《城市轨道交通电气设备测试（第2版）》 课件3.10在线监测

《高电压检测项目》在线监测目录01在线监测的发展历程02在线监测系统原理及组成03变压器绝缘在线监测内容04避雷器在线监测01在线监测的发展历程在线监测的发展历程高压电气设备绝缘测量，从测量方法上也可以分为离线测试和在线测试。

从技术角度看，离线监测的数据不能完全反映绝缘状态，因为试验条件和运行条件有较大的差异，例如，介质损耗测试的试验电压一般为10

kV，而工作电压则远远大于这个值，因此离线试验得到的介质损耗一般要比实际损耗小得多。同时由于电气设备大多数是在户外，工作条件容易受到环境外部环境的变化影响，工作时的发热条件也不同，所以在线监测绝缘比离线测量更有实际意义。1.1绝缘在线监测的必要性和迫切性

供电系统的安全运行决定于供电设备的可靠性，开展电气设备的在线监测及其故障诊断，能发现运行设备中的隐患，防止突发性事故，将显著提高其运行可靠性，避免事故造成的直接和间接经济损失，从而带来巨大的经济和社会效益。在线监测的发展历程

在线监测技术通过对运行中的高压电气设备进行绝缘检测，有效的反映出高压电气设备运行时的绝缘状态，检测时不需要进行停电，有效地保证了供电的可靠性，同时在运行状态下也能更好地反映出设备的绝缘状况，同时在线绝缘检测是随时性的行为，不需要对运行中的设备进行改变，所以其更适用于当前电力系统发展的需要，同时在线检测技术也具有非常好的发展前景，对绝缘检测技术的发展起着指导性的作用。1.2绝缘在线监测的分类及构成在线监测的发展历程

在线绝缘检测是安装在一次设备的辅助部件，能自动连续进行监测、数据处理和存储功能，有在线标定的功能，具有电气故障诊断功能，包括故障定位、故障性质、故障程度的判断和绝缘寿命的预测等。（1）按安装场所分类便携式和固定式。

便携式的通用性强，针对性差，抗干扰性差，灵敏度不高，只能用于在线检测，而不能用于在线监测。

固定式可对设备连续监测，功能强，成本高，适合于重要场所。（2）按监测功能分类单参数监测和多参数综合监测。（3）按诊断方式分类：人工诊断与自动诊断。02在线监测系统原理及组成在线监测系统原理及组成

在线监测的原理是在电力设备正常运行的情况下，通过测量常规绝缘特征参数（流过设备绝缘的电流、电容量、介质损耗因数tan

），从而反映设备运行的状态和是否存在问题。而影响高压电气设备的主要参数是介质损耗因数tan

，tan

能及时反映设备运行存在的缺陷，灵敏度高，在线操作控制简单。

tan

在线检测的原理主要有两种：一种是通过硬件直接测量相位角，主要有过零点相位比较法，电压比较法等；另一种是通过软件对检测信号A/D变换后，用软件对测量信号进行数字化处理得到tan

值，主要有谐波分析法。在线监测系统原理及组成过零相位比较法的原理：将获取的电流信号i和电压信号u进行过零整形，使之成为过零翻转的方波I和U，用一个“或”门电路比较出I和U过零时的时间差方波宽度

，用高频时钟脉冲读取方波宽度T，根据时钟脉冲个数n及周期T，用公式T＝nT，可计算出T的宽度，进而根据电压、电流信号频率算出

。

谐波分析法的测试原理：首先由高灵敏度的电流互感器检测设备末端引出的电流信号，而从电压互感器二次侧抽取电压信号，经整形放大、低通滤波、程控放大后的模拟信号正再经过采样保持同步采样由A/D转换为离散数字信号，然后利用计算机对两个离散数字信号波形进行快速傅里叶变换，得到两个信号的基波傅里叶系数，进一步求出两个基波的相位差，从而得到tan

。在线监测系统原理及组成

影响tan

在线测量精确度与稳定性的主要因素有传感器角差、电磁场干扰、谐波、测量回路及系统本身的精度及稳定性，对tan

测量精度都有影响。

绝缘在线监测系统主要由信号变送系统、数据采集系统和处理诊断系统组成，如图3-59所示。图3-59绝缘在线监测系统的组成在线监测系统原理及组成牵引变电所在供电系统中位置非常重要，其绝缘在线监测内容包括：（1）主变压器的绝缘油中溶解气体分析；（2）主变压器的局部放电量监测及定位；（3）容性电气设备的介质损耗、电容电流、电容量的监测；（4）避雷器泄漏电流的监测；（5）瓷绝缘子的污秽泄漏电流的监测；（6）少油开关绝缘拉杆泄漏电流的监测；（7）系统母线电压的监测。03变压器绝缘在线监测内容变压器绝缘在线监测内容下面以主变压器绝缘在线监测为例，说明绝缘在线监测的原理及过程。主变压器绝缘其主要监测的内容包括：（1）绝缘油中溶解气体在线监测；（2）变压器局部放电在线监测；（3）变压器铁心接地电流监测；（4）变压器油中含水量在线监测；（5）变压器绝缘套管介质损耗角正切在线监测；（6）变压器内部温升在线监测。变压器绝缘在线监测内容变压器绝缘在线监测系统监测模块及实物图如图3-60、图3-61所示。图3-60变压器绝缘在线监测系统监测模块变压器绝缘在线监测内容绝缘在线监测系统中，对主变压器的监测参数主要有介质损耗、泄漏电流、等值电容、铁心接地泄漏电流、绝缘油中的气体。

