容性设备绝缘在线监测系统测评平台研究

毛传峰，王科，彭晶

(1.云南电网公司昆明供电局，昆明 650000；2.云南电网公司电力研究院，昆明 650217)

容性设备绝缘在线监测系统测评平台研究

毛传峰1，2，王科2，彭晶2

(1.云南电网公司昆明供电局，昆明 650000；2.云南电网公司电力研究院，昆明 650217)

结合容性设备绝缘在线监测系统在现场运行过程中问题频出、数据异常、用户单位针对容性设备绝缘在线监测系统维护需求的实际，搭建了10 kV容性设备绝缘在线监测系统测评平台，对3套容性设备绝缘在线监测系统试品在原理、安装、运行等方面开展研究比对，以平均介损偏差率为切入点，对3套容性设备绝缘在线监测系统试品进行测评。

容性设备在线监测系统；测评平台；试品

0 前言

容性设备绝缘在线监测系统可实时掌握变电站内运行的变压器套管、电流互感器、电容式电压互感器、耦合电容器等容性设备介损及电容量等电气参数动态变化情况。在电网内的应用较为广泛[1-3]。从设备现场实地调研情况来看，存在数据波动大，数据可利用性不强，实际现场指导意义不够等问题。

本文结合上述问题，引入平均介损偏差率的概念和计算方法，搭建测评平台，并针对容性设备绝缘在线监测系统试品开展长期的数据采集和分析工作，有侧重的鉴别不同试品的性能，以期为今后容性设备绝缘在线监测系统的性能测评提供参考。

1 在线监测系统原理与构成

1.1 试品一

试品一采用分布式现场总线结构，所有本地测量单元 (LC)均安装在变电站电气设备的运行现场，只要输入被测信号，把其通讯接口挂载到变电站中央监控器SC提供的CAN 2.0通讯总线上，连接220 V交流工作电源，即可就地监测电气设备的绝缘参量，通过现场总线把监测数据传送到站内的监控中心数据终端[4-6]。其原理如图1所示：

图1 试品一测试原理

试品一的测试原理为母线电压互感器的二次电压信号Un经过电阻R变换为电流信号In，由安装在电压互感器下方的本地测量单元LC-PT (LC1)进行检测，电容型设备CX的末屏电流信号Ix则由本地测量单元LC-CX单元 (LC2)检测。在中央监控器SC的控制下，两个本地测量单元LC1及LC2的信号采集系统同时启动，对传感器输出的模拟电压信号同步进行采样及FFT变换处理，得到输入信号Un及Ux相对于220 Vac工作电源Us的基波相位Ph(n-s)和Ph(x-s)[7-9]。中央监控器LC-SC只需通过现场通讯总线读取LC1、LC2对应的相位测量结果，即可计算出电容型设备末屏电流信号Ix相对于母线电压Un的相位差Ph，从而获得其介质损耗Tanδ和电容量Cx等绝缘参数[10-11]。LC-PT、LC-CX单元属于相位测量单元，LC-PT采集三相基准电压经过小型CT和SIM_LC板转换成数字量相位和电压幅值，LC-CX采集电容型设备末屏电流经过小型CT和SIM_LC板转换成数字量相位和电流幅值、电容量数值，数据最后传送到LC-SC单元经过计算得出介损值，通过10MRJ45网络传输到计算机监测数据。

1.2 试品二

试品二的基本工作原理是采集所监测设备的电压和电流等信号采用优化的傅立叶分析法，求得其幅度、相位，进而得到所需的介质损耗角等电气参数，其结构如图2：

图2 试品二结构图

试品二主要分为FMU-U采集计算单元和FMU-C采集计算单元，其原理如图3、4所示。

图3 FMU-U采集计算单元原理图

图4 FMU-C采集计算单元原理图

试品二通过FMU-U单元测得系统电压的幅度和相位，经过电压电流转换板转换为对应的电流信号，通过三相电流传感器转换后连接至主板，通过与参考交流电源比较得到电压相位差，高精度电流传感器FMU-C测出设备末屏电流的幅度和相位经过电流传感器与参考交流电源得到电流相位差。通过这两信号幅值可计算出设备的电容量，通过这两信号相位与交流电源的差分量，可计算电容性设备的泄漏电流和系统电压的相位差，最终得出该容性设备的介质损失角[12-14]，并将数据传输至监控终端。基本原理与试品一相同。

1.3 试品三

试品三采用模块化设计结构，所有测量单元的硬件结构完全相同，均由传感器模块、数据采样模块、微处理器模块、通讯

及电源管理模块分构成。试品三系统结构原理示意图如图5所示：

图5 试品三系统结构原理示意图

试品三系统采用集成采集模块，系统电压监测单元从PT(Potential Transformer)二次端子引出的PT信号取样线经过PT保护空开进入电压传感器，在电压传感器内转换为对应的电流信号，经过电压采集模块将采集电压的幅值和相位信号转换为数字信号进入485通讯模块，容性设备监测单元从三相末屏取样电流进入电流采集模块，在电流采集模块将采集电流的幅值和相位信号转换为数字信号进入485通讯模块，最终485通讯模块将数字信号经过光电模块光钎转换盒转换为串口通讯传输至监测终端读取数据。试品三未引入参考电压和相位，与试品一、二存在明显差异。

