电容式电压互感器课件

电容性设备在线监测DissipationFactoron-lineMonitoring电容性设备在线监测DissipationFactoron1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。电容性设备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2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）是电力系统中检修数量最大的一类设备，检修项目明确，工作量大。进行在线监测是非常必要的。电力电容器是电力系统中检修数量最大的一类设备，检修项3电力电容器结构结构单元电容器剖面图铝箔绝缘薄膜电力电容器结构结构单元电容器剖面图铝箔绝缘薄膜4电极电极电极电极绝缘介质绝缘介质电场作用下的绝缘体性能电极电极电极电极绝缘介质绝缘介质电场作用下的绝缘体性能5电场作用下的绝缘体性能无电场电场作用下电极化原子极化方向极化E-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-++++++-----A电场作用下的绝缘体性能无电场电场作用下电极化原子极化方向极化6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。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7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。在直流电场作用下，由于介质没有周期性的极化过8I=Ir+IC~UUICIrI

SQP电流相量图绝缘介质工作图功率三角形回路电流 I=Ir+IC视在功率

S=P+jQ=UIr+jUIC介质损耗P=Qtg

=U2

Ctg

单元体积的介质损耗P=Qtg

=E2

tg

I=Ir+IC~UUICIrISQP电流相量图绝缘介9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。

=90

-使用介质损耗P表示绝缘介质的品质好坏是不方便10并联等值电路I=Ir+IC~UCPRUICIRI

电流相量图串联等效电路图ICIR并联等值电路I=Ir+IC~UCPRUICIRI电流相量11串联等值电路I~UCSRUCURI

电流相量图并联等效电路图

U串联等值电路I~UCSRUCURI电流相量图并联等效电路图12如果损耗主要是由于电导引起的，则常应用并联等值电路。如果损耗主要由介质极化及连接导线的电阻等引起，则常用串联等值电路。必须注意同一介质用不同等值电路表示时，其等值电容量是不同的。等值电路的应用如果损耗主要是由于电导引起的，则常应用并联等值电路。13由于绝缘介质的tg

一般都很小，即1+tg2

1故 CP

CS=C所以通常情况下，介质损耗的两种等值电路都可以用相同的表达方式：等值电路的等价性由于绝缘介质的tg一般都很小，即1+tg14讨论介质损耗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。可见tg既是绝缘劣化的原因，也是绝缘劣化的特征。讨论介质损耗的意义绝缘结构设计时，必须注意到绝缘材料的tg15介质损耗所能反映的缺陷绝缘受潮。绝缘脏污。绝缘中存在气隙放电。UUCtg

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。介质损耗所能反映的缺陷绝缘受潮。UUCtgUC代表较多气16介质损耗的不足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。IC几乎是不变的。tg

取决于缺陷对Ir的影响。介质损耗的不足tg是反应绝缘功率损耗大小的17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。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。这相当于不同的绝缘部分相并联的情况，总绝缘18发电机电力电缆变压器绕组tg

反映不灵敏的设备反映灵敏的设备套管PTCT发电机电力电缆变压器绕组tg反映不灵敏的设备反映灵敏的设备19在线检测tg

的电桥法在停电试验中用电桥法测量tg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。在线检测tg的电桥法在停电试验中用电桥法20传统电桥法西林电桥测tgδ的基本线路(a)正接法； (b)反接法被测量设备被测量设备标准电容标准电容传统电桥法西林电桥测tgδ的基本线路被测量设备被测量设备标准21电桥工作电压一般为10kV；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。电桥工作电压一般为10kV；22无论是正接法还是反接法，电桥平衡时G中的电流IG

=0，所以IDA

=IAC=IX，

IDB

=IBC

=IN

UDA

=UDB，

UAC

=UBC

=UX

以反接法为例，IXZ3=

INZ4IXZX=

INZNCNCx无论是正接法还是反接法，电桥平衡时G中的电流I23CNCxCNCx24上式虚实部分别相等，通常取 ，f=50Hz，则有（单位微法）上式虚实部分别相等，通常取 ，f=50Hz，25现场的电场及磁场常会影响电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。采用加移相器的方法；近期也有采用45或55Hz异频电源的方法，这样可避开50Hz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。

