0 引言

容性设备是电力系统的重要组成部分，主要包括各类电容器、电容型套管、电流互感器、电压互感器等。容性设备是由多个电容元件串联而成的电气设备，在长期运行中由于受到化学腐蚀、表面污秽、机械应力、系统过电压等因素影响而降低绝缘性能，导致设备内部出现缺陷，甚至造成绝缘击穿，影响电力系统的稳定运行^[1]。因此，通过绝缘带电检测技术及时掌握容性设备的绝缘状况，采取相应措施加以维护，不仅对容性设备状态检修具有参考作用，对电力系统的安全运行也具有重要的意义。

绝缘带电检测技术通过测量设备电压、电流信号，计算出设备的介质损耗及电容量，从而准确反映设备的绝缘状态。相比传统的停电预防性试验，绝缘带电检测技术能够及时发现运行设备的潜伏性缺陷，防止突发性事故发生，有效提高了设备运行的可靠性^[2]。本文基于容性设备绝缘带电检测基本原理，结合500 kV永圣域变电站电流互感器的实际测量结果，分析探讨了容性设备绝缘带电检测技术在变电站的应用。

1 预防性试验存在的问题

目前，我国电力系统对电力设备的检修和维护仍然采用计划性预防检修方式，每年在设备维修方面耗资巨大。统计结果表明，多数电力设备事故都是在预防性试验合格的情况下发生的，可见预防性试验具有一定的局限性，主要表现在以下方面^[3]：

（1） 试验电压低，某些缺陷在低电压下难以发现；

（2） 试验周期长，设备缺陷往往在2次试验周期之间产生；

（3） 需要将设备停电，工作量大，试验易受人为因素和环境因素的影响；

（4） 不论设备正常与否，一律进行定期试验和检修，造成不必要的人力、物力浪费和不必要的停电；

（5） 可能由于设备检修不当或拆卸等原因造成设备不必要的损坏；

（6） 不能及时发现设备缺陷。可以看出，预防性试验不适应电力系统的发展，无法满足提高供电可靠性的要求，因此高压电气设备带电检测对提高供电可靠性显得尤为重要。

2 容性设备绝缘带电检测基本原理 2.1 介质损耗产生原理

任何绝缘材料在电压作用下，总会流过一定的电流，所以都有能量损耗。电介质在电压作用下产生的损耗称为介质损耗。介质损耗过大，会使电介质温度升高，促使材料老化。如果介质温度不断上升，甚至会把电介质熔化、烧焦，丧失绝缘能力，导致热击穿，因此介质损耗的大小是衡量绝缘介质电性能的1项重要指标^[4]。

输变电系统内各类电容型设备（电力电容器、电容型套管、电容型电流互感器、电容型电压互感器等）的绝缘即由电介质组成，在运行状态下会产生介质损耗。绝缘状态的好坏，直接影响到输变电系统的安全运行。

流经容性设备绝缘的电流I_c与绝缘两端电压U_x的向量关系以及容性设备等效模型如图 1所示。总电流I_x与电压U_x之间的夹角为φ，φ的余角为δ，称δ为介质损失角，δ的正切值tanδ为介质损耗因数，用来反映介质损耗的大小。

实践表明，测量介质损耗是1项灵敏度很高的试验，可以发现电力设备绝缘整体受潮、劣化变质以及小体积设备的局部缺陷^[5]，因此准确地测量介质损耗可以更好地判断设备的绝缘状况，测量介质损耗已经成为《输变电设备状态检修试验规程》中的一个重要项目^[6]。

2.2 容性设备绝缘带电检测原理

容性设备绝缘带电检测是在实际运行电压下测量介质损耗因数tanδ，判断设备是否已有绝缘缺陷，反映电力设备在运行条件下的真实状态^[7]。

为了获取设备电压、电流信号，需要在设备的末屏接地引线上装设穿芯式电流互感器和在线监测系统，如图 2所示。

在线监测系统对电容型设备介质损耗的测量，是通过电容型设备测量单元和基准电压测量单元共同实现的，通常选用母线电压作为相位测量的基准值，利用2个高精度微电流传感器测量母线TV的二次电压U_n经过电阻R变换的电流信号I_n和电容型设备的末屏电流信号I_x，通过对信号进行同步采样及傅里叶变换处理，得到2个信号的基波向量及其相位夹角，从而计算出设备介质损耗和电容量。

3 电流互感器带电检测分析 3.1 检测设备概况

检测设备选取500 kV永圣域变电站220 kV呼永一线254 电流互感器与呼永二线253 电流互感器，设备基本参数见表 1所示。

3.2 带电检测装置的安装

（1） 使用截面积为10 mm²的多股铜线将电流互感器末屏接线延长，并用蛇皮套管保护延长线，接线情况见图 3所示。

（2） 使用穿芯电流传感器采样末屏电流信号，安装情况见图 4所示。

3.3 带电测量电流互感器介质损耗及电容量

在母线电压互感器端子排取电压信号，通过穿芯电流传感器取测量电流信号，为保证试验数据的可靠性及准确性，进行了多次带电检测，绝对测量值及相对测量值结果（部分数据）见表 2、表 3所示。

通过对比可以看出，停电试验与带电检测试验所测出的电容量相差无几，介质损耗偏差较大，这是因为带电检测的介质损耗测量值是在运行电压下测量的，而停电试验的介质损耗测量值是在10kV电压下测量的，两种测试环境下电压相差较大，因此这2个数据的对比并没有参考价值。而同1组电流互感器不同相别之间的介质损耗的偏差同样较大，之所以会产生这种偏差，是因为变电站内的运行电气设备除了要承受自身工作电压的影响，还会受相邻的其他电气设备产生的电场影响，主要影响因素有电力系统谐波、频率、信号处理延时等，因此不同相别之间的介质损耗测量绝对值的对比也不具备参考价值。这样就需要引入相对测量值，即选取2组测量设备中的1组作为基准设备，测量并计算出相对介质损耗值和电容量比值，通过相对测量值的变化趋势来判断设备的绝缘状况。如果测试结果之间差异较大，则通常认为设备出现异常。如果多次测试结果没有明显变化，则认为设备绝缘正常。这种测量方法可以减弱电场干扰造成的影响，所以测试结果较为真实，具备参考价值^[8-10]。

根据表 3数据，相对测量值无明显变化，可以判断出2组电流互感器的绝缘状态均为良好。在不同测试环境下测量的结果分散性大大降低，可以大幅度提高测量的稳定性，进而提高判断设备状态的准确性。

4 结语

本文采用容性设备绝缘带电检测技术，检测了内蒙古超高压供电局500 kV永圣域变电站的2台电流互感器，检测结果证明该技术可以判断容性设备的绝缘状态。

电容型设备因自身密封不良、内部受潮等原因，且长期受到工频电压、电网谐波影响，绝缘状态逐渐劣化，介质损耗逐渐增大，会危及设备的安全运行。依托新型传感器技术和数字信号处理技术发展起来的电容介质损耗在线分析技术进一步完善了高压电气设备状态监测的方式和手段，为电容型设备绝缘状态的带电测试找到新的、切实可行的方法。可以利用监测数据的汇总报表创建设备健康状态历史数据库，通过对单台设备和同类设备历史数据的横向、纵向拟合、对比，建立基于后台的设备绝缘状态故障诊断系统，根据设备的实际健康状态施行有针对性的检修，有效预防运行事故的发生，提高供电可靠性。在实践过程中，还要注意结合绝缘故障诊断方面的研究，才能使容性设备绝缘带电检测技术趋于成熟。