SF6电气设备绝缘状态监测技术研究及应用

1绪论/ 001

1.1SF6气体性质及SF6电气设备简介002

1.1.1SF6气体性质002

1.1.2SF6电气设备003

1.2SF6电气设备中分解物检测技术现状008

1.2.1SF6气体分解物产生机理008

1.2.2SF6气体分解物检测技术009

1.3SF6电气设备气体泄漏检测技术现状011

1.3.1SF6电气设备泄漏原因011

1.3.2SF6气体泄漏检测技术012

1.4SF6电气设备中湿度检测技术现状014

1.4.1SF6电气设备中湿度检测原因014

1.4.2SF6电气设备中湿度检测技术015

1.5SF6电气设备状态监测需解决的问题015

2SF6电气设备中SO2含量及SF6纯度在线监测系统/ 017

2.1在线监测SF6电气设备中SO2含量及SF6纯度的意义017

2.2SF6电气设备中SO2含量及SF6纯度在线监测系统的监测方法及系统构成018

2.2.1监测方法018

2.2.2系统构成019

2.3SF6电气设备中SO2含量及SF6纯度在线监测系统的技术性能021

2.3.1系统气路021

2.3.2系统变送器023

2.3.3后台机和局方监测单元039

2.3.4系统关键传感器检测技术045

2.4SF6电气设备中SO2含量及SF6纯度在线监测系统的实验室验证053

2.4.1硬件气路部分密封性测试053

2.4.2通信测试054

2.4.3软件运行稳定性测试054

2.4.4标定测试055

2.4.5出厂检验及第三方检验058

2.5SF6电气设备中SO2含量及SF6纯度在线监测系统在变电站运行059

2.5.1挂网前数据验证059

2.5.2变电站现场运行060

本章小结061

3一拖三SF6电气设备绝缘状态在线监测系统/ 063

3.1在线监测多台SF6电气设备中SO2含量、SF6纯度及湿度的意义063

3.2一拖三SF6电气设备绝缘状态在线监测系统的监测方法及系统构成064

3.2.1监测方法064

3.2.2系统构成064

3.3一拖三SF6电气设备绝缘状态在线监测系统的技术性能066

3.3.1系统气路066

3.3.2系统变送器069

3.3.3后台机、局方监测和站方监测单元073

3.3.4IEC61850服务端081

3.3.5含量增长计算方法083

3.3.6故障报警判断模型084

3.4一拖三SF6电气设备绝缘状态在线监测系统的实验室验证085

3.4.1硬件气路部分密封性测试085

3.4.2通信测试085

3.4.3软件运行稳定性测试086

3.4.4标定测试086

3.4.5第三方检验093

3.5一拖三SF6电气设备绝缘状态在线监测系统在变电站运行093

本章小结096

4GIS气体组分光声光谱在线监测系统/ 098

4.1在线监测GIS中多种气体分解物的意义098

4.2GIS气体组分光声光谱在线监测系统的监测方法及系统构成100

4.2.1监测方法100

4.2.2系统构成110

4.3GIS气体组分光声光谱在线监测系统的技术性能111

4.3.1系统气路111

4.3.2光声光谱气体传感器硬件设计112

4.3.3系统软件130

4.4GIS气体组分光声光谱在线监测系统的实验室验证137

4.4.1装置气密性检测和光路调试137

4.4.2光声检测系统的噪声分析137

4.4.3GIS气体组分光声光谱定量检测分析138

4.4.4第三方检验140

4.5GIS气体组分光声光谱在线监测系统在变电站运行141

本章小结143

5SF6-GDWD泄漏分布式在线监测系统/ 144

5.1在线监测室内SF6电气设备泄漏的意义144

5.2SF6-GDWD泄漏分布式在线监测系统的监测方法及系统构成145

5.2.1监测方法145

5.2.2系统构成157

5.3SF6-GDWD泄漏分布式在线监测系统的技术性能159

5.3.1红外传感器159

5.3.2超声传感器160

5.3.3氧气传感器178

5.3.4温湿度传感器179

5.3.5继电器模块181

5.3.6控制模块181

5.3.7系统软件186

5.3.8测点外观设计197

5.4SF6-GDWD泄漏分布式在线监测系统的实验室验证198

5.4.1标定测试198

5.4.2第三方检验202

5.5SF6-GDWD泄漏分布式在线监测系统在变电站运行202

本章小结203

结语/ 205

参考文献/ 208 2100433B

本书在总结大量研究成果和实际操作经验的基础上，重点阐述了研制四类在线监测系统的技术内容，分别为SF6电气设备中SO2含量及SF6纯度在线监测系统、一拖三SF6电气设备绝缘状态在线监测系统、GIS气体组分光声光谱在线监测系统和SF6GDWD泄漏分布式在线监测系统。这四类系统可靠性高，能有效监测设备的运行状态，保证SF6电气设备的安全运行，从而提高设备的维护和检修水平，为设备状态监测技术发展提供参考，保证电力系统的供电可靠性。

本书可供电力行业相关人员使用，也可供高等院校相关专业师生参考。

本书较全面地介绍了绝缘在监测系统各部件工作原理、监测系统及其误差来源，电气设备局部放电在线监测技术，还着重介绍了变压器局部放电在线监测及定位技术。书中阐明了绝缘在线监测与状态维修的关系，状态维修专家决策系统的构成以及设备状态维修在电力系统中的重要性。

