容性設(shè)備絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)測評(píng)平臺(tái)研究

毛傳峰，王科，彭晶

(1.云南電網(wǎng)公司昆明供電局，昆明 650000；2.云南電網(wǎng)公司電力研究院，昆明 650217)

容性設(shè)備絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)測評(píng)平臺(tái)研究

毛傳峰1，2，王科2，彭晶2

(1.云南電網(wǎng)公司昆明供電局，昆明 650000；2.云南電網(wǎng)公司電力研究院，昆明 650217)

結(jié)合容性設(shè)備絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)在現(xiàn)場運(yùn)行過程中問題頻出、數(shù)據(jù)異常、用戶單位針對容性設(shè)備絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)維護(hù)需求的實(shí)際，搭建了10 kV容性設(shè)備絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)測評(píng)平臺(tái)，對3套容性設(shè)備絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)試品在原理、安裝、運(yùn)行等方面開展研究比對，以平均介損偏差率為切入點(diǎn)，對3套容性設(shè)備絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)試品進(jìn)行測評(píng)。

容性設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)；測評(píng)平臺(tái)；試品

0 前言

容性設(shè)備絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)可實(shí)時(shí)掌握變電站內(nèi)運(yùn)行的變壓器套管、電流互感器、電容式電壓互感器、耦合電容器等容性設(shè)備介損及電容量等電氣參數(shù)動(dòng)態(tài)變化情況。在電網(wǎng)內(nèi)的應(yīng)用較為廣泛[1-3]。從設(shè)備現(xiàn)場實(shí)地調(diào)研情況來看，存在數(shù)據(jù)波動(dòng)大，數(shù)據(jù)可利用性不強(qiáng)，實(shí)際現(xiàn)場指導(dǎo)意義不夠等問題。

本文結(jié)合上述問題，引入平均介損偏差率的概念和計(jì)算方法，搭建測評(píng)平臺(tái)，并針對容性設(shè)備絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)試品開展長期的數(shù)據(jù)采集和分析工作，有側(cè)重的鑒別不同試品的性能，以期為今后容性設(shè)備絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)的性能測評(píng)提供參考。

1 在線監(jiān)測系統(tǒng)原理與構(gòu)成

1.1 試品一

試品一采用分布式現(xiàn)場總線結(jié)構(gòu)，所有本地測量單元 (LC)均安裝在變電站電氣設(shè)備的運(yùn)行現(xiàn)場，只要輸入被測信號(hào)，把其通訊接口掛載到變電站中央監(jiān)控器SC提供的CAN 2.0通訊總線上，連接220 V交流工作電源，即可就地監(jiān)測電氣設(shè)備的絕緣參量，通過現(xiàn)場總線把監(jiān)測數(shù)據(jù)傳送到站內(nèi)的監(jiān)控中心數(shù)據(jù)終端[4-6]。其原理如圖1所示：

圖1 試品一測試原理

試品一的測試原理為母線電壓互感器的二次電壓信號(hào)Un經(jīng)過電阻R變換為電流信號(hào)In，由安裝在電壓互感器下方的本地測量單元LC-PT (LC1)進(jìn)行檢測，電容型設(shè)備CX的末屏電流信號(hào)Ix則由本地測量單元LC-CX單元 (LC2)檢測。在中央監(jiān)控器SC的控制下，兩個(gè)本地測量單元LC1及LC2的信號(hào)采集系統(tǒng)同時(shí)啟動(dòng)，對傳感器輸出的模擬電壓信號(hào)同步進(jìn)行采樣及FFT變換處理，得到輸入信號(hào)Un及Ux相對于220 Vac工作電源Us的基波相位Ph(n-s)和Ph(x-s)[7-9]。中央監(jiān)控器LC-SC只需通過現(xiàn)場通訊總線讀取LC1、LC2對應(yīng)的相位測量結(jié)果，即可計(jì)算出電容型設(shè)備末屏電流信號(hào)Ix相對于母線電壓Un的相位差Ph，從而獲得其介質(zhì)損耗Tanδ和電容量Cx等絕緣參數(shù)[10-11]。LC-PT、LC-CX單元屬于相位測量單元，LC-PT采集三相基準(zhǔn)電壓經(jīng)過小型CT和SIM_LC板轉(zhuǎn)換成數(shù)字量相位和電壓幅值，LC-CX采集電容型設(shè)備末屏電流經(jīng)過小型CT和SIM_LC板轉(zhuǎn)換成數(shù)字量相位和電流幅值、電容量數(shù)值，數(shù)據(jù)最后傳送到LC-SC單元經(jīng)過計(jì)算得出介損值，通過10MRJ45網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)監(jiān)測數(shù)據(jù)。

