容介质损耗在线分析技术进一步完善了高压电气设备状态监测的方式和手段,为电容型设备绝缘状态的带电测试找到新的、切实可行的方法。
参考文献
【1】艾博, 牛会, 田晓云. 容性设备绝缘带电检测技术在变电站的应用分析[J]. 内蒙古电力技术, 2016, 34(006):61-64.
【2】陈子良. 容性设备带电检测技术应用及在线监测装置研究[D].
【3】王路军, 唐志宇, 杨俊宏. 浅谈容性设备带电检测方法的运用[C]// 2012年云南电力技术论坛. 0.