浅谈电力电容器在线监测技术

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　　摘要：目前电力电容器的检测试验通常是停电离线进行，影响了供电的可靠性。本文针对电力系统中电力电容器的常见故障，通过分析故障中伴随的放电现象，得到电力电容器的种种故障通常伴随有放电现象的结论，进而通过分析电力电容器在线监测其放电现象的各种手段，从而实现电力电容器的在线监测的应用。
　　
　　关键词：电力电容器；放电现象；在线监测；
　　
　　 电力电容器设备在电网中运行时，如果其内部存在因制造不良、老化以及外力破坏造成的绝缘缺陷，会发生影响设备和电网安全运行的绝缘事故。因此，在电力电容器投运后，传统的做法是定期停电进行预防性试验和检修，以便及时检测出设备内部的绝缘缺陷，防止发生绝缘事故。但是，随着国民经济的发展，社会对电力供应的可靠性要求越来越高，电力系统也逐渐发展壮大，传统的定期停电进行预防性试验的做法已不能满足电网高可靠性的要求。 随着科学技术的发展，电力电容器在线监测的概念越来越得到重视。
　　 传统的计划检修是按照预防性试验规程所规定的试验周期，到期必修，具有很强的周期性。优点是便于工作计划的安排。缺点是它不管设备的实际状况，具有很大的盲目性和强制性，易造成设备的“过度检修”，浪费了大量的人力物力，同时各种耐压试验又有可能对设备绝缘造成新的损伤等等。另外因试验电压低、试验时间短，根本无法准确地检测出设备运行电压下的缺陷。 而因停电产生的电网运行风险又降低了供电的可靠性。相比之下，在线监测指导下的状态检修则具有更好的实时性和真实性，针对性也会更强。可根据绝缘缺陷的发展和变化来确定检修项目、内容和时间，检修目的更为明确。同时提高了设备供电可靠性。减少了设备停电次数和时间，避免少供电，同时也提高了电力部门全员劳动生产率。
　　 对电力电容器进行在线监测，可以先从其运行情况进行分析：1、并联电容器
　　 并联电容器外表面封闭，通过出线端子与母线连接，有一端子接地线。内部由绝缘纸、铝泊和电容器油构成串联电容元件。并联电容器的故障现象包括渗漏油、鼓肚、外壳闪烙、熔断器熔断、爆炸等。这些故障几乎都会伴有放电现象的发生。瓷套管及外壳渗漏油。由于渗漏油导致套管内部受潮、绝缘电阻降低、油面下降、元件上部容易受潮而击穿放电。所有并联电容器的故障中，鼓肚现象是占比例最大的。一般油箱随温度变化发生轻微的膨胀和收缩是正常的，但当内部发生局部放电，绝缘油产生大量气体，就会使箱壁变形，形成明显的鼓肚现象，发生鼓肚的电容器不能修复，只能更换。
　　 熔断器熔断多源于电容器内部元件放电，发生故障击穿。电容器爆炸，当电容器内部元件故障击穿引起电容器极间贯穿性短路时，与其并联运行的其他电容器将对故障电容器放电，如果注入电容器的能量大于外壳能承受的爆破能量，则电容器爆炸。并联电容器事故除了运行中的脏污、受湿问题外，事故原因与电容器自身结构和制造质量也相关，综合分析如下：1）在高场强下，电容元件击穿的部位多在电极边缘、拐角和引线与极板接触处，以及元件出现褶迭部位。这些地方电场强度和电流密度都较高，容易发生局部放电和过热烧伤绝缘。在制造过程中应采取适宜隔离措施以及合理的结构设计。2）运行中电压过高或开关重燃引起的操作过电压，也将产生局部放电。电极对油箱的绝缘一般较高。制造工艺和产品元件质量如绝缘材料质量差，电容器油不纯净等是造成此类放电的主要原因。3）密封不良。如果密封不良，在运行过程中有可能进水受潮而导致损坏。密封不良运行中常表现为渗漏油。长期渗漏油的电容器，除内部进水受潮外，也会因油量减少上部漏油而发生放电故障。4）电力电容器运行电压过高，产生大量损耗，破坏绝缘。运行环境温度过高和谐波的加入也会成为诱发电容器放电的原因。前者破坏绝缘，后者提升了作用电压。 2、耦合电容器耦合电容器事故大多发生在阴雨污秽天气之中，事故现象为表面放电产生闪烙，内部放电积累可能引起击穿短路甚至爆裂。其故障现象分析雷同于并联电容器。除了运行中的脏污、受湿问题外，事故原因与电容器自身结构和制造质量也相关，综合分析如下：1）制造过程中，电容芯子位置处的绝缘设计不当，导致运行中芯子尖角处场强过大，容易引起放电。电容芯子烘干不好，残留水分或芯子卷制后又在空气中滞留时间过长而受潮也会形成隐患。
