邹璟 方勇 王清波 张诣 路智欣 段永生
云南电网有限责任公司昆明供电局 云南省昆明市 650200
摘 要：为提高容性设备绝缘带电监测系统的应用效率，规范容性设备带电监测技术的可靠性应用和评估，本文对容性设备绝缘带电监测技术应用展开研究分析，从装备情况、有效性分析应中发现案例等多方面的评价，总结了容性设备在线监测系统目前的应用情况，为下一步容性设备带电监测技术的高效应用提出建议。
关键词：容性设备；带电监测；绝缘；应用研究
0引言
传统的电气设备绝缘检测主要是根据电气设备预防性试验规程的规定对电气设备进行定期的停电试验、检修和维护。由于这种检修和试验是定期进行，难以及时反映设备内部的故障隐患趋势，而且试验电压往往要低于运行电压，因此，其等效性相对较差，对某些缺陷反映不够灵敏。随着电力系统朝着高电压、大容量的方向发展，对电气设备运行状态进行带电监测十分必要，它可作为弥补定期预防性试验不足的有效手段。
为提升容性设备带电监测装置使用效果和运行可靠性，充分发挥和进一步推广监测装置的作用，保障主设备安全稳定运行，对昆明供电局容性设备带电监测技术应用进行阶段性评估和研究。
1安装应用情况统计
容性设备带电监测装置主要分为在线监测和带电测试单元两种类型，在线监测单元同时可以作为带电测试使用。主要安装监测对象为主变压器电容型套管、油浸式电压互感器和电流互感器。
目前昆明局使用的容性设备带电监测装置按厂家主要为北京圣泰和宁波理工两家分布如下图所示。从图中可以直观的看出，北京圣泰生产的SIM系列在线监测装置和RCD系列带电测试装置，针对宁波理工和北京圣泰两个厂家的不同型号的在线监测装置，其原理和结构基本上是一致的，区别在于两个厂家的末屏适配器在制造工艺和安装工艺有所不同。
图1厂家安装量分布图
2可靠性分析
2.1．装置质量分析
容性设备带电测试单元结构简单，安装方便，且安装技术难度不高，后期运行中无需任何维护，从其安装运行情况来看总体状况良好。
从2002年开始，陆续安装的第一批、第二批容性带电监测装置已运行10多年，从2014年开始成立的带电监测班开展带电监测情况看来，带电监测单元除部分由于密封不严有脏污情况，主要原因是运行时间久密封胶条老化，据统计，占比大约为第一、二批总量的6%，该类型装置在后期项目安装中已逐步更换；其余94%的带电监测装置目前密封良好可靠，均能开展相关带电监测数据的取样，且监测数据稳定。
通过项目新装的带电测试单元目前无装置故障报告，带电测试单元运行情况良好，无故障报告；在线监测装置故障报告2起，为在线监测数据异常（下文具体分析）。
2.2运行异常情况分析
针对目前全部在运行的两个厂家共计36套在线监测装置，宁波理工安装的21套，北京圣泰安装的15套。宁波理工的1套在线监测装置出现元件故障引起监测数据偏差，经过后期更换末屏适配器后恢复正常；北京圣泰1套装置数据异常，经检查硬件正常，数据异常原因为PT二次角差变化，已进行修正，数据恢复正常。其余的在线监测装置和带电测试装置均能正常运行，且未对主设备运行造成影响，故障情况统计如下。
表1故障情况统计表
针对上表中存在的两起在线监测装置带电监测的故障，均为监测数据异常，未对主设备安全运行状态造成影响。目前宁波理工设备安装运行总量占目前装置总量的1.05%，其余占比最大的北京圣泰的装置运行安全稳定，带电监测数据的稳定和可靠性良好。
3.安装验收和应用情况分析
3.1安装验收工艺
