CN103926514B - 一种带电运行状态下的高压设备绝缘诊断方法 - Google Patents

一种带电运行状态下的高压设备绝缘诊断方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种带电运行状态下的高压设备绝缘诊断方法。该方法通过电磁感应原理,将变频功率信号源输出的冲击扫频脉冲信号通过被测高压设备的二次回路耦合到高压设备内部,然后对冲击扫频脉冲信号经被测高压设备内部耦合回路后的泄漏电流进行感应耦合,通过检测冲击扫频脉冲信号耦合注入到高压设备等效电气回路的能量释放特征来计算带电运行的高压设备等效对地阻抗或介质损耗因数,从而分析高压设备是否对地存在绝缘击穿放电现象。与现有技术相比,本发明无需操作人员靠近设备一次高压端,且通过变频试验信号发射源和相应的接收装置进行同步发射和采集,抗干扰能力强,起到既不停电、又能较高灵敏度地探测到高压设备绝缘状态的目的。

Description

-种带电运行状态下的高压设备绝缘诊断方法
技术领域
[0001] 本发明设及一种针对带电运行状态下的高压设备进行绝缘诊断的方法,特别是设 及一种不停电状态基于禪合混叠信号试验的高压设备绝缘诊断方法。
背景技术
[0002] 高压设备在运行状态时,由于承受了工频耐压,因此当绝缘已经存在缺陷时,可能 发生放电信号。传统的针对运行中的高压设备绝缘诊断的方法主要就是基于放电信号测量 或溫度测量,如超声波检测法、高频脉冲电流感应法、特高频检测法等,运些方法能在一定 程度上实现对运行中高压设备的绝缘诊断,但是在实际使用中存在如下缺陷。第一,由于上 述方法均要求较为精密的传感器接触或尽可能靠近运行中的高压设备本体,也就需要测试 人员靠近高压设备,可能引入人身安全的问题;第二,上述传统的基于放电信号测量或溫度 测量的检测方法仅仅作为一种单向接收信号的技术模式,受现场干扰较为明显,如果检测 传感器与设备本体保持一定距离,则检测灵敏度会明显下降,运限制了该类技术在运行高 压设备绝缘诊断中的应用。
发明内容
[0003] 本发明的目的就是针对现有技术的不足,提供一种带电运行状态下的高压设备绝 缘诊断方法,不仅无需操作人员靠近设备一次高压端,而且通过变频试验信号发射源和相 应的接收装置进行同步发射和采集,能有效避免现场干扰,抗干扰能力强,起到既不停电、 又能较高灵敏度地探测到被测高压运行设备绝缘状态的目的。
[0004] 为实现上述目的,本发明的技术方案如下:
[0005] 本发明提出了一种带电运行状态下的高压设备绝缘诊断方法,主要技术思想在 于:通过电磁感应原理,将变频功率信号源输出的冲击扫频脉冲信号通过被测高压设备的 二次回路禪合到高压设备内部,然后对冲击扫频脉冲信号经被测高压设备内部禪合回路后 的泄漏电流进行感应禪合,通过检测冲击扫频脉冲信号禪合注入到高压设备等效电气回路 的能量释放特征来计算带电运行的高压设备等效对地阻抗或介质损耗因数,从而分析高压 设备是否对地存在绝缘击穿放电现象。所述绝缘诊断方法具体包括W下步骤:
[0006] ( - )搭建绝缘诊断系统:将开口式高频电流互感器1的次级开口端卡接到处于带 电运行状态下的、含标准电压或电流二次回路的被测高压设备的二次回路、或卡接到处于 带电运行状态下的被测高压电缆的外绝缘保护套上,开口式高频电流互感器1的初级输入 端与受MCU控制器控制的变频功率信号源的输出相连;将电压电流采集装置和低通滤波器 分别与开口式高频电流互感器1的初级输入端并联,低通滤波器的输出与工频电流采集器 相连;将开口式高频电流互感器2的初级开口端卡接到开口式高频电流互感器1次级开口卡 接回路的接地回路、或卡接到被测高压设备的接地回路,开口式高频电流互感器2的次级输 出端与高通滤波器相连,高通滤波器的输出与高频电流采集器相连;将电压电流采集装置、 工频电流采集器和高频电流采集器分别与MCU控制器进行数据交互。
