关于便携式容性设备带电测试仪的技术研究

关于便携式容性设备带电测试仪的技术研究

秦银山 1 张志伟

1宁波柯力传感科技股份有限公司，浙江省宁波市315000

2浙江九点健康科技有限公司，浙江省宁波市315000

3浙江工商管理职业技术学院，浙江省宁波市315000

摘要：电容型设备带电测试结果能真实反映设备在运行中的绝缘状况，及时发现设备的绝缘缺陷。为更好的利用容性设备带电测试设备获得稳定的电压数据，本文对便携式容性设备带电测试仪进行技术研究。

关键词：高压变电站、电气设备、技术创新

引言

随着电气设备的大容量、高压化、多样化以及密封化的发展，常规的预防性试验暴露出以下几个问题：试验需要停电甚至解体；需要投人大量的人力、物力和财力；试验电压低，等效性差，不容易发现缺陷。电容型设备绝缘带电在线检测技术的开发和应用，不但大大提高了试验的真实性和灵敏度，及时发现绝缘缺陷，而且也可以使电气设备由预防性逐步过渡到预知性维修，从而为状态检修提供了条件。

变电站高压电气设备绝缘状况通常有两种监测方式：在线监测和带电（便携）测试。在线监测方式能够随时获得反映设备绝缘异常的特征参量，便于实现自动化管理，但投资相对较大，安装施工比较麻烦，且需要定期维护。而便携式带电测试方式具有投资少、针对性强，便于安装维护和更新等优点，只要预先在电气设备上安装取样单元，即可通过便携式带电测试仪器，对运行中的电气设备进行定期测试，同样也可达到及时发现绝缘缺陷，延长停电预试周期的目的。该方法可完全替代投资较大的在线监测方式。IMM2000-P型便携式容性设备带电测试仪无论取样单元还是测试仪器，从技术上和使用方便性上都远优于以往的测试系统。

1.设备带电测试的重要性

电测试解决了部分设备运行后没有检测手段的难题，极大提高了变电站一次设备的运行可靠性。随着科技水平日新月异发展，带电测试技术的精确程度不断提高，使用范围不断扩大，新技术不断出现，在变电站一次设备检修中的运用越来越多，如振动声学测试技术、振荡波测试技术、X 射线测试技术等。同时，在以一种带电测试技术为设备状态主要分析依据的基础上，再使用其它相关带电测试技术开展综合测试，更能整体反映变电站一次设备运行状况。带电测试技术的出现使开关柜、GIS 等设备的测试普遍化推广化，极大拓展了可诊断的设备范围。

变电站一次设备的带电测试可以实现运行条件下的状态诊断，对于设备运行维护具有重要价值。带电测试技术是国家电网公司打造一流电网、建设泛在电力物联网的内在要求，是“三集五大”发展战略的重要保障。

2.国内外研究现状

在国内外输变电设备在线监测等方面，带电测试技术的技术探索和应用研究已经有 30 多年的历史。在带电测试技术中，红外热像技术最早是在军事领域发展起来的，在日本应用最为广泛，美国的建筑业中大量使用红外热像测试，英国玻璃制造业在 1969 年就开始使用该技术。1958 年，我国开始了红外技术研究，很快各类红外光电探测器响应波长覆盖了应用最多的三个大气窗口。

目前在欧美等发达国家，带电测试技术相对成熟，测试手段多样，相关仪器仪表的研制比较精细。我国带电测试技术虽然起步稍迟，但随着电网规模体量的高速发展，推广应用一直在加强，力求和世界先进水平保持同步甚至超越。国家电网公司积极推进和不断深化电网设备状态检修工作以来，各网省公司都加大了带电测试设备的配置力度，开展了多种新型带电测试技术的应用。

2014 年，广东电网 10kV 开关柜的检测中超声波局放技术和红外测温技术实现了100%全覆盖，在运GIS的5111个间隔超声波测试方法覆盖率达 87.263%，特高频测试法覆盖率达到了 83.956%。

带电测试技术目前在变电站一次设备现场检修实践中的应用主要有以下测试方法和技术手段：红外热成像测试、高频局部放电测试、特高频局部放电测试、超声波局部放电测试、暂态地电压测试、紫外成像测试、接地电流测量、SF6气体分解物测试等。带电测试技术自从推行以来，在提前诊断事故隐患、提高检修试验工作效率等方面起到了重要作用。在 2008 年北京奥运会、2009 年国庆期间天安门地区用电、2010 年上海世博会、2010 年广州亚运会、2010、2011 年两会等大型活动的保电工作中，带电测试技术也发挥了积极作用。带电测试技术适合当前我国电力生产中变电站辐射面广、一次设备较为集中的管理模式和经营模式，在打造坚强智能电网的一次设备状态检修模式中的重要性日趋显著。带电测试技术有别于在线监测技术，具有投资小、见效快的特点，适合当前我国电力生产管理模式和经营模式。

3.便携式容性设备带电测试仪的组成

IMM2000-P型便携式容性设备带电测试仪由两部分：电流取样单元和便携式检测仪组成。电流取样单元就近与被监测设备附近，平时传感器处于非工作状态，当需要进性带电测试时，将取样单元与便携式设备连接进性测试。