针对目前安装在用带电测试单元全部为北京圣泰容性设备带电监测单元，部分主变套管绝缘在线监测装置则包括宁波理工和北京圣泰两个厂家，从装置采购、安装流程、安装工艺和作业流程都严格把关，特别针对设备安装验收环节，为全面规范昆明供电局电容型设备带电监测取样装置管理，准确检测、评估取样装置的性能，规范做好取样装置的安装、验收及维护工作，提高其运行可靠性，昆明局生产技术部特编制《昆明供电局电容型设备带电监测取样装置安装、验收及维护规范业务指引》。
3.2装置结构原理
我局目前在用的电容型设备带电监测取样装置，一般由末屏适配器、防断线保护器、末屏引下电缆和测试端子箱等部分组成，如下图所示。末屏适配器主要用于将套管末屏信号引出，以便连接末屏引下电缆，其自身具备防断线保护功能；防断线保护器安装在互感器二次接线盒及测试端子箱内部，用于防止因末屏引下电缆断线而导致的末屏失地；末屏引下电缆用于将末屏引至测试端子箱并接地；测试端子箱用于提供获取测试所需的电流信号接口，并具备防开路保护功能，因此双重保护让主设备有运行风险降到最低，正确安装验收通过的监测装置不会影响主设备正常运行。
图2 电容型设备带电监测取样装置结构图
针对电容型套管、电流互感器及不带结合滤波器的电压互感器，从其末屏端引线（套管末屏须采用专用的末屏适配器引出），并就近安装防断线保护器，通过末屏引下电缆分别将末屏和地接至测试端子箱内的信号端上，见图2(a)及图2(b)。
针对带有结合滤波器的电压互感器或耦合电容器，为了不影响载波信号，采用穿芯式电流传感器将信号引至测试端子箱内的信号端上, 见下图2（c）。
图3 电容型设备带电监测取样装置原理图
3.3 测试原理及测试法分析对比
3.3.1测试流程
容性设备带电测试技术，在不停电的情况下，通过带电测试单元和接取对应的电压信号从而侧取相关设备的电容量和介质损耗数据，简单方便，快捷可靠。非测量状态时刀闸闭合，短接片接通，保持设备末屏接地状态不变；进行介质损耗因数和电容量测试时，先将测试仪接的测试电缆接到测试端上，然后将短接片和刀闸打开，进行测量；测量结束后，须先短接片和刀闸闭合方可拆除测试电缆。从测试角度看，测试过程有严格的防止末屏悬浮的措施，不会影响主设备正常运行状态。
3.3.2测试法分析对比
通过装置可实现电容量和介质损耗的带电测试，测试方法分绝对测量法和相对测量法。绝对测量法以被测设备所在母线的二次电压作为参考进行测量，得出介质损耗及电容量；相对测量法以与被测设备处于同一运行电压下的其他同类型设备作为参考，得出两者的介损差值和电容量比值。
图4 电容量监测法量原理图
绝对测量法的基准信号选择二次侧的电压信号。相对测量法取消了二次侧电压基准信号，主要是采用同相比较法，采用两台同相互感器的末屏电流进行比对分析。两台中的一台作为基准设备使用，另一台则为被测设备，可以计算两台设备的电容量的比值。
一般实施带电监测时，通常采用绝对测量法，然后再通过相对比较法（例如比较2只或2组设备监测数据曲线的变化趋势，或者求取差值得到其相对结果）进行分析判断。无论是绝对测量法还是相对测量法，最根本的目的是求得某2台设备的相对结果，以便排除外界干扰影响。例如，PT自身误差和环境温湿度，对2台同类型、同母线设备的影响程度基本相同，通过相对比较可抵消其影响，故可提高分析诊断结果的可靠性。
现场测量时建议优先考虑使用相对测量法，其优点如下：
（1）参考设备和被测设备处于相同运行环境，可避免环境温湿度造成的影响；
（2）不需要使用PT电压，避免了PT角差、PT二次负载变化造成的影响；
（3）采用同相设备作为参考，可消除相间干扰所造成的影响；
但由于变电站设备批次和型号都不尽相同，因此相对法开展有一定的局限性，作为备选测试方法结合绝对测试法综合应用。
4应用典型成案例
