绝缘在线监测的方法

绝缘在线监测的方法（共8篇）

绝缘在线监测的方法 篇1

目前,国内外对于变电站直流系统绝缘监测的主要方法有电桥平衡原理和低频信号注入法[1,2,3],根据电桥平衡原理[4,5]实现的绝缘监测装置被广泛使用。在相关电力行业标准中对变电站直流电源绝缘监测的内容仍停留在多年前的技术状态[6,7],尚无新的技术标准。

本文提出利用直流漏电流原理对变电站直流电源系统进行绝缘监视,并通过实时监测馈线回路漏电流的变化对绝缘的变化趋势做判断,使得在绝缘下降到标准值之前给出报警信号,防止接地现象的发生,实现变电站直流电源系统绝缘状况的在线监测。

1 绝缘检测方法分析

1.1 低频信号注入法

低频信号注入法原理图如图1所示。

其基本原理是,在电桥检测出可能有接地故障后,通过2个隔直电容分别向直流电源系统正、负直流DC母线对地注入一低频交流信号。电流互感器(TA)穿套在各负载支路引出线上,在TA的二次侧可得到该支路流过对地电阻Rf和等值电容的电流值,通过提取电流阻性成分,计算该支路的对地电阻值。

采用低频信号注入法理论上可很好地进行接地故障检测,但实际应用中这种方法存在较多问题[8,9]:接地电阻检测灵敏度受直流系统对地分布电容的影响;低频交流信号增大了直流系统的电压纹波系数。

1.2 直流漏电流法

如图2所示,为了使漏电流形成回路,系统正负母线分别对地接入高阻值电阻R1和R2,R1=R2=R。设直流系统母线电压为U,假设负载1所在支路正极发生接地故障,接地电阻为Rd,Rd会与R2形成回路,产生接地漏电流Ir,其数值为

设流过负载1所在支路正负极的电流分别为I1+和I1-,根据基尔霍夫电流定律可得:

由式(2)可见,流过接地电阻Rd的电流Ir是流过负载1所在支路正负极电流I1+与I1-的差值,用支路上装设的直流微电流传感器来检测此不平衡电流。

根据式(1)(2)计算出的接地电阻为

可见,漏电流法不受线路对地分布电容影响[10,11],也不会增大直流系统电压纹波系数。

2 新型绝缘在线检测系统

目前,电力系统有大量的无人值班变电站,经常出现不明原因的直流接地报警,检修人员到变电站现场处理时苦于没有直流电源系统历史信息,难以处理故障。因此,有必要建立变电站直流电源系统的绝缘在线检测系统,记录和分析变电站直流回路漏电流变化情况,对出现的直流接地报警做出正确判断,便于有针对性地处理。

2.1 直流电源绝缘在线检测系统结构

系统的总体结构如图3所示。

图3中,在每个开关柜和保护屏的直流电源进线上装设智能传感器,传感器测量该回路的直流漏电流并通过RS-485总线传送至智能检测单元,智能单元对本站内的情况进行判断后,再将判断结果上传到集控中心监控主机。

监控主机图形界面上可显示漏电流出现的回路名称及其安装位置,即可确定接地点的具体位置,并可根据漏电流的正负,确定是哪一极母线接地。

在监控主机数据库里,可存储各直流回路漏电流值,形成各漏电流变化曲线,对绝缘变化趋势做出判断。当发现漏电流有变大的趋势时,应引起对该回路直流绝缘变化的关注,查明原因,消除存在的隐患。

2.2 直流电源系统绝缘劣化报警判据

在具备各变电站直流回路漏电流数据库的情况下,可以根据漏电流的保护情况,实现绝缘劣化报警。

报警判据分为2种:漏电流采样值越限报警、电流变化量越限报警。

2.2.1 漏电流采样值越限报警

判据:

其中,式(4)为漏电流采样值越限,Izd为漏电流整定值(mA);式(5)中t为漏电流采样值越限持续时间,tzd为整定时间。当同时满足式(4)(5)时,发出报警信号。

图4所示为漏电流变化示意图。

2.2.2 电流变化量越限报警

判据:

其中,N为计算时间窗;ΔIzd为电流变化量整定值;I(k)为当前采样值;I(k-N)为前第N个采样值;k连续取值M次,M为连续越限次数。

监控主机实时对各漏电流传感器发来的漏电流进行监测和分析计算,当满足判据式(6)时发出报警信号,说明该漏电流传感器所在电气设备的直流回路有接地或绝缘下降。漏电流变化量越限示意图如图5所示。

3 抗干扰滤波

由于变电站直流电源馈出回路分布在变电站各个地方,例如连接在开关柜、保护屏等处,因此容易受到变电站其他回路的干扰[12,13],使直流电源线上混有了工频及其他高次谐波。为保证系统测量精度,必须消除通过传感器感应的干扰信号。因此,在试验系统中设置了滤除交流干扰的零点数字滤波器。

3.1 零点数字滤波器设计

构建零点数字滤波器的目的在于仅获取直流分量信号滤除其他交流干扰信号,滤波器[14,15]的线性常系数差分方程为

式中y(n)为第n个采样时刻的滤波器输出值。

输入源可表示为

本系统中取采样频率fs=2400 Hz,r=1,可得N=1,M=47,零点滤波器差分方程系数为

幅频特性见图6。由图可见,可有效抑制工频和其他整数次谐波,而对于直流分量无衰减。图6中,纵坐标H表示无量纲的滤波器输出模值。

3.2 数字仿真

根据图6得到的参数,模拟输入信号I0=10 mA,I1=1 mA,I2=0.7 mA,I3=0.5 mA,I4=0.1 mA,I5=0.08mA,I6=0.06 mA,I7=0.05 mA,得到零点数字滤波器仿真波形如图7所示,图中,i1表示滤波器滤波前波形(输入值),i2表示滤波后波形(输出值)。