[0007]所述含标准电压或电流二次回路的被测高压设备可W是独立CT(电流互感器)或 PT(电压互感器)或CVT(电容式电压互感器),或内部带CT或PT或CVT的变压器或电缆或GIS 气体绝缘高压套件,等等。
[000引所述变频功率信号源产生的电压幅度为0-lOkV,功率为O-lOkW,频率为O-IOOMHz, 波形可W是方波、或正弦波、或余弦波、或=角波、或PWM波、或白噪声、或雷电冲击波形等。 变频功率信号源的输出延时受MCU控制器控制,可W实现在任意时刻启动或停止变频功率 信号源的输出。
[0009] 所述开口式高频电流互感器1为变频功率信号源的信号输出禪合端,将被测高压 设备的二次回路作为开口式高频电流互感器1的二次负载;通过电磁感应原理,将变频功率 信号源的输出信号通过被测高压设备的二次回路禪合到高压设备内部,或直接通过卡接到 被测高压电缆的外绝缘保护套上,实现变频试验信号禪合注入到高压电缆回路。将开口式 高频电流互感器1的开口端称做次级的原因是,该开口端作为信号输出端,将来自MCU控制 器控制的变频功率信号源输出的信号经开口式高频电流互感器1初级输入,然后经开口式 高频电流互感器1的开口端输出,因此开口式高频电流互感器1本身作为变频试验信号的发 射端。
[0010] 所述开口式高频电流互感器2为被试高压设备的接地端,用于感应经开口式高频 电流互感器1禪合输出信号的泄漏回路电流信号,该信号经高通滤波器和受MCU控制器控制 的高频电流采集器测量分析。将开口式高频电流互感器2的开口端称作初级的原因是,开口 式高频电流互感器2的开口端作为禪合输入端,即信号接收端,将来自开口端禪合接收的信 号通过开口式高频电流互感器2的次级绕组输出,供后续滤波和测量分析。
[0011] 所述开口式高频电流互感器1和开口式高频电流互感器2的频率响应范围为0-200MHz,耐绝缘击穿能力大于IkV,开口结构可W是圆形、或矩形、或多边形、或柔性罗柯夫 斯基线圈(Rogowski Coil)等(即开口端并非常开状态,而是可W灵活调整开口和闭合状 态,闭合后的结构为圆形、或矩形、或多边形、或柔性罗柯夫斯基线圈)。由于所述开口式高 频电流互感器1和开口式高频电流互感器2需要在带电运行状态下卡接到相应电气回路,因 此在该两路互感器开口端安装微型整流及Lm)指示灯功能,可有效指示带电操作是否恰当, 是否稳固;当L邸灯不稳定闪烁,或完全无光的情况下,应重点检查和调整现场接线。
[0012] 运行中高压设备二次回路的工频电流信号经开口式高频电流互感器1次级开口端 反向禪合到初级,随后该电流信号通过所述低通滤波器和工频电流采集器进行滤波和采 集,供MCU控制器分析被测高压设备工频运行电流的频率、幅值和相位信息。该相位信息可 供MCU控制器作为控制变频功率信号源输出时间点的参考数据,W便实现变频功率信号源 准确注入到运行高压设备工作电压的时间点上。
[0013] (二)产生冲击扫频脉冲信号:在MCU控制器中输入变频功率信号源扫频输出信号 的幅值或功率、频率带宽、波形;MCU控制器启动工频电流采集器,工频电流采集器跟踪被测 高压设备工频运行电流的频率、幅值和相位信息,并将采集信息发送给MCU控制器;MCU控制 器分析出工频电流的目标相位出现时间,并在后续工频信号周期的目标相位点至少一次启 动变频功率信号源的输出,开口式高频电流互感器1将变频功率信号源产生的冲击扫频脉 冲信号禪合到被测高压设备内部。由于变频功率信号源输出的信号频率和波形是已知的, 因此较好地减少了采集信号的分析难度,后续通过软件数字滤波等手段将对应发射信号频 率的信号提取出来即可进行分析。
