CN101944719B - 一种电容性套管检测系统及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电容性套管的检测系统，包括套管、告警模块和向断路器发出跳闸信号的输出单元，还包括检测套管内电场和电流变化的电压和电流检测电路，所述电压和电流检测电路将检测到的电压和电流送入监测与保护处理模块处理；所述监测与保护处理模块利用检测到的电压和电流的变化值来判断套管是否产生故障；所述电压和电流检测电路输入端连接套管的末屏，输出端连接监测与保护处理模块，所述监测与保护处理模块输出端连接告警模块和断路器。采用本发明可实现对套管状态进行监测，并对电容性电力设备提供可靠的保护。

Description

一种电容性套管检测系统及其检测方法

技术领域

本发明涉及电工学电力系统输变电领域，尤其涉及的是一种电容性套管的状态检测方法及系统。

背景技术

变压器是电力系统变电站中广泛使用的核心设备。变压器内部绕组要通过高压套管才能联接到其它高电压设备。高压套管的结构请参见图1，套管1包括高电压大电流导电杆10，瓷瓶13，导电杆10与瓷瓶13之间的电容层11，电容层的末屏12和末屏接地端子。电容层11采用铝箔和电绝缘纸介质以圆筒状交替卷制，主要作用是使导电杆10与瓷瓶13之间的电场均匀分布，以获取所要求的电位梯度。最外一层铝箔称为末屏。导电杆10对末屏呈现电容的性质，该电容量C₀（又称套管电容）一般在600～1300pF。运行中末屏需要可靠接地。因此，高压套管一般都是电容性的。高压电流互感器的结构与变压器套管的结构类似，其高压导电部分与地电位之间也是通过电容层来均匀分部内部场强，防止局部场强过大击穿损坏设备。

以套管为例，套管事故是变压器事故的常见类型，统计称占变压器事故总数的40%。套管事故主要是套管电容层由于绝缘老化、电场畸变等导致的纸质绝缘击穿引起。电容铝箔和绝缘纸在卷制过程中可能产生皱折，运行过程中可能产生层与层之间的滑动错位等，这些因素都将导致套管内部的电场畸变，造成电容层局部击穿，继而贯穿放电引起爆炸起火等，其发展速度极快。变压器目前本体保护中的差动保护、过流保护装置等基本是在套管完全击穿后才启动，相对于套管故障其保护速度过慢，最终使变压器严重受损。

运行中的变压器要求对套管的电容量C₀和介质损耗角tgδ定期进行试验检测。如果套管的电容量或介质损耗角增大，则说明套管的电容层可能出现了局部击穿，需要注意。在确认套管故障的条件下要更换套管。按照预防性试验规程（DL/T 596-1996,《电力设备预防性试验规程》），在检测试验中发现电容型套管的电容值变化达到出厂值或者上一次试验值5％时，或者tgδ变化超过0.3%时，就应该引起足够的重视。但是预防性试验不能彻底杜绝套管击穿的事故，主要是电容层的电压击穿大部分是在两个试验周期之间快速发展。

近年来快速发展了套管在线绝缘监测技术，通过监测套管末屏接地引线中的电流，来推算套管的电容量变化和介损变化，起到预警作用。但是，由于监测套管末屏电流的电流互感器在小电流下的角度误差大，导致测量的介质损耗角tgδ比实际的大，可能引起误判断。因此，这种方式下一般不将其做为保护跳闸信号，而是将介质损耗的变化情况做为套管是否完好的状态监测信号。

因此，电力生产的实际过程中，迫切需要一种能够准确快速检测套管故障，并迅速报警，严重时立即跳闸的保护监测装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电容性套管的状态检测方法和检测系统，旨在解决现有的套管电容层由于绝缘老化、电场畸变等导致的绝缘击穿引起的套管事故；另外，解决目前变压器本体保护（如差动保护、过流保护）速度过慢，不能对套管故障提供快速保护，最终使变压器严重受损的问题。

本发明的技术方案如下：一种电容性套管检测系统，包括套管、告警模块和断路器，所述套管包括导电杆、电容层和瓷瓶，所述系统还包括：

同时检测套管内电容层电场和电流变化的电压和电流检测电路，所述电压和电流检测电路包括检测电压的第一电容C₁和检测电流的小电流互感器，所述的第一电容C₁与小电流互感器串联；所述电压和电流检测电路串联在套管末屏与接地点之间，即将所述的第一电容C₁一端连接套管的末屏，所述小电流互感器一端接地；所述电压和电流检测电路将检测到的电压和电流送入监测与保护处理模块处理；