实验结果表明,此零点数字滤波器有效地滤除1、3、5、7和其他整数次谐波的干扰,提高了测量的精确性。

根据前述思路,在集控站建立了变电站直流绝缘检测主站,在多个变电站装设了直流漏电流采集子站,现场试验表明,能有效地检测变电站直流回路接地,并能对直流电源系统的绝缘下降进行预警。

4 结论

本文根据供电局无人值班变电站的实际运行需求,提出建立变电站直流电源系统绝缘在线监视系统,并建立了基于直流漏电法的绝缘劣化报警判据。利用该原理研制的变电站直流电源绝缘在线监测试验系统已在多个变电站投入运行,现场运行情况良好。

绝缘在线监测的方法 篇2

如今电力设备的状态检修已经成为我国工业发展当中使用起来最为普遍、先进的检修体制，这也是电力体制改革的真实需求。

电气设备的状态检修其实就是针对设备进行的一种监测行为，利用科学、合理的技术手段来对相关设备进行检修工作，以降低在预防性检修工作当中出现的问题，从而保证电力设备的安全、可靠、经济的性能，大大的节约了整个检修工作所耗费的资源费用。

随着在线监测技术的发展，状态检修技术也获得了巨大的进步及广泛的运用。

4 结束语

综上所述，电气设备绝缘在线监测技术的不断发展和进步给企业方面带来了巨大的经济效益，同时也减少了相应维修资源的投入，并保证了绝缘的安全可靠性，是一项非常值得推广的电气监测技术。

参考文献

[1]程红杰.电气设备绝缘在线监测与状态维修研究[J].中国高新技术企业，(14).

[2]方林锋.电气设备的绝缘在线监测与状态维修[J].科技信息，(20).

绝缘在线监测的方法 篇3

关键词：高压电力电缆,接地环流,感应电压,绝缘在线监测方法

电力电缆的绝缘水平是影响电缆安全可靠运行的关键因素。为了保证电缆安全稳定运行,就需要对电缆绝缘进行及时有效地诊断,尽量对电缆绝缘的缺陷和老化做到及早发现、及早应对。目前,主要针对35 kV及以下电缆主绝缘,即电缆本体与接头绝缘的整体性故障(下称主绝缘故障)和110 kV及以上电缆外护层绝缘故障进行在线监测,因此,对110 kV及以上电压等级电缆的外护层、主绝缘进行在线监测是非常必要的[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10]。但国内外现有的高压电力电缆绝缘在线监测方法,尚不能对电缆外护层绝缘故障与主绝缘故障加以区分。

本文研究了一种可将这两种绝缘故障区分开的新方法,并进行了实验研究。

1 现有高压电力电缆在线监测方法分析

目前,110~500 kV高压电力电缆绝缘在线监测的主要方法有接地线电流法、环流法等。接地线电流法主要用来监测电缆主绝缘故障,如老化、受潮等。环流法是用来监测电缆金属护套(下称电缆护套)的多点接地故障,它们都是通过监测电缆接地电流来判断电缆绝缘的故障。

工程中的高压电力电缆护套接地一般采用将一大段分成三小段,护套交叉互联换位的方式。电缆护套在交叉换位后,若电缆为正三角排列,且三小段的长度相等,可以保证护套内的磁感应环流为零。若电缆为水平排列,且三小段的长度相等,护套内只有较小的正常磁感应环流,但电缆护套若发生多点接地故障,电缆护套内将包含较大的故障接地电流。当电缆主绝缘故障时也将引起高压泄漏电流增大。故若监测到电缆护套内电流值发生异常,则可认为是电缆护套的多点接地引起的电缆护套接地故障电流,或是电缆主绝缘故障引起的高压泄漏电流增大,但却无法区分开这两种故障情况。目前,国内外还没有发现对110 kV及以上电缆主绝缘和外护层绝缘故障同时进行在线监测的报道。

2 高压电力电缆绝缘在线监测新方法的原理

针对目前高压电力电缆在线监测方法无法区分电缆外护层故障与主绝缘故障的问题,提出了一种通过监测大段电缆接头护套感应电压来诊断电缆外护层绝缘故障,通过监测大段电缆两边护套环流来诊断主绝缘故障的新方法,并进行了实验研究,该电缆在线监测新方法可以将两种故障情况区分开。

电缆护套采用交叉互联方式接地时的一个标准单元及电缆护套感应电压与电流在线监测接线图如图1所示。图1中,A、B、C为系统相序,1~12为交叉互联的金属屏蔽层连接线之间装设的电流传感器;U4~U9为护套感应电压;ZC1~ZC4为检测单元。

图1中的三段交叉互联电缆可以分别看作3条独立泄漏线路a1-b2-c3,b1-c2-a3,c1-a2-b3。在正常情况下,电缆护套中的环电流是由感应电流和容性电流合成的。感应电流是由于芯线负荷电流的磁场效应在电缆护套纵向感应的电动势而激励出的电流,容性电流是由于高电压施加到主绝缘上而生成的电容电流。

交叉互联电缆标准单元接线中一路a1-b2-c3在三相对称电源电压UA、UB和UC作用下等值电路如图2所示。在图2中,Za1=UA/Ia1、Zb2=UB/Ib2、Zc3=UC/Ic3,分别为三小段电缆相对应的绝缘阻抗;Ia1、Ib2、Ic3分别为三相容性电流;R为电缆屏蔽层的电阻值,R1、R2分别为电缆护套两端的接地电阻。为简化计算,设定电流是从每段屏蔽层的中点流出,且电缆外护层绝缘良好,I1、I2、I3、I10分别为图1中电流传感器1、4、8、10所检测到的电流。电缆护套由磁感应电压引起的正常环流为IL(IL=-I1=I10);Ihv为由于A相的电缆主绝缘不良引起的高压泄漏电流;Ilv为由于A相的电缆外护层绝缘不良引起的电缆护套接地故障电流。

