容性設備介質損耗在線檢測及誤差

穆亞明

(云南電網公司玉溪供電局，云南 玉溪 653100)

1 前言

電容型設備主要指電流互感器、套管、耦合電容器、電容式電壓互感器等，在電力系統設備構成中占相當大的比重，這些設備的安全可靠是實現整個電力系統安全運行的基礎，而高壓電氣設備損壞事故中很大一部分是絕緣損壞引起的。絕緣材料的介質損耗角正切 (tan δ)是反映高壓電氣設備絕緣性能的一項重要指標，通過測量tan δ可以發現電力設備絕緣系統的整體性缺陷或較大的集中性局部缺陷［4］。對容性設備tan δ在線檢測能在實際運行電壓下對高壓設備絕緣狀況進行試驗，增加了試驗的真實性，彌補僅靠定期停電檢測的不足之處，具有非常重要的意義。在現場實際檢測中，可以通過采用基準設備比較法來消除或減小相間耦合及環境溫、濕度因素、TV角差變化對其測量結果的影響，對在線檢測試驗數據的真實性和有效性也可以通過縱向或橫向比較的方式進行分析進而判斷運行設備的絕緣狀況。

2 介質損耗在線檢測的原理

2.1 在線檢測的基本原理

電介質在電壓作用下都是有能量損耗，包括電導引起的損耗和極化過程引起的損耗。在交流電壓作用下，電介質等值電路及向量圖如圖1所示。

在等值電路，可得:

圖1 電介質等值電路及向量圖

從公式 (2)可知介質損耗與外施電壓、電源頻率、介質電容C和介質損耗因數tanδ成正比。而當外加電壓、頻率一定時，介質損耗僅與介質的等值電容和介質損耗因數有關，對于被試設備來說等值電容是一個定值，因此tanδ就完全反映了介質損耗情況。

在向量圖中電壓、電流夾角的余角就是介質損耗角。對于無損耗的理想介質，介質損耗角δ為零，電壓與電流夾角為π。由于實際運行的容性設備并非理想介質，故此流經末屏的電流與容性設備高壓端電壓的相位差將＜π/2，介質損耗角δ也就不可能零。

2.2 介質損耗在線檢測方法

由于介質損耗角δ就是流經容性設備的電流和運行電壓的向量之間夾角的余角，電流和電壓兩個參量都可以通過傳感器在運行現場測得，因此目前國內外電容型設備的在線檢測都采用了這個原理。從電容、套管或TA等容性設備的地線處的電流傳感器獲取被測設備的泄露電流I，而通過電壓傳感器獲取電壓的方式有兩種，一種是直接從電壓互感器二次側獲得與加在被測設備上的電壓同相的電壓U，一種是采用電流傳感器檢測容性設備的泄漏電流，通過有源積分電路將電流信號重構成電壓信號。

圖2 tan δ在線監測原理圖

3 誤差分析及方法選擇

3.1 誤差分析

1)相間干擾:電力系統屬于三相系統，相間存在著耦合，因此在線檢測A，B，C，三相電容型設備時，會產生相間干擾，使得介損損耗因數A相偏大，B相基本不變，C相偏小。相間干擾對測量數據的影響程度取決于流經絕緣的信號電流大小，信噪比越高，相間干擾影響就越小。電容型設備末端電流信號一般為毫安級，相間干擾電流為微安級，基本是可以忽略的。

2)系統諧波的影響:電壓諧波對介質損耗因數測量影響較大，必須采用低通濾波器濾除高次諧波，將三次諧波含量控制在1%以內。

3)電壓互感器角差的影響:作為相位基準信號，電壓互感器角差的變化會引起介質損耗因數的測量誤差，而運行電壓、頻率和負載的變化會引起電壓互感器的相角差的改變。在電網電壓和頻率允許的變化范圍內，角差的變化小于1’，影響是可以忽略的，但負載阻抗變化所引起的角差變化是影響介質損耗因數準確性的主要因素。角差變化對同一相位基準的所有設備介質損耗因數測量的影響相同，可以通過同一相位基準設備間介質損耗因數值相對變化情況進行區分［2］。

