容性设备绝缘在线监测方案探讨

郑宏鲍美军

摘要：高压容性设备是指某些绝缘结构可视为一组串联电容的设备，数量在变电站中占较大比重，它们的绝缘状态是否良好直接关系到整个变电站能否安全运行，因而对容性等设备绝缘状态进行监测也具有重要的意义。本文基于高压容性设备的绝缘在线监测方案进行了分析探讨。

关键词：

容性设备；在线监测技术；方案

1容性设备在线监测技术背景

高压容性设备是指某些绝缘结构可视为一组串联电容的设备，数量在变电站中占较大比重，它们的绝缘状态是否良好直接关系到整个变电站能否安全运行，因而对容性等设备绝缘状态进行监测也具有重要的意义。

图1-1容性设备绝缘结构示意图

针对容性设备的绝缘在线监测，目前还没有成熟的方案、没有进行组网监测，大多还停留在试验阶段，还未产业化应用。

因干扰和测量误差，无法满足相位的高精度测量要求。如膜纸复合绝缘电容器（OWF）在10kV电压环境下，其介质损耗因数不大于0.2%,油纸绝缘电容介质损耗<0.5%，相位角本身已很小，在现场环境下在线监测易受干扰而无法取得较高的测量精度。

影响测量精度的因素比较多,现场相间电耦合电容电流的干扰、系统电压的高次谐波对测量的影响，高压下绝缘层表面污秽和温度、湿度等环境条件的影响，已经严重影响到在线监测的有效性，其中最主要的误差来源是电流取样方式和从ＰＴ取到的参考电压相移影响，再加上通过互感器耦合到二次检测回路的信号已极其微弱，使得测量结果产生误差、偏移或不稳定。

2容性在线技术特点

由于容性高压设备的在线监测，多是在监测漏电流的基础上展开，因此立项研发容性在线监测两个独立项目时，着重攻克是微弱电流的检测和相位角的计算，前端技术重点在系统的采集节点，既要解决实时同步采集、又要保证系统的电气完全隔离，保障系统的可靠性，方案设计考虑了这些要点，在此基础上研发完成了容性设备在线监测系统。

微弱漏电流的监测——研究提供的零磁通穿芯漏电流传感器是专门为高压电气设备绝缘在线监测特制的一种小电流传感器，选用起始导磁率高损耗小的新型铁合金材料做铁芯，并采用一次穿心方式安装不对一次设备的泄流产生影响，互感器采用一体式金属屏蔽外壳，提高了信号测量的抗扰能力，使系统软件和现场监测器数据完全同步，真正实现在线监测所有功能。

系统实施专门设计了漏电流监测模块LCM、母线电压PT取样监测模块PTM，通过无线方式通讯，同步采集每相漏电流和对应相电压的PT信号，使通讯上做到电气隔离。

同时方便了各监测节点的分布式、网络化安装在各个被测高压电气设备下，我们采用2.4G无线组网技术实现电压、电流同步采集，无线组网可实现一台IED集中器管理多达256个无线监测节点。

户外安装的监测模块采用太阳能非晶电板供电，同时内部集成了可充电可更换的锂电，内部设计了高效的电源管理系统，不用外部电源拉线供电，使电源供应上做到完全的电器隔离。锂电池的安装结构设计了和干电池类似的易于更换或添加的方式。

采用嵌入式无风扇工控机做为IED集中器硬件平台，可大容量存储器可保存各监测节点的所有数据结果和波形记录。

测量和数据采集，采用嵌入式可编程延时模块，可跟踪系统频率的漂动实现等周期采样，确保DFT计算基波和各次谐波的稳定性，避免了传统插值算法的误差。

3容性在线监测系统方案分析

3.1容性在线监测实施方案

信号取样及测量是容性设备绝缘在线监测系统的关键技术，它将直接影响到使用的安全性和监测的有效性。

图3-1容性在线监测系统示意图

容性在线监测系统由电流采集模块分别通过3只零磁通漏电流互感器同时采集三相容性设备的末屏漏电流，电流同步采集最大程度减少三相电流相位差，可在模块内部进行电流适量和的判断；同时由电压监测模块分别通过3只零磁通电流互感器取样三相母线电压，可准准确计算出3U0。PT电压取样就近通过互感器进行二次隔离确保了PT取样的安全性和测量准确度；系统最大的特点无线方式实现同步，由IED来发出无线同步信号，LCM和PTM同步接收，同步时间误差控制在1uS内，角差控制在1分内。

3.2硬件设计方案

无线采集模块采用16位高精度的ADC,采用片上SOC高集成度方案设计，在确保采样精度的同时降低系统的功耗，使电池供电的系统待机时间更长，在无外部供电情况下，系统使用电池供电待机时间可长达半年。

集中器组件柜外观设计美观，采用散热传导优良的工艺设计，柜体外壳采用不锈钢材料外加部分喷塑防护方式，满足户外安装环境要求，内部采用标准工控架构设计，可扩展安装多个智能化IED或标准机箱，箱体内置环境温湿度控制器，为柜内安装的IED和电气元件提供良好的工作环境。

集中器组件柜内安装的IED，硬件电路采用高性能嵌入式板卡方案，采用低功耗无风扇的设计方式，实现高性能的采集数据汇集、计算、记录存储、协议转换等功能，并采用具有磁屏蔽功能的标准机箱，确保IED在变电站中电磁污染严重的环境下能可靠工作。

IED采用工控机架构后，使得系统软件功能得到很大提升，IED可以做为工作站综合管理站内避雷器、容性设备和其它漏电流监测设备的数据信息，IED同时可作为无线传感器网络和IEC61850的网关。

结束语

对于容性设备的绝缘在线监测，以往还没有成熟的产业化方案、没有进行组网监测，大多还停留在试验阶段，还未产业化应用。因此，本文基于高压容性设备的绝缘在线监测方案进行了研究探讨，对实现容性设备绝缘状态的在线监测具有重要的意义。

参考文献

[1]彭亚凯,李振东,罗传仙,廖源.一种容性设备绝缘在线监测系统现场校验装置[J].电工电气,2011,02:53-54+59.