当电缆主绝缘发生故障时,正常的三相容性电流也可相互抵消,余下的即为高压故障泄漏电流Ihv,这时Ihv=I1+I10≠0;而当电缆外护层绝缘发生多点接地故障时,正常的三相容性电流同样也可相互抵消,余下的为电缆护套接地故障电流Ilv,这时可以得出Ihv=I1+I10≠0。故本文提出了一种除了监测电缆护套接地电流外,再通过电阻分压器监测电缆护套感应电压,并由电缆护套感应电压来判断电缆护套多点接地故障的新方法。当监测到I1+I10≠0,同时电缆护套感应电压实测值变小时,说明护套有多点接地故障发生;当监测到I1+I10≠0,但电缆护套感应电压实测值正常时,说明电缆的主绝缘发生了受潮或老化等故障。

3 高压电力电缆绝缘在线监测新方法的模拟实验

在对现场的高压电力电缆护套接地电流、电缆护套感应电压进行在线监测前,首先需要在实验室进行模拟实验,以便调试测量系统。电缆芯线与接地电缆护套之间的主绝缘可用电容进行模拟,电缆护套感应电压的产生可用变压器进行模拟,故障可用电阻进行模拟。故用电容、变压器、电阻建立了一套高压电力电缆在线监测模拟实验装置,以模拟电缆在正常运行和故障情况下,现场的电缆护套接地电流和电缆护套感应电压。

3.1 模拟实验装置等效电路

在实验室使用变频电源来产生三相交流电,将其施加到由电容、变压器、电阻搭建的等效电路上,以模拟电力系统A、B、C三相高压电力电缆在运行中生成的主绝缘容性电流、电缆护套上的感应电压和电缆护套接地电流。

交叉互联交联聚乙烯电缆(XLPE)的一个标准单元的模拟实验装置等效电路如图3所示。在图3中,A、B、C为系统相序,1~12为交叉互联的电缆护套连接线之间装设的电流传感器;C1~C18为18台57 μF、400 V的电容,用于模拟220 kV电缆主绝缘;G为220 V三相变频电源,可产生0~400 Hz三相交流电;T1~T18为18台工频220 V/110 V、20 W隔离变压器,原边接到变频电源输出,副边输出用于模拟电缆护套感应电压;R′1、R′2都为1 Ω、100 W电阻,R1~R18都为190 Ω、100 W限流电阻,RhV表示主绝缘故障时的泄漏电阻,AA′、BB′、CC′为导电排线,用以模拟电缆芯线;ZC1~ZC4为检测单元;U4~U9为电缆护套感应电压。T为220 V/220 V三相隔离变压器,R′4、R′5、R′6为7 Ω、100 W移相电阻,移相电阻与电容组成阻容移相电路,变频电源输出的220 V三相交流通过隔离变压器和阻容移相后,加到AA′、BB′、CC′上,用于对电缆芯线施加220 V三相电压UA、UB和UC。

在图3中,正常情况下电缆护套中的环流IL是由感应电流和容性电流合成的。感应电流是由于芯线负荷电流的磁场效应在电缆护套纵向感应的电动势而激励出的电流,容性电流是由于系统三相电压施加到主绝缘上而生成的电容电流。三小段电缆护套交叉互联,使三小段电缆护套上的感应电压应相互抵消,若没有完全抵消,没被抵消的感应电压将施加在R′1、R′2、R1~R18上,在电缆护套内生成环流。由1~12的电流传感器采集环流,由电阻分压器采集感应电压U4~U9,最后通过ZC1~ZC4检测单元、由RS-485、串口服务器、计算机网络和故障诊断软件对电力电缆绝缘进行在线监测。

3.2 模拟实验装置故障模拟

3.2.1 电缆护套感应电压、环流的计算与测量

电缆三相护套感应电压与电缆中的三相负荷电流成正比关系。在图3所示的模拟实验装置中,为了产生模拟的电缆护套感应电压U4~U9,使用了变频电源的220 V三相输出电压Uab、Ubc、Uca,经过T1~T18隔离变压器后的输出电压来进行模拟。

在正常运行情况下,电缆护套感应电压U4~U9=220 V。电阻分压器两个电阻分别为100 kΩ和1 kΩ,其分压比为100,故U4~U9经过分压后的输出电压为2.2 V。由于隔离变压器T1、T2、T9、T10、T17、T18副边的电压之和Uab+Ubc+Uca=0,故流过隔离变压器T1、T2、T9、T10、T17、T18副边的环流也为零。

为了模拟第一小段A相电缆护套多点接地故障,将隔离变压器T1、T2之间接地。这时,通过隔离变压器T1副边的环流应为0.58 A,电流传感器1实测值为0.58 A;通过隔离变压器T2、T9、T10、T17、T18副边的环流应为0.11 A,电流传感器4、8、10实测值分别为0.11、0.11、0.11 A;U4应为88 V,U8应为176 V。实测值U4=88 V,U8=176 V,与理论计算值一致。

