《城市軌道交通電氣設(shè)備測試（第2版）》 課件3.10在線監(jiān)測

《高電壓檢測項目》在線監(jiān)測目錄01在線監(jiān)測的發(fā)展歷程02在線監(jiān)測系統(tǒng)原理及組成03變壓器絕緣在線監(jiān)測內(nèi)容04避雷器在線監(jiān)測01在線監(jiān)測的發(fā)展歷程在線監(jiān)測的發(fā)展歷程高壓電氣設(shè)備絕緣測量，從測量方法上也可以分為離線測試和在線測試。

從技術(shù)角度看，離線監(jiān)測的數(shù)據(jù)不能完全反映絕緣狀態(tài)，因為試驗條件和運行條件有較大的差異，例如，介質(zhì)損耗測試的試驗電壓一般為10

kV，而工作電壓則遠遠大于這個值，因此離線試驗得到的介質(zhì)損耗一般要比實際損耗小得多。同時由于電氣設(shè)備大多數(shù)是在戶外，工作條件容易受到環(huán)境外部環(huán)境的變化影響，工作時的發(fā)熱條件也不同，所以在線監(jiān)測絕緣比離線測量更有實際意義。1.1絕緣在線監(jiān)測的必要性和迫切性

供電系統(tǒng)的安全運行決定于供電設(shè)備的可靠性，開展電氣設(shè)備的在線監(jiān)測及其故障診斷，能發(fā)現(xiàn)運行設(shè)備中的隱患，防止突發(fā)性事故，將顯著提高其運行可靠性，避免事故造成的直接和間接經(jīng)濟損失，從而帶來巨大的經(jīng)濟和社會效益。在線監(jiān)測的發(fā)展歷程

在線監(jiān)測技術(shù)通過對運行中的高壓電氣設(shè)備進行絕緣檢測，有效的反映出高壓電氣設(shè)備運行時的絕緣狀態(tài)，檢測時不需要進行停電，有效地保證了供電的可靠性，同時在運行狀態(tài)下也能更好地反映出設(shè)備的絕緣狀況，同時在線絕緣檢測是隨時性的行為，不需要對運行中的設(shè)備進行改變，所以其更適用于當前電力系統(tǒng)發(fā)展的需要，同時在線檢測技術(shù)也具有非常好的發(fā)展前景，對絕緣檢測技術(shù)的發(fā)展起著指導性的作用。1.2絕緣在線監(jiān)測的分類及構(gòu)成在線監(jiān)測的發(fā)展歷程

在線絕緣檢測是安裝在一次設(shè)備的輔助部件，能自動連續(xù)進行監(jiān)測、數(shù)據(jù)處理和存儲功能，有在線標定的功能，具有電氣故障診斷功能，包括故障定位、故障性質(zhì)、故障程度的判斷和絕緣壽命的預測等。（1）按安裝場所分類便攜式和固定式。

便攜式的通用性強，針對性差，抗干擾性差，靈敏度不高，只能用于在線檢測，而不能用于在線監(jiān)測。

固定式可對設(shè)備連續(xù)監(jiān)測，功能強，成本高，適合于重要場所。（2）按監(jiān)測功能分類單參數(shù)監(jiān)測和多參數(shù)綜合監(jiān)測。（3）按診斷方式分類：人工診斷與自動診斷。02在線監(jiān)測系統(tǒng)原理及組成在線監(jiān)測系統(tǒng)原理及組成

在線監(jiān)測的原理是在電力設(shè)備正常運行的情況下，通過測量常規(guī)絕緣特征參數(shù)（流過設(shè)備絕緣的電流、電容量、介質(zhì)損耗因數(shù)tan

），從而反映設(shè)備運行的狀態(tài)和是否存在問題。而影響高壓電氣設(shè)備的主要參數(shù)是介質(zhì)損耗因數(shù)tan

，tan

能及時反映設(shè)備運行存在的缺陷，靈敏度高，在線操作控制簡單。

tan

在線檢測的原理主要有兩種：一種是通過硬件直接測量相位角，主要有過零點相位比較法，電壓比較法等；另一種是通過軟件對檢測信號A/D變換后，用軟件對測量信號進行數(shù)字化處理得到tan

值，主要有諧波分析法。在線監(jiān)測系統(tǒng)原理及組成過零相位比較法的原理：將獲取的電流信號i和電壓信號u進行過零整形，使之成為過零翻轉(zhuǎn)的方波I和U，用一個“或”門電路比較出I和U過零時的時間差方波寬度