所述监测与保护处理模块，利用检测到的电压和电流的变化值来判断套管是否出现故障；所述监测与保护处理模块输出端连接告警模块和断路器。

所述的一种电容性套管检测系统，其中，所述电压和电流检测电路还包括一放电间隙，所述放电间隙并联在第一电容和小电流互感器串联支路的两端，放电间隙的放电起始电压值低于第一电容的耐压水平。

一种电容性套管检测系统，包括套管、告警模块和断路器，所述套管包括导电杆、电容层和瓷瓶，所述系统还包括：

同时检测套管内电容层电场和电流变化的电压和电流检测电路，所述电压和电流检测电路包括套管的电压抽头、小电流互感器和光电隔离器，所述电压抽头从套管的电容层中引出；所述小电流互感器一端连接电容层末屏，另一端接地；所述光电隔离器并联在套管电压抽头与小电流互感器另一端之间;所述电压和电流检测电路将检测到的电压和电流送入监测与保护处理模块处理；

所述监测与保护处理模块，利用检测到的电压和电流的变化值来判断套管是否出现故障；所述监测与保护处理模块输出端连接告警模块和断路器。

所述的一种电容性套管检测系统，其中，所述电压和电流检测电路还包括一避雷器或一压敏电阻，所述避雷器或压敏电阻并联在第一电容和小电流互感器串联支路的两端。

所述的一种电容性套管检测系统，其中，所述电压和电流检测电路还包括一光电隔离器，所述光电隔离器并联在第一电容的两端。

所述的一种电容性套管检测系统，其中，所述第一电容为一微法级电容，所述第一电容C₁的选择公式为：

$C_1=(\frac{U_0}{U_1}-1)C_0$

其中，U₀为导电杆电压值，C₀为套管出厂时的初始电容值，U₁为C₁两端测量电压值，所述测量电压值U₁最好选择等于系统母线电压互感器的二次电压值U_S。

所述的一种电容性套管检测系统，其中，所述第一电容的耐压水平高于2千伏特。

所述的一种电容性套管检测系统，其中，所述电压和电流检测电路包括套管的电压抽头、小电流互感器和光电隔离器，所述电压抽头从套管的电容层中引出；所述小电流互感器一端连接电容层末屏，另一端接地；所述光电隔离器并联在套管电压抽头与小电流互感器的另一端。

一种电容性套管检测方法，其中，所述方法通过检测第一电容C₁两端的测量电压U₁和套管末屏测量电流I_C来监测套管电容层的电场变化；其具体步骤为：

通过第一电容C₁获取其两端的测量电压U₁和通过小电流互感器获取套管末屏的测量电流I_C；

通过修正系数k_U将测量电压U₁修正为U_X：U_x=k_U×U₁;其中系数k_U的整定按照套管正常时的测量电压U₁和同一时刻的系统母线电压互感器的二次电压U_S来确定：

k_U=U_S/U₁

同时利用母线电压互感器的变比k_S及其二次电压U_S，并结合套管电容的出厂值C₀和第一电容的安装值（初始值）C₁，计算出套管完好状态下的基准电流I_C0，其计算公式为：

设定套管检测系统发出告警或跳闸信号的四个整定值A₁、A₂、A₃、A₄，其中，A₁>A₂>1>A₃>A₄；

若U_X/U_S≥A₁，且(或)I_C/I_C0≥A₁，则跳闸；若U_x/U_S≥A₂，且(或)I_C/I_C0≥A₂，则告警；若U_x/U_S≤A₃，且(或)I_C/I_C0≤A₃，则告警；若U_x/U_S≤A₄，且(或)I_C/I_C0≤A₄，则跳闸。

所述的电容性套管检测方法，其中，所述方法还包括：

利用第一电容两端的测量电压和套管末屏测量电流推算出测量导纳或阻抗值与第一电容的初始导纳或阻抗值的比值是否是在相对误差整定值范围内，来判断第一电容是否正常；并利用计算测量电压变化百分比与套管末屏测量电流变化百分比这二者的比值是否是在相对误差整定值范围内，来判断电容性套管检测系统本身是否正常。