3.2.2 电缆主绝缘容性电流

三相系统电压UA、UB、UC和三相负荷电流之间有一个相位差α,这是由于电力系统负载一般呈感性,所以其电压要超前电流α角。若设功率因数cosα=0.8,故tanα=0.75。在图3所示的模拟实验装置中,为了产生模拟的超前电流α角的三相电压UA、UB和UC,使用了移相电阻R′4(或R′5,或R′6)与并联电容C1、C2、C7、C8、C13、C14(或C3、C4、C9、C10、C15、C16,或C5、C6、C11、C12、C17、C18)组成的阻容移相电路,6个并联电容C为442 μF,若忽略隔离变压器T输入输出电压的相位移,移相电阻R′4(或R′5或R′6)应选择为7 Ω。

下面计算图1中的a1-b2-c3支路的容性电流,即流过电容C1、C2、C9、C10、C17、C18的容性电流。

在电缆正常运行情况下。流过A相第一小段2个并联电容C1、C2的容性电流为6.300 1 A。同理,流过B相C9、C10的容性电流和流过C相C17、C18的容性电流也均为6.300 1 A。故用电流传感器4,8测得流过A相和C相的容性电流也都是6.3 A。由于三相电压之和为零,故流过电流传感器1、10的电流之和I1+I10为零。

模拟电缆故障情况。在第一小段A相电缆主绝缘并接一个RhV=1 kΩ电阻,用来模拟电缆主绝缘受潮、老化等故障情况。这时,流过A相第一小段2个并联电容C1、C2和Rhv的电流变为6.302 6A,流过B、C相的容性电流还是6.300 1 A。用电流传感器4,8测量A相和C相的容性电流应在6.300 1~6.302 6 A之间,实测值为6.300 1 A和6.302 6 A。由于三相电压之和为零,故I1+I10为0.176 A。实测流过电流传感器1,10的电流之和I1+I10为0.176 A,与理论计算值一致。

4 结语

1) 本文提出了一种可以通过监测大段电缆接头护套感应电压来诊断电缆外护层绝缘故障,通过监测大段两边护套环流来诊断主绝缘故障的新方法,解决了目前不能将这两种故障区分开的难题。

2) 为了验证新方法的正确性,在实验室应用自行搭建的高压电力电缆模拟实验装置,对正常运行和故障情况下的电缆护套感应电压、环流和主绝缘容性电流进行了实验研究,实验研究表明实测值与理论计算值一致。

3) 预计将来与电缆运行单位协商后,该装置可对具备条件的110 kV及以上电压等级运行电缆进行实际监测应用。

参考文献

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直流系统在线绝缘监测装置的研究 篇4

发电厂、变电站的控制及信号系统、继电保护及自动装置、电气测量仪表、操作电源等统称为二次设备。它负责厂站全部供电设备的控制、保护、测量、事故判断、发出相应信号。直流电源作为二次设备的供电电源, 是一个十分庞大的多分支供电网络, 其常见的故障是一点接地故障。在一般情况下, 一点接地并不影响直流系统的运行, 但如果不能迅速找到接地故障点并予以修复, 又发生另一点接地故障, 就可能引起信号回路、控制回路、继电保护装置等的误动作[1,2,3,4]。

1 系统整体设计

绝缘检测装置采用高性能8位C8051F040单片机作为CPU, 用来在线检测直流系统的接地故障。通过测量三种状态下的采样电阻的电压, 计算直流母线对地电阻阻值, 检测母线是否存在接地故障;通过漏电流传感器测量各支路漏电流的值, 计算出各支路接地电阻, 检测各支路是否存在接地故障。本设计采用模块化设计思想, 主要有母线绝缘检测部分和支路绝缘检测部分组成。母线绝缘检测部分称为绝缘主机, 支路绝缘检测部分称为绝缘从机[5,6,7,8]。系统结构如图1所示。

2 系统硬件设计

2.1 CAN总线通信模块

电厂和变电站的直流系统为所有的二次设备供电, 所以它是一个庞大的多分支供电网。为了能准确检测出接地故障所在的支路, 必须给每个支路都安装电流传感器, 且各支路都带有CPU (形成智能节点) , 用来检测母线各支路的绝缘电阻。本文采用纠错能力强、造价低、实用性强、通信距离超过10km的CAN总线实现数据通讯。

绝缘从机模块的设计中采用了C8051F040单片机, C8051F040内带CAN总线控制器, 节省了独立元件的数量和其它外围电路的开销, 只需外加CAN收发器即可实现CAN通信。通讯接口电路原理图如图2所示。

2.2 传感器模块

传感器电路主要用来检测支路的漏电流[9]。主要有线圈、振荡电路、整形电路组成。传感器电路原理图如图3所示。其工作原理:电线从线圈的中心通过, 当有电流流过电线时, 振荡电路输出的矩形波的占空比就会发生变化, 通过整形电路将波形整定到0V~3V的矩形波, 单片机通过捕捉单元来捕捉高、低电平时间, 就可以计算出漏电流值[10]。

3 系统软件设计

传感器模块的软件主要包括:支路实时检测和与绝缘主机进行通信。

支路实时检测:检测各直流支路漏电流传感器的输出信号, 判定各支路是否出现接地故障或传感器是否自身故障[11]。

与绝缘主机进行通信:采用CAN总线通信, 通过中断接收绝缘主机的命令, 根据动作命令进行相应检测步骤, 并将检测的结果通过CAN总线发送给绝缘主机。传感器模块的主程序流程图如图4所示。初始化包括开全局中断、标志赋初值、端口初始化、看门狗初始化等。

传感器模块负责测量各支路的漏电流传感器的输出信号, 检测传感器是否有故障, 同时计算出各支路回路中的电流值, 以此来判断支路是否出现接地故障。

4 装置测试结果

漏电流传感器是本方案的重要组成部分, 由于本设计是工程项目, 要对老电厂、变电站的直流系统绝缘装置进行改造[12,13], 所以不能采用闭环式的漏电流传感器。考虑到以上因素, 本设计研制出了一种开环式、可拆装、漏电流传感器, 并对其进行了详细的研究和测试。测试原理图如图5所示。