[0014]考虑到现场可能产生的随机干扰,一般采用多个发射信号进行扫频模式测量,即 完成一个频率点发射后,再进行下一个频率点的信号发射,直到发射频率值和设置的频率 上限值相等,最后将所有频率点的测量参数汇总成一个频带的发射响应信号进行深入分 析。扫频模式不仅利于提高抗干扰性,还利于进行建模分析,将被测运行高压设备的运行等 效对地阻抗进行阻抗频率响应分析,通过曲线描述或等效阻抗的电容电阻元件进行计算, 获得介质损耗、绝缘对地阻抗等参数。在扫频模式下,每个频率点的发射信号可W是同一波 形,也可W是不同波形,由MCU控制器统一存储记忆目标输出波形、目标输出幅值或功率、目 标输出频率,然后进行响应的数字滤波和分析,因此本发明不限于单一波形的信号发射试 验模式。被测高压运行设备的运行工频环境可W是50化、60Hz或其他频率的任意信号,由于 发射信号可W通过变频处理避开工频信号范围,因此原理上不受工频信号频率的影响。 [00 15](立)信号响应采集:在MCU控制器的控制下,电压电流采集装置实时采集变频功率 信号源输出端的电压和电流幅值,并发送给MCU控制器;开口式高频电流互感器2对冲击扫 频脉冲信号经被测高压设备内部禪合回路后的泄漏电流进行感应禪合,在MCU控制器的控 制下,局频电流义集器实时义集开口式局频电流互感器2响应电流的频率、幅值和相位f目 息,并发送给MCU控制器。
[0016] (四)绝缘诊断分析:MCU控制器将接收到的变频功率信号源输出端的电压和电流 幅值、与开口式高频电流互感器2响应电流的频率、幅值和相位信息进行方程建模,计算出 等效对地阻抗或介质损耗因数,并借助数学统计方法建立数据比对或借助曲线描述方法, 分析等效对地阻抗或介质损耗因数的时域稳定性或频域稳定性,得出带电运行状态的绝缘 诊断分析结果。
[0017] 本发明通过将冲击扫频脉冲信号混叠到带电运行的高压设备运行工频电流支路 中,并通过一套化C或RC串并联等效阻抗建模的方法,将信号禪合混叠回路的等效综合阻抗 看作信号输出负载,而高压设备对地放电则等效为与信号输出负载并联的等效阻抗。通过 一套变频试验方法和等效阻抗建模的方式,建立试验方程矩阵,从而计算出代表对地放电 量的等效阻抗、或等效RC数值、或根据等效RC计算出介质损耗角或介质损耗因数、或化C数 值。如图2所示为禪合式混叠测量的等效电路图,Zs为直接禪合回路的阻抗,化、Cp为一次高 压端等效对地阻抗的电阻和电容成分,Ce为分布电容;由于Ce数值通常很小,且受环境干扰 若有若无,可W将其忽略,因此只需要获得不同频率下测量的总阻抗值,即Zs、Rp、Cp的并联 值,并采用S个频率点建立S元方程组,即可计算出暂态对地阻抗的电阻和电容成分化、 Cp。如果需要进行更加复杂的参数建模,则建立的方程组求解难度相应增大,比如考虑到高 压设备的电感参数的影响,那么需要建立四元方程组。
[0018] 本发明采用了开口式高频电流互感器禪合与采集的手段,因此可W方便地实现带 电状态对被测高压设备施加变频试验信号,并通过比较禪合支路的综合阻抗与接地回路的 泄漏电流来计算并联等效阻抗,从而进一步计算代表放电支路的RC值和介质损耗因数。本 发明采用了禪合混叠手段,使得无需断开、短路或直接接触任何运行回路,且不改变带电运 行支路的固有阻抗,从而可显著减少整个带电试验过程对高压运行设备的影响。本发明采 用了等效阻抗建模方法,将信号禪合输入支路的负载阻抗看作当前支路阻抗和放电阻抗的 并联;在当前支路阻抗被认为相对稳定并未发生改变的情况下,禪合输入支路的综合阻抗 变化则主要是由高压设备对地放电阻抗的变化引起;通过不同禪合信号频率下的试验获取 负载阻抗的数列后,建立W频率、等效阻抗RC值为变量的方程矩阵,可W计算出代表放电支 路的阻抗数值。本发明还可通过在线阻抗试验的方法计算出带电运行高压设备的放电量; 在默认系统一次高压已知且相对稳定不变的情况下,可W根据放电电荷Q= A CU的方式,首 先计算出一次高压端等效对地电容变化量,然后乘W系统一次电压,从而计算出放电电荷 量。