4)電網頻率波動的影響:電網頻率的波動影響信號整周期采樣，用離散傅立葉變換 (DFT)時會出現柵欄效應和泄漏效應，使相位產生較大的誤差，影響測量的精度。

5)環境溫度和濕度的影響:環境濕度會改變設備表面的電場分布，影響介質損耗因數測量值。同時，絕緣材料的介質損耗因數與本身的溫度也有關系。

3.2 測量方法的選擇

測量電容型設備的介質損耗有如圖3所示的兩種測量方式。容性設備在線檢測儀采用了先進的數字鑒相技術，具有較強的自我校驗功能，可排除母線諧波分量造成的影響［1］。但并未消除運行電壓、TV基準電壓、相間耦合及環境溫、濕度等對測量結果的影響，尤其是TV二次負載的變化會引起電壓互感器的相角差的變化，對測量結果的影響很大。

對應用同一TV電壓作為基準的多臺設備在相同負荷和環境條件下，二次負載阻抗變化所引起的角差變化也相同，對同相設備的介損測量結果影響相似，測量數據有同時變化的特征，如果取其兩差值，可消除TV電壓基準的影響。同理，相間耦合及環境溫、濕度等其它因素的影響也可采用基準設備比較法消除，其診斷結果的可靠程度好于直接測量法。

圖3 電容型設備介質損耗在線檢測方式

4 基準設備比較法

基準設備比較法的原理是同一母線下，同一相、應用同一電壓基準測量的多臺同類型設備，它們的絕緣結構相似處于相同的運行條件和環境條件下，各種因素對同相設備介質損耗因數測量結果的影響相似，測量數據有同時變化的跡象。如果設備絕緣狀況良好，則測試結果基本相同，如果測量數據有明顯差異，則其中某臺設備的絕緣狀況可能出現異常。運行經驗及研究結果表明，在線檢測電氣設備周圍電磁環境的復雜多變，雖然采用基準設備比較法可將干擾因素的影響減弱，但要獲得真實可靠的在線測試結果，仍需要通過縱向或橫向比較的方式來判斷運行設備的絕緣狀況。

4.1 測試數據真實性分析

電壓采集來自同一變電站同一母線電壓，通過基準設備比較法在線測量所得介質損耗的差值是真實的試驗數據。

4.2 測試數據有效性分析

1)縱向比較:從在線檢測的數據看，測試結果無論是介質損耗差值還是電容比值都沒有發生明顯的變化，可以認為測量數據是有效的。

2)橫向比較法:通過在線檢測與停電測試數據的比對，計算后在線檢測的數據無論是介質損耗還是電容值都沒有發生明顯的變化，誤差值都在可接受的范圍內，可以認為在線檢測得數據是有效的。

5 結束語

通過采用基準設備比較法進行在線檢測的介質損耗因數以及電容量數據，排除無實際意義的數據后，通過橫向、縱向比較后可以知道在線檢測與停電預試定檢的測試的誤差值在可接受的范圍內，說明在線檢測與停電預試定檢試驗數據具有等效性，能夠滿足容性設備絕緣在線檢測的實際要求。

［1］RCD－1B容性電氣設備帶電測試測試裝置使用手冊 (第5版)［Z］.北京圣泰實時電氣技術有限公司，2008，11.

［2］陳安偉，董國倫，胡文堂.輸變電設備狀態檢修［M］.北京:中國電力出版社，2012(5):29，91－92.

［3］DL/T 474.3－2006，現場絕緣試驗實施導則介質損耗因數tanδ 試驗 ［S］ .

［4］唐炬，劉明軍，張曉星，等.基于虛擬儀器的電容性設備介損在線監測系統［J］.重慶大學學報 (自然科學版)，2007(3).

［5］杜林，劉偉明，司馬文霞，等.基于容性設備泄漏電流的電網電壓測量方法［J］.電力系統自動化，2008，10.