测试结果如表1所示:规定K1闭合、K2打开时, 流过传感器的电流值为正。

根据测试结果, 本设计研制的传感器可以准确的测出0.1mA的小电流, 即能检测出直流系统支路绝缘电阻200千欧以上。且检测误差小于10%, 完全满足设计要求[14]。

5 结论

绝缘在线监测的方法 篇5

目前, 用于电力电缆绝缘监测的方法主要有: 低频叠加法、直流分量法、电缆介质损耗法、直流电压叠加法、局部放电法等[2]。而煤矿供电系统中对电力电缆的在线监测方法多采用基于附加低频电源的监测方法即低频叠加法[3], 但由于此方法叠加的是交流信号, 因此系统杂散电容特别是杂散电容较大时会影响检测效果及检测灵敏度, 并且给正常运行的电缆注入外加信号, 长此以往, 同样会对电缆的寿命造成影响。

局部放电法是国内外专家以及电力权威机构一致推荐的用于XLPE电力电缆绝缘状况监测的最佳方法[4], 局部放电法已在城市电网得到了一定的范围的推广, 效果显著。但由于煤矿的复杂环境影响, 基于局部放电法的矿用高压电缆的在线监测系统一直处于探究阶段。本文研究设计了一种矿用高压电缆局部放电的无损在线监测系统, 提出了形态学滤波与小波阀值相融合的滤波方法, 并从理论分析、系统介绍、实验室模拟实验以及现场测试等方面进行讨论。与煤矿常用的低频叠加法相比, 该方法能够在不影响电缆正常运行的情况下, 根据电缆实时的局部放电信息, 真实地反映出电缆绝缘的损坏状况。

1 监测系统的基本原理与结构

系统的设计以电磁耦合原理的局部放电法为基础, 系统不与高压线路直接连接, 不改变正在运行电缆的结构, 通过安装于屏蔽接地线或电缆本体上的高频电磁耦合传感器, 来感应电缆屏蔽层中的局部放电 ( PD) 脉冲信号。监测系统采用模块化设计, 由高频电磁耦合传感器、采集与处理模块、通信模块和上位机4 部分组成。通过光纤双回路通信技术, 可以有效防止由通信故障造成的监测中断, 实现变电站电缆的同步远程在线监测。由于矿用高压电缆多采用MYJV型交联聚乙烯铜芯电缆, 所以将互感器 ( HFCT) 安装在电缆外层, 系统结构如图1 所示。

2 高频电磁耦合传感器

由于局部放电 ( PD) 脉冲信号具有持续时间短, 频谱宽等特点, 所以传感器应具有良好的灵敏度以及较宽的工作频带。该系统设计采用以自积分形式的罗氏线圈为基础的卡钳式高频电磁耦合传感器, 其结构与等效原理如图2 所示。

根据上述等效电路图, 采用高频小信号并联谐振回路理论对电缆局部放电信号进行分析[5], 可得其工作频率上下限分别为fH与fL, 见公式 ( 1) ( 2) 。

根据公式 ( 1) 、式 ( 2) 以及煤矿特殊环境的限制, 该套设备的高频电磁耦合传感器最终选用MnZn铁氧体材料的钳口形式, 线圈匝数为8 匝, 积分电阻为40 Ω, 其理论灵敏度为5 V/A; 外形尺寸分别为高50 mm、外径100 mm和内径60 mm; 适合于100kHz ~ 5 MHz的中频段局部放电测试。

3 数据采集与处理单元

数据采集与处理单元为系统的核心所在, 选用Xilinx公司生产的XC6SLX150 型号FPGA为主处理芯片, 采集后的信号先经过前置的形态学滤波电路的初级调理, 接着采用基于Sqtwolog ( 即长对数阀值法) 的小波阀值滤波法进一步去除白噪声干扰和窄带信号干扰[6,7,8]。

3. 1 形态学滤波器

形态滤波器 ( MF) 利用数学形态学变换把信号中的复杂成分分解为多个具有物理意义的部分, 使信号与背景分离并保持其全局或局部的主要形态特征[9,10,11]。MF的实现是基于数学形态学, 其中数学运算应用到信号和结构元素 ( SE) 中, 从而提取形态特征。设xn为一维信号x = ( 0, 1, 2, …, M - 1) , sn为结构元素s = ( 0, 1, 2, …, M - 1) ; 定义为腐蚀运算;为膨胀运算;为开运算;·为闭运算。

设计采用开—闭和闭—开滤波器组成交替混合滤波器来滤除白噪声和脉冲噪声。其定义如式 ( 7) 所示:

3. 2 基于Sqtwolog函数的小波阀值

长对数阀值法 ( Sqtwolog) 是一种统一阀值去噪的方法, 原理是: 如果多维独立正态变量联合分布时, 在维数上就会趋向于无穷, 然后在最值估计的限制条件下得到阀值的最优值, Sqtwolog阀值的计算公式为:

式中, N为待分析细节层的小波系数个数;为噪声标准差估计。

采用软阀值法对小波系数dnj的处理方法如下:

4 系统的实验室及现场性能测试分析

4. 1 实验室模拟实验分析

在实验室环境下, 建立6 kV矿用电缆放电模型 ( 图3) , 对所设计的监测系统进行模拟实验研究。

从图4 所示的实验波形可知, 由于实验室环境安静, 噪音干扰很小, 可以得到清晰的放电痕迹, 所以实验室模拟主要检验系统对局部放电信号监测的准确性。通过实验室模拟实验, 充分证明了该系统对PD监测的有效性与可靠性。