1.2 試品二

試品二的基本工作原理是采集所監(jiān)測設(shè)備的電壓和電流等信號(hào)采用優(yōu)化的傅立葉分析法，求得其幅度、相位，進(jìn)而得到所需的介質(zhì)損耗角等電氣參數(shù)，其結(jié)構(gòu)如圖2：

圖2 試品二結(jié)構(gòu)圖

試品二主要分為FMU-U采集計(jì)算單元和FMU-C采集計(jì)算單元，其原理如圖3、4所示。

圖3 FMU-U采集計(jì)算單元原理圖

圖4 FMU-C采集計(jì)算單元原理圖

試品二通過FMU-U單元測得系統(tǒng)電壓的幅度和相位，經(jīng)過電壓電流轉(zhuǎn)換板轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的電流信號(hào)，通過三相電流傳感器轉(zhuǎn)換后連接至主板，通過與參考交流電源比較得到電壓相位差，高精度電流傳感器FMU-C測出設(shè)備末屏電流的幅度和相位經(jīng)過電流傳感器與參考交流電源得到電流相位差。通過這兩信號(hào)幅值可計(jì)算出設(shè)備的電容量，通過這兩信號(hào)相位與交流電源的差分量，可計(jì)算電容性設(shè)備的泄漏電流和系統(tǒng)電壓的相位差，最終得出該容性設(shè)備的介質(zhì)損失角[12-14]，并將數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控終端?；驹砼c試品一相同。

1.3 試品三

試品三采用模塊化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，所有測量單元的硬件結(jié)構(gòu)完全相同，均由傳感器模塊、數(shù)據(jù)采樣模塊、微處理器模塊、通訊

及電源管理模塊分構(gòu)成。試品三系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理示意圖如圖5所示：

圖5 試品三系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理示意圖

試品三系統(tǒng)采用集成采集模塊，系統(tǒng)電壓監(jiān)測單元從PT(Potential Transformer)二次端子引出的PT信號(hào)取樣線經(jīng)過PT保護(hù)空開進(jìn)入電壓傳感器，在電壓傳感器內(nèi)轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的電流信號(hào)，經(jīng)過電壓采集模塊將采集電壓的幅值和相位信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)進(jìn)入485通訊模塊，容性設(shè)備監(jiān)測單元從三相末屏取樣電流進(jìn)入電流采集模塊，在電流采集模塊將采集電流的幅值和相位信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)進(jìn)入485通訊模塊，最終485通訊模塊將數(shù)字信號(hào)經(jīng)過光電模塊光釬轉(zhuǎn)換盒轉(zhuǎn)換為串口通訊傳輸至監(jiān)測終端讀取數(shù)據(jù)。試品三未引入?yún)⒖茧妷汉拖辔?，與試品一、二存在明顯差異。

2 在線監(jiān)測系統(tǒng)測試研究

2.1 在線監(jiān)測系統(tǒng)測評(píng)平臺(tái)

本測評(píng)平臺(tái)包括干式變壓器、斷路器、電流互感器、電壓互感器、避雷器、三相負(fù)載柜 (高阻抗負(fù)載)等設(shè)備。其中三相負(fù)載柜內(nèi)安裝有三只耦合電容器，作為容性設(shè)備絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)的測試對象。本測評(píng)平臺(tái)能夠真實(shí)模擬10 kV電壓條件下容性設(shè)備的運(yùn)行情況，基于本測評(píng)平臺(tái)能夠長期采集各試品的監(jiān)測數(shù)據(jù)，同時(shí)引入平均介損偏差率的概念和計(jì)算方法，利用大量的采集數(shù)據(jù)對各試品開展測評(píng)，測評(píng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)和接線如圖6所示：末屏和大地之間并聯(lián)了開路保護(hù)器件。一旦電容器末屏開路，開路保護(hù)器件就會(huì)擊穿，保證電容器末屏和大地之間短接[16-17]。

安裝過程中將三套試品的三相電流信號(hào)取樣回路分相進(jìn)行串聯(lián)，示意圖7所示，確保三套試品采集電流值一致，并保證系統(tǒng)運(yùn)行安全。

圖6 10kV考核場結(jié)構(gòu)圖

圖7 電流取樣信號(hào)串聯(lián)示意圖

2.2 基準(zhǔn)電壓及被測對象

三套容性設(shè)備絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)試品基準(zhǔn)電壓取自10kVPT柜內(nèi)的PT二次 (1a、1n)測量端子。被測對象選取10kV三相高阻抗負(fù)載柜內(nèi)的三只耦合電容器，同時(shí)利用AI-6000D介質(zhì)損耗測量儀對耦合電容器主要參數(shù)進(jìn)行實(shí)際測量。

2.3 試品安裝

三套試品基準(zhǔn)電壓信號(hào)取樣均取自10 kV PT柜內(nèi)的PT二次 (1a、1n)測量端子，確保基準(zhǔn)電壓一致，為防止發(fā)生故障反送電對一次設(shè)備造成危害，在現(xiàn)場安裝了保護(hù)空氣開關(guān)，確保系統(tǒng)安全。