本发明的有益效果：本发明通过在末屏接地引线上串联一个第一电容和一个检测末屏电流的小电流互感器，并通过一个监测与保护处理模块来监测第一电容两端的电压值和套管末屏的接地电流值，从而实现对套管状态的监测，进行对容性电力设备提供可靠的保护。

附图说明

图1是现有的套管的结构原理图；

图2是一种电容性套管的检测系统的原理框图；

图3是本发明实施例一提供的套管的电流和电压监测电路示意图；

图4是对图3的电路原理图的简化等效电路示意图；

图5是本发明实施例一提供的监测与保护处理模块的工作原理框图；

图6是本发明实施例二提供的套管的电流和电压监测电路示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。

如图1所示，套管1包括高电压大电流导电杆10、瓷瓶13，导电杆与瓷瓶之间还设置有电容层11，电容层的末屏12上设置有接地端子。套管1发生事故后不但本身受损，其爆炸起火还将会烧坏变压器本体，同时瓷瓶13爆炸后还可能会击穿其它的变电设备，如断路器等。因此，需要找到一种能够快速检测套管故障，并同时能够快速在套管完全击穿爆炸前发出告警甚至跳闸信号的保护方法。该方法能够有效避免套管故障继而爆炸发生，最大限度地保护变电站设备的安全，减少变压器的检修成本和检修时间。

套管1的导电杆10对末屏12呈现电容的性质，运行中的电压几乎全部加在该等效电容上。套管1发生击穿事故时，其发展过程也是由其中的某两层锡箔之间的介质层首先出现击穿，然后逐渐发展到贯穿式击穿并引起爆炸和起火燃烧。该击穿过程一开始发展较为缓慢，等发展到某一极限电场值后则迅速击穿。因此，通过检测运行中套管电容量的变化，可以快速准确地判断套管是否出现故障。

基于上述思路，本发明提供一种电容性套管的检测系统，参见图2，包括监测对象套管、监测系统的告警模块和启动断路器的跳闸回路，还包括：检测套管内电场和电流变化的电压和电流综合检测电路，所述电压和电流综合检测电路将检测到的电压和电流送入监测与保护处理模块处理；所述监测与保护处理模块利用检测到的电压或/和电流的变化值来判断套管是否产生故障；然后控制告警模块是否发出告警或控制断路器是否跳闸。所述电压和电流检测电路输入端连接套管末屏与接地点之间，输出端连接监测与保护处理模块，所述监测与保护处理模块输出连接告警模块和断路器。

本发明实施例一提供的所述电压和电流检测电路2，如图3所示，在套管的末屏12与接地点之间串联一个测量用的微法级的第一电容C1，同时在末屏接地引线上串联一个小电流互感器17。

第一电容C₁电容量的选取原则是：在套管完好条件下，测量第一电容两端电压U₁的电压范围在5V～100V之间。一般选取U₁的电压值等于母线电压互感器的二次电压U_S。第一电容C₁的选择公式为：

$C_1=(\frac{U_0}{U_S}-1)C_0...\left(1\right)$

其中，U₀为导电杆电压值，C₀为套管出厂时的套管初始电容值。

第一电容C₁的耐压水平应足够高，主要是防止运行中套管一旦出现局部击穿事故，使得电容C₁也随之击穿；或者运行当中C₁部分击穿后使测量电压U₁不能反映真实情况。建议C₁的设计场强应该低于套管C₀的设计场强。根据国家标准GB/T 4109-2008《交流电压高于1000V的绝缘套管》的技术规范，套管末屏接地抽头对地的电压的耐受值不得低于2千伏特，因此，第一电容C₁的额定耐压水平至少应高于2千伏特。

本实施中，还在第一电容C₁和小电流互感器串联支路两端并联一个放电间隙14，放电间隙14的放电起始电压值应该低于C₁的耐压水平，使套管受到重度击穿放电时的大电流不至于损坏第一电容C₁。

在第一电容C₁和小电流互感器串联支路两端还并联一个避雷器15或压敏电阻，避雷器15的放电电压应该低于第一电容C₁的额定电压，持续运行电压应该按照系统最高电压下U₁的测量值选择，防止系统过电压损坏第一电容C₁。

第一电容C₁的电压输出信号需要经过光电隔离变换，因此，在第一电容C₁的两端还并联设置有一个光电隔离器16，通过光电隔离后的电压信号送到检测与保护处理模块，用于防止套管严重击穿后测量电压U₁的电压值过高并传递到二次屏柜，保护人身和二次屏柜的安全。