[0019] 综上采用本发明的方法,可W获取带电运行状态下相应高压设备的绝缘状态关键 参数,包括等效对地阻抗、介质损耗因数、放电量等。基于运些关键参数的时域或频域稳定 性可对运行高压设备的绝缘状态进行综合诊断。
[0020] 本发明的绝缘诊断方法适用于运行的电力电缆,或带二次回路的CVT或PT或CT,或 带二次回路的CVT或PT或CT 一体化装置,或其他具备二次低压回路、可供开口式电流夹错禪 合接入的高压电力设备。即便对于部分高压设备未按照标准接线施工安装,导致其二次回 路不方便进行带电安装开口式电流夹错的,本发明也适用于在高压设备投运安装或制造 前,将开口式电流夹错或完全闭合式的电流夹错提前安装和固定到二次回路,待需要进行 带电测量时,现场连接电流夹错的输出端即可。运里的二次回路或二次低压回路指将来自 高压设备一次高压端禪合的电压或电流信号传变成低压的电压或电流信号,用于给计量、 保护、测量、监控等低压装置提供一次高压线路状态信息的低压传输回路。由于二次回路通 常电压较低,电流较小,具备供现场测量和检修接触的低压传输导线,通常按照二次回路施 工及接线规范进行设计和布置,可供接触的二次回路导线的位置通常距高压设备有几米到 数百米的距离,因此本发明所述的开口式高频电流互感器正好借助该回路将试验用的变频 信号禪合施加到该二次回路中,从而不需要接触高压,实现安全可靠的带电测试。具备标准 二次电流或电压回路的高压设备通常包括电流互感器(CT)、电磁式电压互感器(PT)、电容 式电压互感器(CVT )、内部含CT或PT的变压器、内部含CT或PT或CVT并采用气体绝缘的GIS套 件、等等。本发明还适用于运行电缆的试验与诊断分析。对于电缆而言,由于具备外绝缘护 套,可直接将开口式电流互感器直接卡接到外护套上,通过电磁感应原理,将变频试验信号 禪合到电缆的一次端,然后采用与含标准二次电压或电流回路的高压设备测试的相同方法 进行分析。
[0021] 与现有技术相比,本发明的有益效果是:(1)将开口式高频电流互感器1和开口式 高频电流互感器2的开口端卡接到高压设备的二次回路或接地回路,无需操作人员靠近设 备一次高压端。(2)采用信号发射装置和信号接收装置,建立了禪合模式的信号发射和采 集,可W在符合禪合夹错接线要求的高压设备不停电状态下进行冲击扫频脉冲的在线混叠 试验,由于采用了信号发射原理,抗干扰能力强。(3)由于采用了带电运行状态的混叠信号 模式,即现场运行环境既有设备正常运行的工频信号,又有试验用的发射信号,在两种信号 共同作用下更有利于进行被测高压设备的绝缘状态评估,原因如下:a)发射信号与工频信 号的共同作用,更符合现场运行环境的线路负荷波动、操作过电压等复杂环境,在该状态获 取的特征参数更有利于发现运行设备实际绝缘状态,尤其是针对部分高压设备在停电状态 试验合格,但现场长期运行一段时间后损坏的情况;b)本发明建立在工频运行环境下,通过 一套发射变频信号的模式,获取发射和接收端的特征信号来反应发射端和接收端之间的快 速时变等效阻抗变化,通过该阻抗的短时变化来描述放电现象,提出了一种通过带电等效 阻抗时变特征来替代传统的电磁放电脉冲、超声波或溫度等测量的分析模式。
附图说明
[0022] 图1是本发明的绝缘诊断系统的结构示意图。