2 在线监测系统测试研究

2.1 在线监测系统测评平台

本测评平台包括干式变压器、断路器、电流互感器、电压互感器、避雷器、三相负载柜 (高阻抗负载)等设备。其中三相负载柜内安装有三只耦合电容器，作为容性设备绝缘在线监测系统的测试对象。本测评平台能够真实模拟10 kV电压条件下容性设备的运行情况，基于本测评平台能够长期采集各试品的监测数据，同时引入平均介损偏差率的概念和计算方法，利用大量的采集数据对各试品开展测评，测评平台结构和接线如图6所示：末屏和大地之间并联了开路保护器件。一旦电容器末屏开路，开路保护器件就会击穿，保证电容器末屏和大地之间短接[16-17]。

安装过程中将三套试品的三相电流信号取样回路分相进行串联，示意图7所示，确保三套试品采集电流值一致，并保证系统运行安全。

图6 10kV考核场结构图

图7 电流取样信号串联示意图

2.2 基准电压及被测对象

三套容性设备绝缘在线监测系统试品基准电压取自10kVPT柜内的PT二次 (1a、1n)测量端子。被测对象选取10kV三相高阻抗负载柜内的三只耦合电容器，同时利用AI-6000D介质损耗测量仪对耦合电容器主要参数进行实际测量。

2.3 试品安装

三套试品基准电压信号取样均取自10 kV PT柜内的PT二次 (1a、1n)测量端子，确保基准电压一致，为防止发生故障反送电对一次设备造成危害，在现场安装了保护空气开关，确保系统安全。

三套试品电流信号取样均取自3只耦合电容器末屏电流，为防止电容器末屏开路，在电容器

2.4 平均介损偏差率概念和计算方法

设平均介损偏差率为S，测试介损为，i为采集点编号为1～n，实测介损为a0，则有平均介损偏差率

引入平均介损偏差率可以直观判断试品采集介损值与实测介损值的偏差，从而有效判定试品数据采集的有效性与稳定性。

2.5 试品数据采集情况说明

设定试品一数据采集周期为20秒，试品三系统数据采集周期为108秒，试品二数据采集周期为540秒，共开展持续24小时的试运行。

计算后三套试品各相平均介损偏差率如表1所示：

表1 三套试品各相平均介损偏差率

2.6 数据分析结果

1)三套试品介损测试值与实际测量介损值存在较大偏差，如表1所示，试品一总平均介损偏差率最小也达到51.6%

2)三套试品介损测试值各相监测数据存在偏差，如表1所示，试品二B、C相平均介损偏差率差值为34.03%

3)三套试品之间介损测试值存在较大偏差，以A相为例，试品一平均介损偏差率为57.03%，试品二平均介损偏差率为46.97%，试品三平均介损偏差率为73.37%，试品三系统与试品二平均介损偏差率差值达26.4%。

4)三套试品介损监测曲线稳定性存在差异，试品三系统数据跳变大，而试品一和试品二相对稳定。

3 结束语

本文搭建容性设备绝缘在线监测系统测评平台，以10 kV三相高阻抗负载柜中的三支耦合电容器为监测对象，从10kV PT柜的PT二次测量绕组 (1a、1n)提取基准电压信号，安装了三套容性设备绝缘在线监测系统试品，开展基于介损值测量的长期数据采集和分析工作，结果表明三套试品各相均存在平均介损偏差率较大的情况，其中平均介损偏差率最小相为试品二B相37.56%，平均介损偏差率最大相为试品三B相79.35%，在此种偏差率情况下容性设备绝缘在线监测系统监测数据不能真实反映容性设备运行情况，甚至会对现场判断容性设备故障情况产生误导，因此，对容性设备绝缘在线监测系统现场数据应该采取更加谨慎的态度。下一步将在运行数据基础上，逐步开展偏差纠正等有针对性的研究工作，为云南电网范围内的容性设备绝缘在线监测系统运维和规范提供参考和依据。

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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

毛传峰 (1987)，男，助理工程师，云南电网公司昆明供电局，主要从事变电运行工作 (e-mail)176256522＠qq.com。

王科 (1982)，男，工程师，硕士，三级助理技术专家，云南电网公司电力研究院，研究方向为带电和在线检测技术应用，配电一次设备的检测。

彭晶 (1985)，男，工程师，硕士，云南电网公司电力研究院，研究方向为带电和在线检测技术应用。