4. 2 现场调试效果分析

将监测系统安装于平煤股份十矿变电所, 并分析了系统降噪能力和绝缘监测系统的整体性能。图5 ( a) 为互感器安装图, 图5 ( b) 为现场监测系统整体调试图。

通过在6 kV配电柜正常运行的电缆上安装监测系统装置, 得到如图6 所示波形。由滤波前后效果对比, 以及现场数据的采集分析, 在最终显示的PD信号中, 噪声得到了很好抑制, 证明了监测系统具有很好的降噪能力。通过现场长时间的运行测试, 表明该检测系统整体运行稳定、性能良好。

5 结语

本文设计了一种矿用高压电缆无损在线绝缘系统, 并提出了形态学滤波器与小波阀值相融合的降噪方法。经过实验室以及对平煤股份十矿在运行电缆的现场测试, 表明该监测系统能够提高信噪比, 有效地去除矿用高压电缆局部放电的噪声干扰, 较好地保留了局部放电的宽频带特性, 提高了在线绝缘检测的可靠性, 能够满足煤矿复杂环境下在线连续绝缘监测的应用条件。

参考文献

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变电设备绝缘在线监测技术应用 篇6

变电设备绝缘在线监测技术对于无人值守变电站十分适宜, 在实际应用中, 能够对有缺陷或怀疑有缺陷的设备进行有选择、有目的停电试验及检修, 进而大大减少停电次数和重复性工作。因此, 探究其技术原理和实际应用具有十分重要的现实意义。

2 绝缘在线监测技术的原理

电力设备在线监测技术指的是通过运行状态, 对高压设备绝缘实际情况进行检测试验的方法。通常情况下, 一种电力设备的在线监测仪器或者系统, 是由传感器系统、信号采集系统以及分析诊断系统所构成的。信号采集系统的主要作用是将传感器得到的模拟量转换为数字量, 然后进行传输, 并且使用数字滤波技术对采集到的信号进行滤波处理, 从而抑制外界干扰和背景噪声, 提取真实信号, 并进行信号还原处理, 引入光电传输和光纤传输, 能够有效解决高压隔离的问题;分析诊断系统的主要作用是对所采集的信号进行分析、处理和诊断, 获得监测电力设备绝缘的当前状况, 并根据需要进行绝缘诊断和寿命评估。在线监测的基本流程如图1所示。

3 应用实例

我国对电气设备绝缘在线监测重要性的认识较早, 20世纪60年代以后就提出并开展了不少在线监测项目。本文将以IM-2、WYJ-Ⅰ型在线监测装置为研究实例, 详细探究变电设备绝缘在线监测技术应用。

3.1 IM-2、WYJ-Ⅰ型在线监测装置简介

3.1.1 IM-2型在线监测系统组成及工作原理

IM-2型便携式绝缘在线监测系统由主机和传感器组成, 主机部分包括二台586便携式计算机和一台数据采集器及相应附件, 传感器需固定在被检测设备的接地线上, 主机部分由技术人员携带到现场进行在线监测工作。IM-2型便携式绝缘在线监测系统的总体结构如图2所示。

电压传感器输入端与母线电压互感器二次侧1001~3端子连接, 此信号经隔离、变换后进入数据采集器, 电流互感器安装在被检测设备的地线上, 被检测设备的绝缘泄漏电流流过地线, 此电流信号被电流传感器隔离、变换后进入数据采集器, 高精度数据采集的信号调理模块对输入的传感信号进行跟随、I/V转换、低通滤波、程控放大等预处理, A/D转换芯片在控制逻辑的控制下对U、I交流信号轮流进行采样及A/D转换并将转换结果存入存储器, 便携机通过打印口与数据采集器相连接, 从而实现对数据采集器的控制及数据传送, 传感器采集到的电压信号U (t) 和电流信号i (t) 通过屏蔽电缆传送到数据采集器的电压、电流信号输入端, 然后由便携机控制对信号进行放大、滤波、采样及模数转换 (A/D) 等, 最后由便携式计算机用DSP算法对电压、电流两个数字序列进行分析计算, 从而得到U、I、f、C等各种绝缘参数和谐波参数并显示到计算机屏幕上。

3.1.2 WYJ-Ⅰ型在线监测系统

(1) 系统组成及工作原理

系统主要由系统主屏、数据采集系统、站端主控系统、远程监视系统、信号传感器、信号传输电缆以及各类仪表组成, 监测系统构成卿。

系统主屏: (2360×800×600) 一台, 以下设备置于主屏内:站端主控系统、数据采集系统、稳压电源, UPS、调制解调器及各类仪表及接线端子等。

信号传感器:传感器分穿芯式和分压式两种类型, 每组传感器 (A, B, C) 配备一台信号处理控制单元 (亦称智能前端) 。

信号传擂电缆:电缆由三种不同类型组成, 一种为双屏蔽同轴电缆, 主要用作测量信号的传擂, 外屏蔽接地, 内屏蔽用作信号接地, 芯线作信号线;第二种为二芯屏蔽双纹线 (截面积在0.5~0.75mm2) , 作程控信号线;第三种为二芯屏蔽线 (截面积在1mm2) , 作智能前端电源线。