图3中电压和电流检测电路2的综合介质损耗角应该接近套管末屏的介质损耗角，以防止检测回路与末屏电容的阻抗角不一致导致瞬态电压的折射和反射，给测量精度带来误差。

第一电容C₁还可以为现场准确测量谐波电压提供方便。现有的电磁式电压互感器在高频下由于匝间电容的影响，幅频特性不能满足要求；而近年大量使用的电容式电压互感器更是不能用于谐波测量。

应用图3所示的套管电流和电压的检测电路，实现套管保护的原理如下：

首先将图3的一次电路简化，得到图4的简化原理图。

套管的电容层等效为一个电容器，称为套管电容C₀，电路等效为在导电杆电压U₀和地之间串联两个电容和一个小电流互感器；并在第一电容C₁两端引出两个检测引脚。

通过检测第一电容C₁上的电压U₁。并与系统电压U_S（母线电压互感器的二次电压）比较，就可以推断末屏电容C₀的变化。

正常情况下导电杆上的一次电压U₀与第一电容C₁上的测量电压U₁之间的关系为:

${\stackrel{\·}{U}}_1=\frac{C_0}{C_0+C_1}{\stackrel{\·}{U}}_0={\stackrel{\·}{U}}_S...\left(2\right)$

或者

${\stackrel{\·}{U}}_0=\frac{C_0+C_1}{C_0}{\stackrel{\·}{U}}_1...\left(3\right)$

如果套管电容C₀和第一电容C₁保持不变，则可以通过（3）式由测量电压U₁推算到导杆的电压U₀等于系统实际电压。

正常条件下套管末屏的接地电流为：

${\stackrel{\·}{I}}_C=\mathrm{j\ω}\frac{C_0{C}_1}{C_0+C_1}{\stackrel{\·}{U}}_0...\left(4\right)$

各种条件下测量电流I_C与测量电压U₁之间的比值即测量导纳为：

$\frac{{\stackrel{\·}{I}}_C}{{\stackrel{\·}{U}}_1}=\mathrm{j\ω}\frac{C_0{C}_1}{C_0+C_1}{\stackrel{\·}{U}}_0/\frac{C_0}{C_0+C_1}{\stackrel{\·}{U}}_0=\mathrm{j\ω}{C}_1...\left(5\right)$

即测量到的第一电容C₁两端的电压U₁和末屏接地电流I_C满足其阻抗（导纳）比例关系。

如果第一电容C₁出现故障变化为

则两者之间的关系变化为

因此可以将测量导纳Y_C1M＝I_C/U₁是否等于ωC₁作为判断C₁故障的依据。

如果套管电容层发生局部击穿，将使得套管电容C₀的电容值增大，在导杆（系统）一次侧电压U₀维持不变的条件下，将使得测量电压U₁增大。极端情况下，如果套管末屏发生贯穿式击穿，则末屏电容C₀此时的值接近于导杆电压值。因此，通过监测电压U₁，可监测到套管电容量的变化。

假设套管局部击穿后末屏电容的电容值变为测量到第一电容C₁上的电压为

则此时推算到导电杆的电压为

${\stackrel{\·}{U}}_0^{\′}=\frac{C_0+C_1}{C_0}{\stackrel{\·}{U}}_1^{\′}=\frac{C_0+C_1}{C_0}\·\frac{C_0^{\′}}{C_0^{\′}+C_1}{\stackrel{\·}{U}}_0...\left(6\right)$

由于C₀<<C₁，即套管电容C₀远小于第一电容C₁。且在套管电容局部击穿的初期也满足此式。因此（6）式可以简化为：

${\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_0^{\&prime;}=\frac{C_0+C_1}{C_0}{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_1^{\&prime;}=\frac{C_0+C_1}{C_0}\&CenterDot;\frac{C_0^{\&prime;}}{C_0^{\&prime;}+C_1}{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_0\&ap;\frac{C_0^{\&prime;}}{C_0}{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_0>{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_0...\left(7\right)$