典型案例，220kV某变电站带电监测系统监测到101断路器电流互感器介质损耗监测数据呈明显的上升趋势（由0.3%增长到0.7%），带电监测介质损耗数据增长加快，增长为1.3%。进行了停电试验验证，结果如下：
表2 试验数据分析
1）对更换下来的电流互感器进行解体，发现金属膨胀器已经变形，在U形部位的低部绝缘皱纹纸及铝箔上有明显的放电痕迹。
2）2013年4月果林变SIM-1带电监测发现，220kV果甫线电流互感器C相介质损耗相对2012年带电监测数据增长了5倍，进行了高电压介损试验验证，如下所示：
表3 带电监测数据分析
3）从曲线3可以看出，该设备已经处于绝缘劣化，带电监测数据和停电数据相一致，由此可以看出，容性设备带电监测技术能有效便捷的在不停电情况下获取相关判断绝缘状态的数据，对一次设备状态全生命周期管理是行之有效的。
5技术拓展应用
1）容性设备带电监测单元安装后，引下的末屏电流数据可以非常好的研究一次设备内部局放，因此率先通过应用欧米克兰的局放设备，通过检测末屏引出电流研究一次设备内部局部放电，并在昆明局110kV武家庄变电站实现应用。
2）通过套管末屏的预装接口对套管与变压器内部局放进行带电检测，结合安装的容性设备带电监测单元测局放的测量接线如下：
图5 容性设备带电监测单元测局放接线图
为了实现对套管电容与介损因数的带电测量，许多变压器的套管都预装了末屏的引下接口，并设置了接口盒，放置在变压器旁边的地面上。各相套管的末屏引下线各以一黑一红成对的方式引入接口盒，首先经过一副压板，然后经过可插接测试插口，再接入小刀闸。
在非测量的正常运行状态下，压板和小刀闸都处于闭合位置，使套管末屏引线呈短路状态。在测量时，只需把平时进行套管电容与介损因数测量的测量插头接入容损测量装置或者脉冲电流法局放测量装置的检测阻抗，并打开短路压板和短路小刀闸，使末屏引出线经过容损测量仪器或者脉冲电流法局放测量装置的检测阻抗形成回路，即可完成容损带电测量或者局放带电测量。
6结论
6.1安装的监测装置对主设备安全运行无影响
针对带电监测取样装置本身，为确保装置本身不会对主设备和二次保护可靠运行造成影响，防止由于测量引线损坏（开路）或误操作等意外原因导致的设备末屏开路，带电监测箱内设置了防断线保护器，在设备正常运行或正常测试状态时，保护不起作用；当末屏对地开路时，电流通过导通二极管与地构成回路，保证了设备的安全运行。
6.2容性设备带电监测技术在有效推进
针对目前安装在用的北京圣泰容性设备带电监测单元，为全面规范昆明供电局电容型设备带电监测取样装置管理，准确检测、评估取样装置的性能，规范做好取样装置的安装、验收及维护工作，提高其运行可靠性，昆明局生产技术部特编制《昆明供电局电容型设备带电监测取样装置安装、验收及维护规范业务指引》，该指引在实际运用过程对安装验收工作实现了有效可靠管控。
尽管通过近四年多开展的容性设备带电监测情况来看，带电监测过程中尽管存在一些设备误差、测试环境干扰等引起的数据偏差问题，但针对一次设备介质损耗和电容量等数据的获取，带电监测依然是直接有效且便捷的方式，在不停电的状态下，可以通过相对测量和绝对测量法两种方式对容性设备的绝缘性能做出判断，且带电监测的电容量从测试积累数据来看，和停电预试的数据所差无几，测试准确率接近99%，加强测试设备的管理维护，进一步探寻测试方法和标准。
发现跟踪的异常数据达数10起以上，因此容性设备带电监测技术对电网安全运行可行有效，建议加大容性设备带电监测单元的安装，并继续提高该技术的研究应用水平，以全面便捷有效的实现容性设备的状态管控。
参考文献
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