三套試品電流信號(hào)取樣均取自3只耦合電容器末屏電流，為防止電容器末屏開路，在電容器

2.4 平均介損偏差率概念和計(jì)算方法

設(shè)平均介損偏差率為S，測試介損為，i為采集點(diǎn)編號(hào)為1～n，實(shí)測介損為a0，則有平均介損偏差率

引入平均介損偏差率可以直觀判斷試品采集介損值與實(shí)測介損值的偏差，從而有效判定試品數(shù)據(jù)采集的有效性與穩(wěn)定性。

2.5 試品數(shù)據(jù)采集情況說明

設(shè)定試品一數(shù)據(jù)采集周期為20秒，試品三系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集周期為108秒，試品二數(shù)據(jù)采集周期為540秒，共開展持續(xù)24小時(shí)的試運(yùn)行。

計(jì)算后三套試品各相平均介損偏差率如表1所示：

表1 三套試品各相平均介損偏差率

2.6 數(shù)據(jù)分析結(jié)果

1)三套試品介損測試值與實(shí)際測量介損值存在較大偏差，如表1所示，試品一總平均介損偏差率最小也達(dá)到51.6%

2)三套試品介損測試值各相監(jiān)測數(shù)據(jù)存在偏差，如表1所示，試品二B、C相平均介損偏差率差值為34.03%

3)三套試品之間介損測試值存在較大偏差，以A相為例，試品一平均介損偏差率為57.03%，試品二平均介損偏差率為46.97%，試品三平均介損偏差率為73.37%，試品三系統(tǒng)與試品二平均介損偏差率差值達(dá)26.4%。

4)三套試品介損監(jiān)測曲線穩(wěn)定性存在差異，試品三系統(tǒng)數(shù)據(jù)跳變大，而試品一和試品二相對穩(wěn)定。

3 結(jié)束語

本文搭建容性設(shè)備絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)測評(píng)平臺(tái)，以10 kV三相高阻抗負(fù)載柜中的三支耦合電容器為監(jiān)測對象，從10kV PT柜的PT二次測量繞組 (1a、1n)提取基準(zhǔn)電壓信號(hào)，安裝了三套容性設(shè)備絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)試品，開展基于介損值測量的長期數(shù)據(jù)采集和分析工作，結(jié)果表明三套試品各相均存在平均介損偏差率較大的情況，其中平均介損偏差率最小相為試品二B相37.56%，平均介損偏差率最大相為試品三B相79.35%，在此種偏差率情況下容性設(shè)備絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)不能真實(shí)反映容性設(shè)備運(yùn)行情況，甚至?xí)ΜF(xiàn)場判斷容性設(shè)備故障情況產(chǎn)生誤導(dǎo)，因此，對容性設(shè)備絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)場數(shù)據(jù)應(yīng)該采取更加謹(jǐn)慎的態(tài)度。下一步將在運(yùn)行數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，逐步開展偏差糾正等有針對性的研究工作，為云南電網(wǎng)范圍內(nèi)的容性設(shè)備絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)維和規(guī)范提供參考和依據(jù)。

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Research on On-line Monitoring Platform for Insulation of Capacitive Installment

MAO Chuanfeng1，2，WANG Ke2，PENG Jing2
(1.Yunnan Kunming Power Supply Bureau，Kunming 650000，China；2.Yunnan Electric Power Research Institute，Kunming 650217，China)

Combined with On-line monitored data for the insulation of the capacitive during field operation problem happened frequently，data exceptions，and for maintenance requirements of On-line monitored data for the insulation of the capacitive with user units actual，build test platform of on-line monitored data for the insulation of the capacitive，carried the contrast research as principle，installation，operation with three on-line monitored data for the insulation of the capacitive experimental article，starting from the average rate of dielectric loss deviation，and evaluating three on-line monitored data for the insulation of the capacitive experimental article.

On-line monitored data for the insulation of the capacitive；test platform；experimental article

TM76

B

1006-7345(2014)06-0106-04

2014-07-04

毛傳峰 (1987)，男，助理工程師，云南電網(wǎng)公司昆明供電局，主要從事變電運(yùn)行工作 (e-mail)176256522＠qq.com。

王科 (1982)，男，工程師，碩士，三級(jí)助理技術(shù)專家，云南電網(wǎng)公司電力研究院，研究方向?yàn)閹щ姾驮诰€檢測技術(shù)應(yīng)用，配電一次設(shè)備的檢測。

彭晶 (1985)，男，工程師，碩士，云南電網(wǎng)公司電力研究院，研究方向?yàn)閹щ姾驮诰€檢測技術(shù)應(yīng)用。