即套管局部击穿后，通过测量U₁可以推算到的导杆电压

大于实际的系统电压U₀。

为此，将套管正常时的电压U₁和电流I_C作为基准电压和基准电流。将实际测量电压和测量电流与基准电压和电流进行比较，判断套管的状态。

套管局部击穿，套管电容由C₀变为

后，第一电容C₁上的测量电压U′₁与C₀不变条件下推算的电压（基准电压）U₁之比为：

$A_U={\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_1^{\&prime;}/{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_1=\frac{C_0^{\&prime;}}{C_0^{\&prime;}+C_1}{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_0/\frac{C_0}{C_0+C_1}{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_0=\frac{C_0+C_1}{C_0^{\&prime;}+C_1}\&CenterDot;\frac{C_0^{\&prime;}}{C_0}...\left(8\right)$

与此同时，末屏接地引线中串联的小电流互感器测量到的电流I′_C与C₀不变条件下的基准电流I_C之比为：

$A_I={\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_C^{\&prime;}/{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_C=\mathrm{j\&omega;}\frac{C_0^{\&prime;}{C}_1}{C_0^{\&prime;}+C_1}{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_0/\mathrm{j\&omega;}\frac{C_0{C}_1}{C_0+C_1}{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_0=\frac{C_0+C_1}{C_0^{\&prime;}+C_1}\&CenterDot;\frac{C_0^{\&prime;}}{C_0}...\left(9\right)$

因此，只要监测到电流和电压相对于基准值均以同样的比例变化，即A_U/A_I是等于1，就说明检测回路自身状况正常。即可以根据检测到的A_U/A_I是否在1附近来判断检测保护系统本身是否存在问题。

在套管电容C₀和第一电容C₁同时变化为C′₀和C′₁的条件下，（8）和（9）式就变成为：

$A_U={\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_1^{\&prime;}/{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_1=\frac{C_0^{\&prime;}}{C_0^{\&prime;}+C_1^{\&prime;}}{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_0/\frac{C_0}{C_0+C_1}{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_0=\frac{C_0+C_1}{C_0^{\&prime;}+C_1^{\&prime;}}\&CenterDot;\frac{C_0^{\&prime;}}{C_0}...\left(10\right)$

$A_I={\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_C^{\&prime;}/{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_C=\mathrm{\&omega;}\frac{C_0^{\&prime;}{C}_1^{\&prime;}}{C_0^{\&prime;}+C_1^{\&prime;}}{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_0/\mathrm{\&omega;}\frac{C_0{C}_1}{C_0+C_1}{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_0=\frac{C_0+C_1}{C_0^{\&prime;}+C_1^{\&prime;}}\&CenterDot;\frac{C_0^{\&prime;}}{C_0}\&CenterDot;\frac{C_1^{\&prime;}}{C_1}...\left(11\right)$

假设

且则（10）式的A_U将保持不变。但是（11）式中的A_I=1+δ%，此时可以利用电流的变化率来作为套管故障的判断依据。

根据上述的计算，可以通过检测套管末屏电流I_C和第一电容C₁两端的电压U₁来构成完善的保护方式：即通过小电流互感器的电流大小及其变化率，结合第一电容两端的电压大小及其变化率，综合判断套管的运行状态。

依据上述原理，对电力设备实现保护和监测的方法如下：

（1）通过测量电压U₁和测量电流I_C，可监测到套管电容层的变化。

a).如果测量电流I_C或/和测量电压U₁增加，其增加量相对于基准值超出某一百分比数值时，发出告警信号；在进一步增加到更高的百分比数值时，则发出跳闸信号。

b).如果测量电流I_C或/和测量电压U₁减小，其减小量相对于基准值小于某一百分比值时，发出告警信号；在进一步减小到某一更低的百分比数值时，发出跳闸信号。

（2）利用测量电压U₁和测量电流I_C推算出测量导纳或阻抗值与检测系统的初始导纳或阻抗值的比值是否是在相对误差整定值范围内，来判断第一电容是否正常，即第一电容量C₁是否正常。

（3）利用计算测量电压变化百分比与测量电流变化百分比这二者的比值是否是在相对误差整定值范围内，即根据检测到的A_U/A_I是否在1附近，可以判断检测系统是否正常。