，用高頻時鐘脈沖讀取方波寬度T，根據(jù)時鐘脈沖個數(shù)n及周期T，用公式T＝nT，可計算出T的寬度，進而根據(jù)電壓、電流信號頻率算出

。

諧波分析法的測試原理：首先由高靈敏度的電流互感器檢測設(shè)備末端引出的電流信號，而從電壓互感器二次側(cè)抽取電壓信號，經(jīng)整形放大、低通濾波、程控放大后的模擬信號正再經(jīng)過采樣保持同步采樣由A/D轉(zhuǎn)換為離散數(shù)字信號，然后利用計算機對兩個離散數(shù)字信號波形進行快速傅里葉變換，得到兩個信號的基波傅里葉系數(shù)，進一步求出兩個基波的相位差，從而得到tan

。在線監(jiān)測系統(tǒng)原理及組成

影響tan

在線測量精確度與穩(wěn)定性的主要因素有傳感器角差、電磁場干擾、諧波、測量回路及系統(tǒng)本身的精度及穩(wěn)定性，對tan

測量精度都有影響。

絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)主要由信號變送系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和處理診斷系統(tǒng)組成，如圖3-59所示。圖3-59絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)的組成在線監(jiān)測系統(tǒng)原理及組成牽引變電所在供電系統(tǒng)中位置非常重要，其絕緣在線監(jiān)測內(nèi)容包括：（1）主變壓器的絕緣油中溶解氣體分析；（2）主變壓器的局部放電量監(jiān)測及定位；（3）容性電氣設(shè)備的介質(zhì)損耗、電容電流、電容量的監(jiān)測；（4）避雷器泄漏電流的監(jiān)測；（5）瓷絕緣子的污穢泄漏電流的監(jiān)測；（6）少油開關(guān)絕緣拉桿泄漏電流的監(jiān)測；（7）系統(tǒng)母線電壓的監(jiān)測。03變壓器絕緣在線監(jiān)測內(nèi)容變壓器絕緣在線監(jiān)測內(nèi)容下面以主變壓器絕緣在線監(jiān)測為例，說明絕緣在線監(jiān)測的原理及過程。主變壓器絕緣其主要監(jiān)測的內(nèi)容包括：（1）絕緣油中溶解氣體在線監(jiān)測；（2）變壓器局部放電在線監(jiān)測；（3）變壓器鐵心接地電流監(jiān)測；（4）變壓器油中含水量在線監(jiān)測；（5）變壓器絕緣套管介質(zhì)損耗角正切在線監(jiān)測；（6）變壓器內(nèi)部溫升在線監(jiān)測。變壓器絕緣在線監(jiān)測內(nèi)容變壓器絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測模塊及實物圖如圖3-60、圖3-61所示。圖3-60變壓器絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測模塊變壓器絕緣在線監(jiān)測內(nèi)容絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)中，對主變壓器的監(jiān)測參數(shù)主要有介質(zhì)損耗、泄漏電流、等值電容、鐵心接地泄漏電流、絕緣油中的氣體。

泄漏電流是指在作用電壓下流過電氣絕緣體表面的電流。這里所指的污穢絕緣子泄漏電流是指在運行電壓下污層受潮時流過絕緣表面的電流。顯然，它是污穢程度、環(huán)境條件以及運行電壓三個主要因素的綜合反映和最終結(jié)果，稱為反映污穢絕緣表面污穢特性的動態(tài)參數(shù)。由于泄漏電流能較全面地反映絕緣污穢狀態(tài)，對泄漏電流的檢測和分析作為污穢絕緣在線監(jiān)測的一種方法近年來引起大量關(guān)注。這主要是因為絕緣泄漏電流和污穢沿面放電的發(fā)展過程密切相關(guān)，包含了豐富的信息，可以綜合反映污穢程度、受潮程度、絕緣子耐受電壓以及絕緣子形狀等因素的影響，而且便于連續(xù)在線監(jiān)測。同時絕緣子的泄漏電流變化也可以反映污穢的積累變化過程，所以對絕緣泄漏電流估算方法的研究對于判斷污穢絕緣子的運行狀態(tài)具有重要意義。變壓器絕緣在線監(jiān)測內(nèi)容圖3-61

變壓器絕緣在線監(jiān)測實物圖變壓器絕緣在線監(jiān)測內(nèi)容圖3-61變壓器絕緣在線監(jiān)測實物圖變壓器絕緣在線監(jiān)測內(nèi)容3.1變壓器絕緣的介質(zhì)損耗

變壓器絕緣的介質(zhì)損耗包括繞組絕緣介質(zhì)損耗和高壓套管的損耗，繞組絕緣體積大，絕緣油多，套管體積小，絕緣油少，所以套管的絕緣更容易受到外界的影響。因此，在線檢測套管的介質(zhì)損耗和運行中交流下的泄漏電流，更能反映變壓器的絕緣實時狀況。3.2變壓器泄漏電流