[0023] 图2是本发明的禪合式混叠测量的等效电路图。其中,Zs为直接禪合回路的阻抗, 化、Cp为一次高压端等效对地阻抗的电阻和电容成分,Ce为分布电容。
[0024] 图3是实施例1中搭建的绝缘诊断系统结构示意图。
[0025] 图4是实施例2中搭建的绝缘诊断系统结构示意图。
[0026] 图5是实施例2中介质损耗因数的频域特性曲线图。其中,Tsl为历史介质损耗因数 频域特性曲线,Ts2为当前介质损耗因数频域特性曲线。
具体实施方式
[0027] 下面结合附图,对本发明的优选实施例作进一步的描述。
[0028] 实施例1
[0029] 如图1、图3所示。针对带电运行状态下的35kV独立CVT进行绝缘在线诊断,包括W 下步骤。
[0030] 第一步,搭建绝缘诊断系统。将开口式高频电流互感器1的次级开口端卡接到被测 CVT二次回路的线缆上,开口式高频电流互感器1的初级输入端与受MCU控制器控制的变频 功率信号源的输出相连。将电压电流采集装置和低通滤波器分别与开口式高频电流互感器 1的初级输入端并联,低通滤波器的输出与工频电流采集器相连。将开口式高频电流互感器 2的初级开口端卡接到开口式高频电流互感器1次级开口卡接回路的接地回路,开口式高频 电流互感器2的次级输出端与高通滤波器相连,高通滤波器的输出与高频电流采集器相连。 将电压电流采集装置、工频电流采集器和高频电流采集器分别与MCU控制器进行数据交互。
[0031] 所述变频功率信号源可产生的电压幅度为O-IOkV,功率为O-IOkW,频率为0-IOOMHz,可产生波形为方波、或正弦波、或余弦波、或=角波、或PWM波、或白噪声、或雷电冲 击波形。所述开口式高频电流互感器1和开口式高频电流互感器2的频率响应范围为0-200MHz,耐绝缘击穿能力为20kV,开口结构为圆形。
[0032] 第二步,产生冲击扫频脉冲信号。在MCU控制器中输入变频功率信号源扫频输出信 号的电压幅值为20V,最大功率为10VA,频率带宽为2-4曲Z、间隔为化化,波形为方波。MCU控 制器启动工频电流采集器,工频电流采集器跟踪被测CVT工频运行电流的频率为50化、幅值 为100mA、过零相位的时间为T0,并将采集信息发送给MCU控制器;MCU控制器根据50化周期 信号分析出工频电流的下一个过零相位时间为T0+20mS,并在接下来的S个计算的过零时 间,即S个相位为零时(T0+20mS、T0+40mS、T0+60mS)分别启动变频功率信号源的输出,开口 式高频电流互感器1将变频功率信号源产生的冲击扫频脉冲信号禪合到被测CVT内部,使得 CVT内部产生新的频率的感应电流。
[0033] 第S步,信号响应采集。在MCU控制器的控制下,电压电流采集装置实时采集变频 功率信号源输出端的电压和电流幅值,并发送给MCU控制器。开口式高频电流互感器2对冲 击扫频脉冲信号经被测CVT内部禪合回路后的泄漏电流进行感应禪合,在MCU控制器的控制 下,高频电流采集器实时采集开口式高频电流互感器2响应电流的频率、幅值和相位信息, 并发送给MCU控制器。2-4kHz频率下采集到的变频功率信号源输出端的电压和电流幅值、开 口式高频电流互感器2响应电流的频率、幅值和相位信息分别如下表1、表2、表3所示。
Figure CN103926514BD00081
[0035]表12化频率下采集到的变频功率信号源输出端和开口式高频电流互感器2响应电 流f胃息
Figure CN103926514BD00082
[0037]~表23化频率下采集到的变频功率信号源输出端和开口式高频电流互感器2响应电 流信息
Figure CN103926514BD00083