现场的电场及磁场常会影响电桥的平衡及准确的读26在线检测tg电桥法一般采用正接法，对运行设备进行检测。

CN为高压标准电容，通常存在一定的损耗tg

N（已知）。当电桥平衡时，测量值为tg

m，有由于tg

N<<1,

tg

X<<1，故在线检测tg电桥法一般采用正接法，对运行设备进行检27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，R4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IX过大，而使R3过热的情况。

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。28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CN桥臂的电流很小，宜增大CN,一般为1000~3000pF。还应考虑电压互感器引入的角差tg

c

。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29三相不平衡电流法在电力系统中，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。三相不平衡电流法在电力系统中，三相分体设备，30绝缘特征参量分析C0CRI0IU

绝缘特征参量分析C0CRI0IU31如取x=1/C，k=C/C0，则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。如取x=1/C，k=C/C0，则32缺陷部分的损耗为所以由此产生整个试品的介质损耗增量（初始为0）缺陷导致的整个试品的电容量增量为缺陷部分的损耗为所以由此33当绝缘内部出现缺陷后，这三个参量（ ，，）是可被测量的。但哪一个对缺陷反应更灵敏？可见当缺陷层tg

’开始增大时，测量和 更灵敏而当缺陷层tg

’>100%时，测量和 更灵敏当绝缘内部出现缺陷后，这三个参量（ ，34三相电流之和的在线检测上述分析表明，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。三相电流之和的在线检测上述分析表明，与介质35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。UAUBUCYAYBYC如果三相电压平衡，且三相设备的电容及损耗相同36影响因素三相电压不平衡。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10%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。杂散电流干扰。UAUBUCYAYBYCYB’YC’YA’I0Id影响因素三相电压不平衡。UAUBUCYAYBYCYB’YC37为了补偿临近设备造成的感应电流的影响等，提高信噪比，实际测量的是中性点的不平衡电压。中性点三相不平衡电压法UAUBUCYAYBYCU0RARBRCRr

RA、RB和RC可调是补偿用电阻。为了补偿临近设备造成的感应电流的影响等，提高38UAUBUCYAYBYCU0RARBRCRr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U0降到零或极小值。当某一相设备出现缺陷时，U0将显著增长，其灵敏度比三相不平衡电流法高得多。UAUBUCYAYBYCU0RARBRCRr39以70层电容层相串联的电容套管为例，电容量为800pF，正常情况下tg=0.3%。当某一电容层tg

’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70层中有一层缺陷增大时总体参数的变化。以70层电容层相串联的电容套管为例，电容量为40一般当此三相不平衡电压U0升高到数百微伏时，往往反映可能有明显缺陷。U0与缺陷tg的关系对比结果表明，当一层缺陷进一步恶化时，|

C/C0|和|

I/I0|的变化都不超过2%，而三相不平衡电压却增大若干倍。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。一般当此三相不平衡电压U0升高到数百微伏时，往41影响因素

因是三相电流的汇总，所以三次谐波影响严重。

目前电网三次谐波分量较大，有时可达I的15%。 如果要求信噪比至少为2（SNR>2） 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，需将谐波滤去，尤其是三次谐波，抑制比应为300倍(50dB)，才能保证 时,既可测出。 影响因素因是三相电流的汇总，所以三次谐波影响严重。42影响因素

由于这种方法必须在一次回路中接入取样电阻R，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。影响因素由于这种方法必须在一次回路中接入取样电阻R，虽然已434.5监测装置运行实例北京地区1座500kV、8座220kV变电站安装了9套电容型设备在线监测装置监测设备总数：890台(支)其中：电流互感器：468台，电压互感器：172台变压器套管：120支，耦合电容器：112台穿墙套管：18支1999年投运至今，已2年多正常设备的电容值基本在额定值的1%内波动，最大不超过3%4.5监测装置运行实例44大多数的tan

随温度上升而增加，少数不变或下降。同一设备测得的介损，一天内作有规律的变化。同一设备第2年的介损时间变化曲线与上一年相近。98.1299.0399.0699.0999.12介损变化曲线大多数的tan