4.便携式容性设备带电测试仪的原理

带电测试结果如何与现有的常规预防性试验结果对比，是目前电力部门较为关心的一个问题。运行经验表明，测试电压的不同以及周围电磁环境的差异，虽然会导致带电测试结果与停电预防性试验结果之间缺乏对比性，但如果能够获得真实可靠的带电测试结果，则可通过纵向或横向比较的方式判断出运行设备的绝缘状况。

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MM2000-P型便携式容性设备带电测试仪的工作原理图如下图所示:

标准配置的检测仪仅设置参考信号和被测信号两个信号输入端，测量时只需将检测仪的信号输入端与安装在设备下方的外置式传感器通过测量电缆联接即可，完全实现“即插即用”。采用这种设计结构，不但可降低检测系统的投资，还有助于提高长期工作的稳定性，并可随时对检测精度进行校验，对设备的运行状态也没有任何改变。

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MM2000-P型便携式容性设备带电测试仪，采用全新的设计结构，能够克服现有带电测试系统的缺陷，可对电容型设备的介质损耗和电容量进行带电测量。主要用于对运行中的变压器套管、CT、CVT、耦合电容器的电容、介损值和泄漏电流等参数进行实时带电测试，以便确定该设备的绝缘状态。

IMM2000-P型便携式容性设备带电测试仪的研制成功，得益于高性能的电流传感器和先进的嵌入式系统的开发。与同类型检测系统相比，具有如下特点：

采用高精度外置式穿芯电流传感器。与以往通常采用的“取样保护单元”（包含多个开关回路，测试时用于将泄漏电流切换至测试仪器，存在末屏开路危险，测试时需要操作多个短接片以将泄漏电流引入测试仪器）不同，本仪器采用穿芯式电流传感器，就近安装于设备附近，原设备泄漏电流接地引线无断口、引线距离很短，从根本上避免泄漏开路等安全隐患。该传感器可准确检测1mA～1000mA范围内的输入信号。传感器输入阻抗低。

优
良的防水密封及二次接口设计。传感器采用压铸铝壳密封防水设计，二次输出采用防水电缆接头，方便测试时连接。传感器安装完毕后，正常情况下不带电，若要进行测试，仅联接上传感器二次电缆即可，能够做到“即插即用”对原泄漏电流接地线无需进行任何操作，保证一次设备正常运行。

可靠的高性能处理系统。该检测仪中的核心处理器采用美国TI公司32位浮点高性能数字信号处理器（DSP），该DSP上运行一种实时操作系统，并采用外扩16位、高速、多路同步采样模拟数字转换器（A/D），实现对检测量的检测与高精度计算。采用自补偿式高精度电流传感器和先进的数字滤波技术，较好地解决了介损测试精度及其稳定性问题，结合完善的电磁屏蔽措施和先进的数字滤波处理技术，可确保介质损耗测试结果不受谐波干扰及脉冲干扰的影响。

友好的人机界面接口。该检测仪配备大屏幕中文液晶屏，用于显示监测的泄漏电流、相对介损、电容比、相位差等数据。不但可以带电实时检测的功能，还可以对设备进行长时间连续在线监测，并自动记录所监测数据。

方便轻巧的便携式设计。检测仪采用便携式设计，整体设备轻巧、牢固，方便检测时携带。仪器内锂锰电池可维持6～8个小时的连续工作时间，完全满足现场使用的要求。

方便升级为在线监测产品。该系统采用穿心式传感器取代 “取样保护单元”，可以在设备正常运行的状态下方便地由“带电测试”方式升级为“在线监测”方式。升级时无需拆除已安装的传感器，无需设备停电，只需加装相应的后端采集设备（智能监测IED）即可。

带电测试结果如何与现有的常规预防性试验结果对比，是目前电力部门较为关心的一个问题。运行经验表明，测试电压的不同以及周围电磁环境的差异，虽然会导致带电测试结果与停电预防性试验结果之间缺乏对比性，但如果能够获得真实可靠的带电测试结果，则可通过纵向或横向比较的方式判断出运行设备的绝缘状况。

标准配置的检测仪仅设置参考信号和被测信号两个信号输入端，测量时只需将检测仪的信号输入端与安装在设备下方的外置式传感器通过测量电缆联接即可，完全实现“即插即用”。采用这种设计结构，不但可降低检测系统的投资，还有助于提高长期工作的稳定性，并可随时对检测精度进行校验，对设备的运行状态也没有任何改变。

5.便携式容性设备带电测试仪的优点

便携式容性设备带电测试仪体积小、便于运输、操作方便，适合现场使用。通过在电力电缆线路上实际应用该项技术，可以在发现电缆潜在绝缘隐患的同时，积累电力电缆的绝缘信息资料，形成绝缘档案，从而便于电缆运维部门在实际工作中可以准确快速地了解电缆的运行情况，排除无效操作、误操作的干扰,从而保证加压过程的正常顺利的完成，防止人身安全事故的出现。

6.结语

便携式容性设备带电测试仪极大提高了普测的工作效率，将发现故障的时间节点大大提前，设备维护的经济效益也显著提高，为变电设备平稳运行，打造坚强智能电网发挥了不可或缺的作用。

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