牽引變電所中高壓設(shè)備試驗參數(shù)中，泄漏電流是反映高壓電氣設(shè)備絕緣特性最靈敏的指標之一，在線監(jiān)測關(guān)鍵硬件是采用微電流傳感器。如圖3-62所示為零磁通高精度微電流傳感器。變壓器絕緣在線監(jiān)測內(nèi)容圖3-62零磁通高精度微電流傳感器變壓器絕緣在線監(jiān)測內(nèi)容

需要檢測的泄漏電流的對象主要有：（1）高壓套管泄漏電流，在套管末屏接地端提取信號。（2）斷路器絕緣拉桿處泄漏電流，在靠近電位端安裝傳感器。（3）避雷器工作電流及絕緣泄漏電流，在靠近電位端安裝傳感器。（4）各種絕緣子表面的泄漏電流，靠近地電位端安裝傳感器，判斷絕緣表面受潮易開裂狀況。3.3等值電容

變壓器的等值電容，特別是套管的等值電容反映了絕緣介質(zhì)的特性，能夠有效地說明設(shè)備受潮程度。3.4鐵心接地泄漏電流

鐵心接地泄漏電流反映了主變壓器的鐵心絕緣的狀況、變壓器高壓與低壓之間的電磁能轉(zhuǎn)換是否正常、渦流大小、鐵心溫度，泄漏電流可以監(jiān)測鐵心絕緣狀況。變壓器絕緣在線監(jiān)測內(nèi)容

絕緣油色譜分析是檢測變壓器早期故障成熟的方法，但由于在線監(jiān)測變壓器油色譜分析的專用傳感器價格相對來比較貴，所以工程上在線檢測以氫氣H2為主，當監(jiān)測的氫氣異常時再進行全面的絕緣油色譜分析，這樣能夠?qū)崿F(xiàn)在線監(jiān)測絕緣油中的氣體，也可降低工程造價。3.5絕緣油中的氣體

絕緣油中綜合氣體在線監(jiān)測設(shè)備的關(guān)鍵器件是氣體傳感器，將氣體傳感器安裝在油枕通道的瓦斯繼電器處，油中所溶解的氣體上升的過程中，經(jīng)過傳感器，傳感器中的氣敏元件根據(jù)不同的濃度輸出不同的電氣信號，從而檢出不同氣體的含量，判斷是過熱性故障還是放電性故障（電弧放電故障、火花放電故障、局部放電故障），如圖3-63所示。變壓器絕緣在線監(jiān)測內(nèi)容圖3-63變壓器智能集成在線監(jiān)測示意圖04避雷器在線監(jiān)測避雷器在線監(jiān)測4.1避雷器的檢測參數(shù)

主要以綜合泄漏電流和氧化鋅避雷器泄漏電流為主，綜合泄漏電流是衡量避雷器的絕緣優(yōu)劣狀況，氧化鋅避雷器泄漏電流包括監(jiān)測氧化鋅避雷器的全電流、阻性電流和容性電流。避雷器的絕緣劣化時，密封變壞，將導致綜合泄漏電流增大，嚴重時會引起避雷器爆炸，所以監(jiān)測綜合泄漏電流可以避免事故的發(fā)生。4.2在線監(jiān)測特性

在線監(jiān)測氧化鋅避雷器特性包括避雷器內(nèi)部電壓分布和泄漏電流。監(jiān)測避雷器內(nèi)部電壓分布意義在于，如電壓分布不均勻，部分閥片由于承受電壓過高而損壞，一般用光電測量法監(jiān)測避雷器各閥片間的電壓分布。避雷器在線監(jiān)測

監(jiān)測泄漏電流（尤其是阻性電路）的意義在于：閥片在長期工作電壓下老化，引起電阻特性變化，導致流過閥片的阻性電流增大；避雷器結(jié)構(gòu)不良或內(nèi)部受潮，閥片泄漏電流增加；泄漏電流中阻性電流急劇增加時，閥片溫度急劇上升導致熱崩潰，嚴重時發(fā)生避雷器爆炸事故。如圖3-64所示為氧化鋅避雷器在線監(jiān)測裝置。避雷器在線監(jiān)測圖3-64氧化鋅避雷器在線監(jiān)測裝置避雷器在線監(jiān)測

高壓電氣設(shè)備的在線檢測技術(shù)，彌補了傳統(tǒng)測量方法中出現(xiàn)的不足和缺陷，能夠及時反映高壓電氣設(shè)備運行中出現(xiàn)的問題，保證電網(wǎng)系統(tǒng)的正常運行，為電力系統(tǒng)的供應可靠性提供了強有力的保障。復習與思考1.