远程监视系统:根据实际情况配置, 数据传送模式根据实际情况可选为使用调制解调器经电话网传翰, 也可直接进局域网等。

(2) 功能及监测参数

本系统适用于运行中的110~500k V电压等级的电流互感器、电压互感器、主变套管、藕合电容器、主变铁芯、避雷器等。如表1所示。

(3) 系统的主要功能

①实时自动检测功能

实时检测110k V以上电压等级的CT, PT, OY、主变套管的介质损耗值、泄漏电流、母线电压、等值电容。实时检测氧化锌避雷器的全电流、阻性电流。

②手动检测功能

手动完成实时自动检测选定设备各参数。

③统计及绘图功能

对被检测设备的历史数据进行统计, 并绘出其特性曲线。

④智能分析功能

误差分析:对所选设备的参数值进行误差分析, 给出误差概率分布曲线。

⑤对比分析

对所选设备的参数值进行横向或纵向比较, 得出各参数的变化规律, 判断设备的绝缘状况。

⑥报警功能

在对所监测的设备经过分析判断后, 自动给出警示信号。

3.2 在线监测系统实际运行情况

3.2.1 全系统已通过专家鉴定

IM-2型便携式绝缘在线监测系统, 于1998年正式运行运行。1999年7月通过电力局组织的专家鉴定, 评比为同类产品国内领先水平, 并获1999年度省电力局科技进步二等奖。WYJ-Ⅱ型微机集中式绝缘在线监测系统, 于2002年4月正式投入运行, 该产品2000年10月通过省电力局组织的专家鉴定, 评价为同类产品国内领先水平, 在全系统内运行几年来一直正常。

3.2.2 运行稳定, 并有效发现一起绝缘缺陷

(1) 运行稳定, 数据可靠

IM-2, WYJ-Ⅱ型绝缘在线监测装置运行中的各种性能基本稳定, 所监测的系统数据及参数具有很高的参考价值, 与预试结果大致相同, 电容量的测量结果数值稳定, 基本上没有分散性, 和预试结果接近, 有较高的可信度;介损的测量结果数值稳定, 分散性较小, 和预试测量的结果也较为接近。

例1:J村变#2727CT试验结果如表2所示。

A相电容测试值偏小, A相介损值偏大, 根据分析研究, 这主要是A相藕合电容器带有电压互感器, A相祸合电容器接地点有两个, 一为A相下节基座固定接地, 另一接地为A相一下节3点通过结合滤波器接地, 在线监测系统在安装过程中无法将固定接地线引入传感器, 正常运行时, 固定按地点有电流通过, 导致电容值测试结果偏小。同时, 运行中的电压互感器有电流流经传感器, 该电流将影响系统对祸合电容器真实结果的测量。

(2) 能有效地发现设备绝缘缺陷

实例:2004年2月20日, 对某变电所进行在线监测测试时, 发现110k VⅠ段母线避雷器的C相监测数据异常, 随后进行了停电试验, 测试数据如表3所示。

经检查原因为C相氧化锌避雷器上盖密封不严, 致使进水受潮, 绝缘损坏, 从而避免了一起设备潜在事故的发生, 并为进一步开展在线监测工作提供了宝贵的经验。

3.2.3 积极开展技术攻关活动

电气设备的绝缘在线监测是近年推广应用的新技术, 它的成熟需要在实践中不断的研究和改进。因此, 必须高度重视生产工作中的疑难问题, 并妥善解决, 积极有效的开展了许多技术攻关活动, 取得较好的成绩。

4 结语

随着人工智能的发展以及新型传感器、计算机技术、信息处理技术的不断融合, 在线监测技术迎来很多发展机遇, 运用在线监测技术进一步深化状态检修的可行性较高。该技术的推广应用必将促进电力科技进步, 改善电力生产管理模式, 保障电网连续、安全、可靠供电。

参考文献

[1]路长禄, 林刚.变电站高压电气设备绝缘在线监测技术探析[J].电子技术与软件工程, 2015 (09) :122.

[2]张灿.在线绝缘监测技术在牵引变电所的应用[J].电源技术应用, 2015 (05) :49~51.

高压绝缘子在线监测系统应用 篇7

对超高压线路的运行绝缘子暂无可靠的监测数据来指导安排清扫周期。绝缘子在使用过程中, 不断地受到强电场, 高温日照, 机械应力, 湿度, 污秽物影响, 当在线运行中的绝缘子表面附盐密度达到一定的程度, 就会降低绝缘子的绝缘性能, 增加绝缘子的表面放电系数, 导致绝缘面行成固态行电小桥, 引起闪络, 出现火花, 导致整条电力传输线以及整个配电网发生故障。据统计, 国内的大多数110kV以上的线路发生了不明原因的闪络, 导致了线路的重合闸动作失败, 其所占比例高达22%。对电力系统的稳定性带来了不良的影响。以下对高压绝缘子的传统监测方法和在线监测方法进行分析。

2 绝缘子监测方法

2.1传统监测方法

1) 离线的盐密监测法:

将待测绝缘子从现场取回后, 对表面的污物用蒸馏水 (或去离子水) 清洗, 用电导率仪测其电导率, 同时测量污液温度, 然后换算成标准温度 (20℃) 下的电导率值, 再通过电导率和盐密的关系, 计算出等值含盐量。

2) 绝缘电阻测定法:

用高电阻接至带电的绝缘子上, 使测量绝缘电阻的绝缘电阻表处于地电位, 从测得的绝缘电阻中减去高电阻杆的电阻值, 即为被测绝缘子的绝缘电阻值, 检测“零”或“低”值绝缘子有相当的准确性。然而, 利用绝缘电阻表检测零值或低值绝缘子也有一些弊端。对少数绝缘子进行检测较方便, 但对大量绝缘子进行检测则工作量太大。另外, 绝缘电阻的测量必须在空气相对湿度低于80%、绝缘子表面无凝露的条件下进行, 监测数据不准。

3) 分布电压测定法:

用测定电压分布的方法检出劣质绝缘子, 必须与相应电压等级下良好绝缘子串的标准分布电压值作比较。应在空气的相对湿度低于80%、且绝缘子表面无凝露的条件下测量。否则, 潮湿的绝缘子串其电压分布要改变, 特别是绝缘子表面具有污秽且又潮湿的情况下, 绝缘子串上的电压分布将不按电容分布, 而按电阻分布。污染与潮湿度愈均匀, 绝缘子串上的电压分布也愈均匀。