　　 2）关于密封不良。耦合电容器是全密封电器，如果密封不良，在运行过程中有可能进水受潮而导致损坏。每只耦合电容器均装有膨胀器，并经过出厂前的检查，密封不良运行中常表现为渗漏油。长期渗漏油的耦合电容器，除内部压力降低进水受潮外，也会因油量减少上部漏油而发生放电故障。3）制造过程中工艺上的不合理和缺陷以及搬运过程中引起的损伤也会成为耦合电容器事故的隐患。由已有经验来看，存在的隐患包括夹板在制造加工过程中有缺陷，电容器油中所含芳香烃成分偏少、元件开焊、元件错位等。这些缺陷也是极易诱发放电现象。 因此可判断局部放电现象是电力电容器普遍事故的初征兆，进而发展成部分元件的击穿短路故障。对电力电容器局部放电现象进行监测是防止电力电容器事故的有效途径。目前研究出的各种局部放电的检测方法主要包括：常规脉冲电流法、超声波法、特高频法和宽频带脉冲电流检测法等。
　　 1、常规脉冲电流法
　　 常规脉冲电流法通过检测阻抗或电流传感器，检测电力设备及部件内部由于局部放电引起的脉冲电流信号，获得视在放电量。该方法测量放电时回路电荷变化所引起的脉冲电流来实现对高压电力设备局部放电的检测。脉冲电流法采用的传感器为耦合电容或电流传感器，其测量频带一般为脉冲电流信号的低频段部分，通常为数kHz至数百kHz(至多为数MHz)。
　　 2、超声波检测法
　　 超声波是通过检测局部放电产生的超声波信号来测量局部放电的大小和位置。在实际检测中，超声传感器主要是通过体外检测的方式进行的。超声波方法用于在线监测局部放电的监测频带一般均在20kHz～230kHz之间。超声波法检测局部放电具有易于实现在线检测;便于空间定位的优点。
　　 3、特高频法(UHF法)
　　 特高频法(以下简称UHF法)是目前局部放电检测的一种新方法，研究认为，每一次局部放电过程都伴随着正负电荷的中和，沿放电通道将会有过程极短陡度很大的脉冲电流产生，电流脉冲的陡度比较大，辐射的电磁波信号的特高频分量比较丰富。该技术的特点在于：检测频段较高，可以有效地避开常规局部放电测量中的电晕、开关操作等多种电气干扰;检测频带宽，所以其检测灵敏度很高;而且可识别故障类型和进行定位。同时特高频方法采取天线空间耦合射频信号的方式使监测系统与被检测对象之间没有电气连接，对操作人员及监测设备而言都具有更高的安全性。
　　 4、宽频带脉冲电流检测法
　　 宽频带脉冲电流检测技术是在足够宽的检测频带范围内检测局部放电产生的脉冲电流信号，局部放电信号一般通过安装在被测设备接地线上的穿芯式电流传感器或钳型电流传感器来获得，在实验室条件下也可在放电模型接地回路中串入无感电阻来获得真实的局部放电信号，一般检测频带为1kHz～50MHz。
　　 从本质上讲，宽带脉冲电流法检测方法是常规脉冲电流法(多为40kHz～200kHz，至多不超过1MHz)在频率范围上的展宽，这就使其具有测量频带宽包含的局部放电信息量大等优点，既保留了常规脉冲电流法可以测量放电量的优点，同时可以更加真实地反映局部放电的原始脉冲电流特征，为采用脉冲电流波形分析的方法进行信号与噪声分离提供了可能，配合局部放电信号其他统计谱图可以实现不同放电模式的模式识别。国外在超宽带的局部放电检测方面的研究就已取得了显著效果，
　　 综合比较上述几种方法，对在电力电容器装置而言，电位最低处位于它的接地线上，因此，无论是电容器的表面放电或内部放电大多信号都应该通过该地线游走。所以可采用宽频的罗可夫斯基线圈（频率响应较宽，最高测量频率可达30MHz）作为传感器从电容器地线上取放电信号，送入频谱分析仪，可得到取出信号的频谱图，由于内部和外部放电信号频率差异较大，与计算机数据库中的规范频谱分析数据进行比较，可判定电容器内部是否放电。放电强度，信号的辨识可采用相应的能量传感器和消噪方法进行测量的完成。
　　 本文系统地介绍了电力电容器常见故障，分析出了放电为其故障的初征兆，同时也介绍了几种局部放电检测技术，推荐了宽频带脉冲电流检测法。对电力电容局部放电的监测和诊断，是提高设备状态评估质量的有效方法，但电力电容器的状态评价还不能仅依靠局部放电的监测和诊断，应该还结合其他监测数据，如近年来的高压试验等离线数据、放电早期的诊断方法等多方法综合判断，判断时也应该将诊断软件的自动分析判断与人工经验相结合，才能有效的评价其健康状态，为合理开展电力电容器的状态检修提供科学依据。
　　
　　
　　

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