泄漏电流是指在作用电压下流过电气绝缘体表面的电流。这里所指的污秽绝缘子泄漏电流是指在运行电压下污层受潮时流过绝缘表面的电流。显然，它是污秽程度、环境条件以及运行电压三个主要因素的综合反映和最终结果，称为反映污秽绝缘表面污秽特性的动态参数。由于泄漏电流能较全面地反映绝缘污秽状态，对泄漏电流的检测和分析作为污秽绝缘在线监测的一种方法近年来引起大量关注。这主要是因为绝缘泄漏电流和污秽沿面放电的发展过程密切相关，包含了丰富的信息，可以综合反映污秽程度、受潮程度、绝缘子耐受电压以及绝缘子形状等因素的影响，而且便于连续在线监测。同时绝缘子的泄漏电流变化也可以反映污秽的积累变化过程，所以对绝缘泄漏电流估算方法的研究对于判断污秽绝缘子的运行状态具有重要意义。变压器绝缘在线监测内容图3-61

变压器绝缘在线监测实物图变压器绝缘在线监测内容图3-61变压器绝缘在线监测实物图变压器绝缘在线监测内容3.1变压器绝缘的介质损耗

变压器绝缘的介质损耗包括绕组绝缘介质损耗和高压套管的损耗，绕组绝缘体积大，绝缘油多，套管体积小，绝缘油少，所以套管的绝缘更容易受到外界的影响。因此，在线检测套管的介质损耗和运行中交流下的泄漏电流，更能反映变压器的绝缘实时状况。3.2变压器泄漏电流

牵引变电所中高压设备试验参数中，泄漏电流是反映高压电气设备绝缘特性最灵敏的指标之一，在线监测关键硬件是采用微电流传感器。如图3-62所示为零磁通高精度微电流传感器。变压器绝缘在线监测内容图3-62零磁通高精度微电流传感器变压器绝缘在线监测内容

需要检测的泄漏电流的对象主要有：（1）高压套管泄漏电流，在套管末屏接地端提取信号。（2）断路器绝缘拉杆处泄漏电流，在靠近电位端安装传感器。（3）避雷器工作电流及绝缘泄漏电流，在靠近电位端安装传感器。（4）各种绝缘子表面的泄漏电流，靠近地电位端安装传感器，判断绝缘表面受潮易开裂状况。3.3等值电容

变压器的等值电容，特别是套管的等值电容反映了绝缘介质的特性，能够有效地说明设备受潮程度。3.4铁心接地泄漏电流

铁心接地泄漏电流反映了主变压器的铁心绝缘的状况、变压器高压与低压之间的电磁能转换是否正常、涡流大小、铁心温度，泄漏电流可以监测铁心绝缘状况。变压器绝缘在线监测内容

绝缘油色谱分析是检测变压器早期故障成熟的方法，但由于在线监测变压器油色谱分析的专用传感器价格相对来比较贵，所以工程上在线检测以氢气H2为主，当监测的氢气异常时再进行全面的绝缘油色谱分析，这样能够实现在线监测绝缘油中的气体，也可降低工程造价。3.5绝缘油中的气体

绝缘油中综合气体在线监测设备的关键器件是气体传感器，将气体传感器安装在油枕通道的瓦斯继电器处，油中所溶解的气体上升的过程中，经过传感器，传感器中的气敏元件根据不同的浓度输出不同的电气信号，从而检出不同气体的含量，判断是过热性故障还是放电性故障（电弧放电故障、火花放电故障、局部放电故障），如图3-63所示。变压器绝缘在线监测内容图3-63变压器智能集成在线监测示意图04避雷器在线监测避雷器在线监测4.1避雷器的检测参数

主要以综合泄漏电流和氧化锌避雷器泄漏电流为主，综合泄漏电流是衡量避雷器的绝缘优劣状况，氧化锌避雷器泄漏电流包括监测氧化锌避雷器的全电流、阻性电流和容性电流。避雷器的绝缘劣化时，密封变坏，将导致综合泄漏电流增大，严重时会引起避雷器爆炸，所以监测综合泄漏电流可以避免事故的发生。4.2在线监测特性

在线监测氧化锌避雷器特性包括避雷器内部电压分布和泄漏电流。监测避雷器内部电压分布意义在于，如电压分布不均匀，部分阀片由于承受电压过高而损坏，一般用光电测量法监测避雷器各阀片间的电压分布。避雷器在线监测

监测泄漏电流（尤其是阻性电路）的意义在于：阀片在长期工作电压下老化，引起电阻特性变化，导致流过阀片的阻性电流增大；避雷器结构不良或内部受潮，阀片泄漏电流增加；泄漏电流中阻性电流急剧增加时，阀片温度急剧上升导致热崩溃，严重时发生避雷器爆炸事故。如图3-64所示为氧化锌避雷器在线监测装置。避雷器在线监测图3-64氧化锌避雷器在线监测装置避雷器在线监测

高压电气设备的在线检测技术，弥补了传统测量方法中出现的不足和缺陷，能够及时反映高压电气设备运行中出现的问题，保证电网系统的正常运行，为电力系统的供应可靠性提供了强有力的保障。复习与思考1.