[0039] 表34化频率下采集到的变频功率信号源输出端和开口式高频电流互感器2响应电 流信息
[0040] 第四步,绝缘诊断分析。MCU控制器将接收到的变频功率信号源输出端的电压和电 流幅值、与开口式高频电流互感器2响应电流的频率、幅值和相位信息进行方程建模,计算 出等效对地阻抗,并借助数学统计方法建立数据比对,分析等效对地阻抗的时域稳定性,得 出带电运行状态的绝缘诊断分析结果。
[0041] 等效对地阻抗为变频功率信号源输出端的电压除W经CVT等效绝缘层后通过接地 回路产生的泄漏电流,即来自开口式高频电流互感器2端的电流,即:Z =扫频输出电压/开 口式高频电流互感器2端电流。根据扫频输出的=个频率值获取的响应参数,计算得等效对 地阻抗如下表4所示。
Figure CN103926514BD00084
[0043] 表42kHz、化化、4kHz频率下分别的等效对地阻抗
[0044] 通过表4分析,相位为负值,即CVT等效阻抗呈容性,符合高压设备绝缘层设计要 求,说明CVT并未发生破坏性击穿现象。通过阻抗分析,阻抗随着扫频注入信号的增高而相 应减少,也符合容性设备的基本规律。在该情况下分析运行状态的CVT绝缘状态应结合历史 数据进行比较,历史数据如下表5所示。
Figure CN103926514BD00085
Figure CN103926514BD00091
[0046] 表5被试CVT沈化频率下的等效对地阻抗历史数据
[0047] 通过表5分析,当前测试的等效对地阻抗为20k,相位-45度,绝对值较历史数据都 有减小,而且通过历史数据分析,等效对地阻抗有逐渐减少的趋势,说明CVT绝缘状态有恶 化发展趋势,应重点观察。如后期发生更大范围的阻抗减少,应立即停电检查。
[0048] W上是针对2曲Z条件下的时域试验数据分析,如发现CVT绝缘状态不良,最好进行 多个频率范围的等效对地阻抗测试分析,即分析频域范围内的阻抗稳定性,更能提高测试 与分析的准确度。必要时,通过不停地捜索扫频输出频率,W获得等效阻抗变化最大的频率 点,从而将该频率点作为特征频率点,研究现场应用环境中是否因设计参数、关联设备的影 响等产生的固有频率导致了运行设备绝缘状态不佳的原因,从而根本上解决运行CVT绝缘 不良的问题。
[0049] 独立CT或PT,或内部带CT或PT或CVT的变压器或电缆或GIS气体绝缘高压套件的二 次回路结构与独立CVT相似,接线方式及分析方法与独立CVT完全相同,不再单独举例说明。 [00加]实施例2
[0051] 如图1、图4、图5所示,与实施例1相同的地方不再重复叙述,不同之处在于:针对带 电运行状态下的IOkV电缆进行绝缘在线诊断。将开口式高频电流互感器1的次级开口端卡 接到被测电缆的外绝缘保护套上,将开口式高频电流互感器2的初级开口端卡接到被测电 缆的接地回路;开口式高频电流互感器1和开口式高频电流互感器2的开口结构为矩形。为 起到现场接线指示的作用,开口式高频电流互感器1和开口式高频电流互感器2的开口端带 有LED指示灯。
[0052] 在MCU控制器中输入变频功率信号源输出信号的电压幅值为5V,最大功率为化VA, 频率分别为10kHz、15曲z、20kHz、30曲Z,波形为正弦波,变频功率信号源依然采用工频运行 电流的零相位点进行输出的模式。采集到被测电缆工频运行电流的频率为50化、幅值为 1OOA、相位零值出现的时间为T1,则接下来的四个过零时间分别为T1 +20mS、T1 +40mS、T1 + 60mS、Tl+80mS。四个频率下分别采集到的变频功率信号源输出端的电压和电流幅值、开口 式高频电流互感器2响应电流的频率、幅值和相位信息如下表6所示。
Figure CN103926514BD00092