图5是本发明实施例一提供的监测与保护处理模块的工作原理图，由于系统电压的变化将导致测量电压U₁和测量电流I_C出现波动。为此，需要动态跟踪系统电压U₀来修正U₁和I_C的基准值计算结果并将实际测量值与基准值进行比较。系统电压（导电杆电压）U₀可以通过母线电压互感器的二次回路测量值U_s计算得到：实际运行中母线的电压互感器存在变比k_s，因此导电杆的电压U₀=k_SU_S。作为成套保护装置，第一电容C₁的出厂值是固定的，而各套管末屏的电容值C₀不完全相同，需要对测量电压U₁进行修正，为此引入修正系数k_U，使套管正常时修正后的测量电压U_x＝k_UU₁与母线电压互感器二次值U_s相等，即正常时U_x＝k_UU₁＝U_S。

本实施例中设置有4个保护的整定值：跳闸值A₁、告警值A₂、告警值A₃、跳闸值A₄。这4个整定值需满足A₁>A₂>1>A₃>A₄的关系。A₁～A₄整定值的具体取值可以根据具体的条件进行确定。根据预防性试验规程，可以将A₁设置为1.15，将A₂设置为1.05，A₃设置为0.95，A₄设置为0.85。

将修正后的测量电压U_x＝k_UU₁与母线电压互感器的二次侧测量电压（基准电压）Us进行比较，计算出A_U＝U_x/U_S。

根据母线电压测量值U_S、套管出厂时的电容C₀和串联第一电容C₁，计算套管的基准电流值

$I_{C0}=\mathrm{\&omega;}\frac{C_0{C}_1}{C_0+C_1}{U}_0=\mathrm{\&omega;}\frac{C_0{C}_1}{C_0+C_1}{k}_s{U}_s...\left(12\right)$

将实际测量电流I_C与基准电流I_C0进行比较，计算出A_I＝I_C/I_C0。

计算出测量电流I_C与测量电压U₁的比值Y_C1m＝I_C/U₁（或Z_C1m＝U₁/I_C），作为第一电容C₁的测量导纳（或阻抗）。

计算测量导纳（或阻抗）与第一电容初始导纳（或阻抗）的比值A_Y＝Y_C1m/ωC₁（或A_Z＝Z_C1m·ωC₁）。在串联第一电容C₁正常的条件下，A_Y（或A_Z）应该满足|A_Y-1|≤ξ₁（ξ₁为测量导纳的允许相对误差整定值），将此作为判断C₁正常与否的条件；并在A_Y不满足|A_Y-1|≤ξ₁时作为保护的告警或者跳闸的条件。

如果A_U≥A₁，或（且）A_I≥A₁，说明套管的电容绝缘介质已经严重击穿，发出跳闸信号。

如果A_U≥A₂，或（且）A_I≥A₂，说明套管的电容绝缘介质已经部分击穿，发出告警信号；

如果A_U≤A₃，说明第一电容C₁部分击穿，发出告警信号；如果A_I≤A₃，说明检测系统与末屏之间的接触不良，通过告警的方式提醒注意。

如果A_U≤A₄，说明第一电容C₁严重击穿，通过跳闸保护套管可能出现的故障；如果A_I≤A₄，说明检测电路与末屏的接触可能脱落，通过跳闸的方式防止末屏对地放电导致套管损坏。

如果|A_U/A_I-1|≤ξ₂,（ξ₂是检测装置的允许误差），说明检测装置正常，如果|A_U/A_I-1|≥ξ₂,则说明第一电容C₁或者检测装置本身出现问题，发出告警信号，通知相关人员进行检查。

由于套管从轻度击穿到严重击穿的时间过程将持续数个周波乃至数秒，在检测装置正常的条件下监测到C₀变化为A₂C₀之际，通过本监测保护装置可以发出告警，并在监测到C₀变化为A₁C₀之际快速跳闸，可以有效地防止套管事故爆炸导致的变压器本体严重烧损的情况发生。

参见图6，本发明实施例二提供另外一种电流和电压监测电路结构：套管在制造过程中在电容层引出一个电压抽头51，电容层末屏通过小电流互感器17接地，在所述小电流互感器17和电压抽头51之间还并联设置一光电隔离器16。设导电杆10与电压抽头51之间的电容量为C₀，电压抽头51与末屏12之间的电容量为C₁。此条件下可以直接利用所述电压抽头51提取电压信号U₁，在检测回路中通过光电隔离器16防止过电压对二次装置和人身造成危害。其保护和监测原理与实施例一中的保护和监测原理相似，此条件下只能用|A_U/A_I-1|≤ξ₂（ξ₂为相对误差整定值）来判断装置的二次检测回路是否出现故障。并可以通过测量电流I_C和测量电压U₁计算的导纳是否在ωC₁来判断套管的C₁部分是否出现故障。