4) 交流耐压法:

是判断绝缘子抗电强度教好的方法。可以利用它检验前述几种方法的有效性和鉴别检出劣质绝缘子的真伪。这种方法需要一套高压试验电源, 且需要将试品从运行现场卸下来测量, 对于输电线路绝缘子的检测工作量太大。

5) 超声波劣质绝缘子检测法:

将绝缘子串电压分布的实测结果与良好绝缘子串的标准电压分布相比较, 检出劣质绝缘子, 由于该装置的抗干扰的能力较强, 且输入电容量较小 (实测为l～2PF) , 因此可以在500kV输电线路上进行测量, 且能保证测量的精度。但该方法需登塔与探头和瓷绝缘子接触, 500kV绝缘操作杆较长, 对耐张申的劣质绝缘子的检测很不方便。

综合上述方法:在以往的离线监测方法对绝缘子的性能作一定的评测, 但是工作量非常大, 测量精度不够高。不能实时获得绝缘子的实际应用状况。还不能达到对绝缘子的安全监测, 科学安排生产, 减少线路维护费用。

2.2 在线监测系统

工作原理图简单说明:

系统对运行绝缘子的泄漏电流采样从绝缘子的第二片将泄漏电流截取 (如图1所示, 如用户使用的是合成绝缘子, 可加装一片瓷绝缘子来截取泄漏电流) , 泄漏电流经过具有很强抗干扰性能的专用铠包电缆, 到系统的主保护单元, 再经过保护和传感单元进行A/D转换, 再到微处理器进行分析, 运算, 见图1。

2.2.1 系统数据分析

1) 数据采样:数据采样分为电气量和非电气量, 电气量包括了绝缘子在线运行时的泄漏电流, 绝缘子表面局部放电脉冲;非电气量包括了绝缘子串所处环境的温度、湿度、雨量测量。

a.电气量测量:该系统的数据采样传感单元根据需要, 采用阶段性不间断采集绝缘子表面泄漏电流, 和局部放电脉冲, 见图2。局部放电脉冲装置是通过一个特定同步的时钟装置将不同时间内叠加在泄漏电流上的局部放电脉冲经过门槛设定值记录, 原理见图3。

b.非电气量的测量: 绝缘子表面的泄漏电流、局部放电脉冲在线运行时受到绝缘子所处的环境因素影响较大, 系统在分析数据时将综合考虑, 计算盐密。

2) 系统软件:由于本系统配备了自动应答的手机调制解调器, 该系统的分析软件能进行自动、手动的远程数据下载, 同时也可进行远程参数设定, 如数据的采样时间、采样频率等。 同时, 系统软件界面可进行预设报警设置, 当瓷绝缘子的等值附盐密度达到0.1时, 绝缘子表面的平均泄漏电流大约为30mA见图4, 同时, 据图5所示, 在系统电压下发生闪络的可能性非常大。由此, 能简单地进行系统软件的简单设定。

实际应用举例:

3 结束语

绝缘的可靠性、安全性是满足电力系统的安全运行条件, 该系统采用直观的泄漏电流、局部放电脉冲参数取代了国内原先离线的盐密测量方法, 对电力系统的安全生产提供了保障。

摘要：对目前高压绝缘子安全监测方法做一介绍, 对在线监测系统作简单阐述。

关键词：高压绝缘子,在线监测,泄漏电流,局部放电,闪络,科学安排生产

参考文献

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[2]杨奇逊, 变电站综合自动化技术发展趋式[J], 电力系统自动化, 1998, (10) .

中压开关柜在线绝缘状态监测 篇8

表征绝缘特性的有很多参量, 比如介质损耗角正切、局部放电、泄漏电流等。在实施绝缘特性检测时需要根据具体的检测对象而选择合适的检测参量。在对历年高压开关运行故障资料及厂方提供的绝缘部位故障统计报告, 以及对可能发生的绝缘故障加以理论分析的基础上, 确定绝缘特性检测对象为母线室环氧套管的泄漏电流和局部放电。

为了确定绝缘泄漏电流检测的故障判断依据, 用试验方法对现场运行的12kV开关柜环氧套管的表面污秽状况进行了模拟。选取2个环氧套管设置4种不同的污秽程度进行试验: (1) 绝缘套管表面处于无灰尘和水分的清洁状态 (Ⅰ级) ; (2) 套管表面有低盐密的水分 (Ⅱ级) ; (3) 套管表面有中等程度的盐密污秽 (Ⅲ级) ; (4) 严重的污秽 (Ⅳ级) 。在每种污秽程度下, 分别对套管施加7、12、20kV电压记录泄漏电流测量值, 然后继续升高电压直至出现火花放电, 记录此时的电压和泄漏电流值。

在清洁状态下套管表面的泄漏电流非常小, 在潮湿和污秽情况下, 套管表面的绝缘状况会明显劣化, 泄漏电流大幅增加。在单相接地且套管上有严重污秽的情况下, 套管泄漏电流约为40μA。根据试验结果, 可以设定12kV断路器在线监测系统的一级绝缘劣化阈值为50μA (此阈值考虑了大电流引起的电磁干扰, 留有10μA裕量) , 超过这个阈值提供报警功能。如果泄漏电流值明显超过50μA, 说明环氧绝缘套管绝缘性能有失效的危险, 电器设备必须立即停电检修。可以设定二级绝缘劣化报警阈值为100μA, 既考虑了实验结果, 也留有足够裕量以防止因电磁干扰导致系统误动作。