[0054]表64个频率下采集到的变频功率信号源输出端和开口式高频电流互感器2响应电 流f胃息
[0055] 经计算,在变频功率信号源IOkHz输出频率下,被测电缆的等效对地阻抗为5V/ 20000mA = 0.25欧姆;在变频功率信号源15kHz输出频率下,等效对地阻抗为5V/31250mA = 0.16欧姆;在变频功率信号源20曲Z输出频率下,等效对地阻抗为5V/35714mA = 0.14欧姆; 在变频功率信号源30kHz输出频率下,等效对地阻抗为5V/55555mA = 0.09欧姆;该阻抗为负 载阻抗,一次对地阻抗的并联值。将Zl = 0.25欧姆、fl = IOkHz,Z2 = 0.16欧姆、f 2 = 15kHz, Z3 = 0.14欧姆、f 3 = 20曲Z,Z4 = 0.09欧姆、f 4 = 30kHz,分别带入公式:Z=Zs I I Zp=(Rs+Xs) I (Rp+Xc)、XV= 2 X piXfXLs、
Figure CN103926514BD00101
,其中,Pi为180度弧度数,pi = 3.1415,Xs为二次 绕组等效感抗,Rs为电缆二次负载,Ls为二次等效电感量,Xc为电缆一次等效对地RC支路的 电容容抗,Cp为一次等效对地RC支路的电容值,化为一次等效对地RC支路电阻值。通过求解 四兀方程组,解出Ls二0.266号利,Rs二1.3欧姆,Rp二2500k欧姆,Cp二0.03化F。电缆次系 统电压为IOkV,则近似计算出放电量Q = CU = Cp XU = O.03化FX 10kV = 33化C(皮库),该放 电量被认为数量较小,符合现场运行要求。根据化、Cp值计算出电容器介质损耗因数,容抗 值X C = 4 8 2 6 M欧姆,则介质损耗角
Figure CN103926514BD00102
介质损耗因数 饼10=0.0296。介质损耗因数数值范围在正常值W内,因此综合放电量分析结果,认为运行 电缆的绝缘无严重缺陷。
[0056] 为进行深入分析,可W对介质损耗因数的频域稳定性进行分析。针对被测电缆共 进行了 5次试验,每次均采用4个频率点,5次试验中不存在频率交叉,频率点及介质损耗因 数数据如下表7所示。其中,频率带2-5的数据采用与前述频率带1完全相同的计算步骤获 得。
Figure CN103926514BD00103
[0058] 表7介质损耗因数频域数据
[0059] 由表7所示,通过5个频带,每个频带4个频率点的试验,得出5个介质损耗因数,运 些数据可W与历史测试数据进行比对分析,研究介质损耗因数的频域特性曲线随时间偏移 特性,将其绘制成曲线如图5所示。图5中,Tsl为历史介质损耗因数频域特性曲线,Ts2为当 前介质损耗因数频域特性曲线,Ts2-Tsl = 12个月,即两组曲线是时间段相差一年获取的数 据,经过比对分析知,Ts2数据在高频段明显增大,说明被试电缆的绝缘综合状态变差,建议 每6个月进行一次测试,然后绘制相同频率范围的曲线进行比对分析,W观察电缆运行绝缘 状态,决定是否需要进行停电检修或置换。
[0060] 需要补充说明的是,由于现行运行时有工频运行电流的存在,与电缆连接的负载、 开关、控制部件等分布等效参数可能产生谐波或振荡频率,运些谐波或振荡频率可能正好 与试验频率相同或相近,从而对测试数据构成干扰,因此建议通过频域特性曲线分析时,尽 可能采用更宽频率范围进行测试,W减弱个别频率点干扰对试验数据构成的影响。
[0061]另外,实施例2中得到的介质损耗因数是通过等效阻抗为负载阻抗、一次对地阻抗 的并联值的简单模型基础上,根据公式:Z=Zs IlZp=化+Xs) I I (Rp+Xc)计算得出的电缆等效支 路的容抗值及电阻值,从而根据