本检测与保护系统要求对现有的套管末屏接地装置进行改造，比较好的方式是针对不同的套管设计合适的接线适配器。长远考虑，套管制造厂家应该从设计和制造上改变末屏接地的结构，使之能够安全方便地接入套管在线监测和保护装置；或者在套管制造的相关标准中对末屏接地装置加以规范，建议对《GB/T 5273-1985变压器、高压电器和套管的接线端子》进行修改，增加对套管末屏试验端子的规范。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种电容性套管检测系统，包括套管、告警模块和断路器，所述套管包括导电杆、电容层和瓷瓶，其特征在于，所述系统还包括：

同时检测套管内电容层电场和电流变化的电压和电流检测电路，所述电压和电流检测电路包括检测电压的第一电容C₁和检测电流的小电流互感器，所述的第一电容C₁与小电流互感器串联；所述电压和电流检测电路串联在套管末屏与接地点之间，即将所述的第一电容C₁一端连接套管的末屏，所述小电流互感器一端接地；所述电压和电流检测电路将检测到的电压和电流送入监测与保护处理模块处理；

所述监测与保护处理模块，利用检测到的电压和电流的变化值来判断套管是否出现故障；所述监测与保护处理模块输出端连接告警模块和断路器。

2.根据权利要求1所述的一种电容性套管检测系统，其特征在于，所述电压和电流检测电路还包括一光电隔离器，所述光电隔离器并联在第一电容C₁的两端。

3.一种电容性套管检测系统，包括套管、告警模块和断路器，所述套管包括导电杆、电容层和瓷瓶，其特征在于，所述系统还包括：

同时检测套管内电容层电场和电流变化的电压和电流检测电路，所述电压和电流检测电路包括套管的电压抽头、小电流互感器和光电隔离器，所述电压抽头从套管的电容层中引出；所述小电流互感器一端连接电容层末屏，另一端接地；所述光电隔离器并联在套管电压抽头与小电流互感器另一端之间;所述电压和电流检测电路将检测到的电压和电流送入监测与保护处理模块处理；

所述监测与保护处理模块，利用检测到的电压和电流的变化值来判断套管是否出现故障；所述监测与保护处理模块输出端连接告警模块和断路器。

4.一种用于权利要求1所述检测系统的电容性套管检测方法，其特征在于，通过检测第一电容C₁两端的测量电压U₁和套管末屏测量电流I_C来检测套管电容层的电场变化；其具体步骤为：

通过第一电容C₁获取其两端的测量电压U₁和通过小电流互感器获取套管末屏的测量电流I_C；

通过修正系数k_U将测量电压U₁修正为U_X：U_x=k_U×U₁；其中修正系数k_U的整定按照套管正常时的测量电压U₁和同一时刻的系统母线电压互感器的二次电压U_S来确定：

k_U=U_S/U₁

同时利用母线电压互感器的变比k_S及其二次电压U_S，并结合套管电容的出厂值C₀和第一电容C₁的安装值，计算出套管完好状态下的基准电流I_C0，其计算公式为： $I_{C0}=\mathrm{\&omega;}\frac{C_0{C}_1}{C_0+C_1}\&CenterDot;k_s{U}_s;$

设定电容性套管检测系统发出告警或跳闸信号的四个整定值A₁、A₂、A₃、A₄，其中，A₁>A₂>1>A₃>A₄；

若U_x/U_S≥A₁，或I_C/I_C0≥A₁，则跳闸；U_x/U_S≥A₂，或I_C/I_C0≥A₂，则告警；若U_x/U_S≤A₃，或I_C/I_C0≤A₃，则告警；若U_x/U_S≤A₄，或I_C/I_C0≤A₄，则跳闸。

5.根据权利要求4所述的电容性套管检测方法，其特征在于，还包括：

利用第一电容C₁两端的测量电压U₁和套管末屏测量电流I_C推算出测量导纳或阻抗值与第一电容C₁的初始导纳或阻抗值的比值是否是在相对误差整定值范围内，来判断第一电容C₁是否正常；并利用计算测量电压U₁变化百分比与套管末屏测量电流I_C变化百分比这二者的比值是否是在相对误差整定值范围内，来判断电容性套管检测系统本身是否正常。

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