Figure CN103926514BD00111
,tanO计算的介质损耗值,W及根据Q = CU = CpX听十算放电电荷量等。在本方法基础上,采用更加复杂的化C串并联关系的电路建模 得出的容抗值、或电容值、或电阻值、或感抗值、或电感值,或根据运些部分参数或所有参数 计算出代表绝缘层、绝缘长度、局部绝缘或整体绝缘的各种介质损耗因数、放电电荷量,均 在本发明保护范围之内。

Claims (4)

1. 一种带电运行状态下的高压设备绝缘诊断方法,其特征在于:包括以下步骤: (一) 搭建绝缘诊断系统:将开口式高频电流互感器1的次级开口端卡接到处于带电运 行状态下的、含标准电压或电流二次回路的被测高压设备的二次回路、或卡接到被测高压 电缆的外绝缘保护套上,开口式高频电流互感器1的初级输入端与受MCU控制器控制的变频 功率信号源的输出相连;将电压电流采集装置和低通滤波器分别与开口式高频电流互感器 1的初级输入端并联,低通滤波器的输出与工频电流采集器相连;将开口式高频电流互感器 2的初级开口端卡接到开口式高频电流互感器1次级开口卡接回路的接地回路、或卡接到被 测高压设备的接地回路,开口式高频电流互感器2的次级输出端与高通滤波器相连,高通滤 波器的输出与高频电流采集器相连;将电压电流采集装置、工频电流采集器和高频电流采 集器分别与MCU控制器进行数据交互; (二) 产生冲击扫频脉冲信号:在MCU控制器中输入变频功率信号源扫频输出信号的幅 值、功率、频率带宽、波形;MCU控制器启动工频电流采集器,工频电流采集器跟踪被测高压 设备工频运行电流的频率、幅值和相位信息,并将采集信息发送给MCU控制器;MCU控制器分 析出工频电流的目标相位出现时间,并在后续工频信号周期的目标相位点至少一次启动变 频功率信号源的输出,开口式高频电流互感器1将变频功率信号源产生的冲击扫频脉冲信 号耦合到被测高压设备内部; (三) 信号响应采集:在MCU控制器的控制下,电压电流采集装置实时采集变频功率信号 源输出端的电压和电流幅值,并发送给MCU控制器;开口式高频电流互感器2对冲击扫频脉 冲信号经被测高压设备内部耦合回路后的泄漏电流进行感应耦合,在MCU控制器的控制下, 高频电流采集器实时采集开口式高频电流互感器2响应电流的频率、幅值和相位信息,并发 送给MCU控制器; (四) 绝缘诊断分析:MCU控制器将接收到的变频功率信号源输出端的电压和电流幅值、 与开口式高频电流互感器2响应电流的频率、幅值和相位信息进行方程建模,计算出等效对 地阻抗或介质损耗因数,并借助数学统计方法建立数据比对或借助曲线描述方法,分析等 效对地阻抗或介质损耗因数的时域稳定性或频域稳定性,得出带电运行状态的绝缘诊断分 析结果。
2. 根据权利要求1所述的带电运行状态下的高压设备绝缘诊断方法,其特征在于:所述 含标准电压或电流二次回路的被测高压设备为独立CT或PT或CVT,或内部带CT或PT或CVT的 变压器或电缆或GIS气体绝缘高压套件。
3. 根据权利要求1或2所述的带电运行状态下的高压设备绝缘诊断方法,其特征在于: 所述变频功率信号源产生的电压幅度为〇-l〇kV,功率为0-10kW,频率为O-lOOMHz,波形为方 波、或正弦波、或余弦波、或三角波、或PWM波、或白噪声、或雷电冲击波形。
4. 根据权利要求1或2所述的带电运行状态下的高压设备绝缘诊断方法,其特征在于: 所述开口式高频电流互感器1和开口式高频电流互感器2的频率响应范围为0-200MHZ,耐绝 缘击穿能力大于lkV,开口结构为圆形、或矩形、或多边形、或柔性罗柯夫斯基线圈。
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