本书适用于电力系统、工业企业供电部门的技术人员和管理人员阅读，也可作高等院校相关专业学生及教师的参考书。

电气设备绝缘在线监测是当前电力行业最具活力的技术领域之一。本书是作者多年来讲授“电气设备在线监测”及相关课程以及长期从事电气设备绝缘状态的在线监测研究的工作经验总结，介绍了相关的在线监测的原理和技术。本书主要内容包括电气设备中固态、液态和气态绝缘材料的电性质；电气设备绝缘状态的在线监测的系统构成；电气设备绝缘材料各状态参量在线监测的原理和方法。

本书注重从系统的角度描述电气设备绝缘状态在线监测的基本原理和实现方法，注重知识体系的全局性、完整性，注重基本概念的阐述和基本原理的分析。适合作为高等学校电气工程大类专业课程的教学用书，也可作为电力行业相关技术人员的参考用书。

前言

对电力设备进行在线监测是实现设备故障诊断、预知性维修的前提，是保证设备安全可靠运行的关键，也是对传统的离线预防性试验的重大补充和拓展。近几十年来，在线监测技术在世界各国得到了迅速发展和广泛应用。国内出版了多部相关的教材和著作，对于普及和推动我国电气设备状态监测技术起到重要作用，特别是对高等学校电气工程专业的教学和研究发挥了积极作用。为了适应本技术的发展需要，作者在多年讲授“电气设备在线监测”及相关课程以及长期从事电气设备绝缘状态的在线监测研究工作的基础上，编写了本教材。

本教材从较为新颖的角度介绍了电气设备绝缘状态在线监测的知识体系，首先介绍了电气设备绝缘状态在线监测的理论基础，分别对固态、液态和气态绝缘材料在电作用下的微观和宏观表现进行阐述； 其次介绍电气设备状态在线监测的系统构成，并描述在线监测系统的组成模块及各模块的功能； 最后介绍电气设备绝缘材料各状态参量在线监测的原理和方法，即对局部放电、泄漏电流、介质损耗角正切值以及电阻和温度等状态参量的监测原理和方法进行详细介绍。

本教材在编写过程中遵循以下原则。

1. 知识体系创新

本书创新了电气设备绝缘状态在线监测教材的内容体系，提出了从原理到系统构成到实现方法的知识结构，有利于电气工程大类学生对于该专业课程内容的吸纳，以及相关专业教师在教学活动中使用。

2. 理论联系实际

本书将电气绝缘的理论与电气设备绝缘状态的在线监测技术联系起来，将电气设备绝缘状态的在线监测技术与相应的工程实例联系起来，有利于学生从系统的角度，从实用化的角度理解和掌握该专业课程。

3. 内容更加全面

本书针对电气设备绝缘的各种相关状态参量的在线监测技术和实现方法进行较为完备的归纳、综述，适当引入该领域中的新方法和新成果，有助于读者从宏观上把握技术发展的方向和趋势，并在分析现有技术成果的基础上对未来的发展进行判断。

4. 面向教学

本书从教学活动的实际要求出发，一方面从系统和应用的角度，提出相对完备而合理的知识体系； 另一方面是注重对于基本概念和基本原理的透彻讲解和分析。本书提供了电子课件和相关教学资料。

本教材的特点是： 注重从系统的角度描述电气设备绝缘状态在线监测的基本原理和实现方法，注重知识体系的全局性、完整性，注重基本概念的阐述和基本原理的分析。适合作为高等学校电气工程大类专业课程的教学用书，也可作为电力行业相关技术人员的参考用书。

本书作者的研究工作得到了国家科技型中小企业技术创新基金项目（No.09C26225115524）、重庆市科技攻关计划项目（No.CSTC2011AC2179）、重庆市科学技术委员会自然科学基金重点项目（No.CSTC2007BA2023，No.CSTC2007BA3001）、重庆市科学技术委员会自然科学基金项目（No.CSTC2005BB2077）、重庆市教育委员会科学技术研究项目（No.KJ070605，No.KJ060613）等的资助，在此表示谢意！

本书由余成波负责全书的统稿和审校。其中，第1、2章，第5章和第8章由雷绍兰负责； 第3、4章，第6、7章和第9、10章由陈学军负责； 绪论和第11~14章由王士彬、余斐负责。参加各章节编写的还有李彦林、李洪兵、熊飞、唐海燕、余磊、谭俊、李芮、何强、刘天宝、曾一致、晏绍奎、田引黎、赵西超、代琪怡、肖丹、杨翼驹、柯艳红、王帅等。

本书在编写过程中参考了大量文献和资料，在此对原作者深表感谢，恕不一一列举。同时，本书在编写过程中得到了众多高等学校、科研单位、厂矿企业等的大力支持和帮助，并获得了许多宝贵的意见，在此一并表示衷心的感谢。

本书内容全面而实用，适用面广，不仅适合作为高等学校电气工程大类专业课程的教学用书，也可作为电力行业相关技术人员的参考用书。

热忱地期望各位读者和同仁对本书中的疏漏和不足提出指正和建议。

编著者

2013年2月

前言

第1章 概论

1 电气设备绝缘在线监测技术在电力系统中的重要性

2 电气设备绝缘的特征量

3 绝缘在线监测系统功能

4 绝缘在线监测系统基本结构

5 电气设备绝缘在线监测项目与预防性试验项目比较

6 电气设备绝缘在线监测和状态维修技术应用

第2章 绝缘在线监测传感器

1 电压传感器的基本原理

2 电流传感器的基本原理

3 电流传感器铁芯

4 早期绝缘在线监测系统的取样方式

5 常用电流传感器

6 电流传感器误差分析

7 电流传感器检测方法

8 传感器的屏蔽与保护

第3章 绝缘在线监测量的模-数转换

1 模-数转换基本概念

2 模-数转换电路

3 绝缘在线监测量的模-数转换

4 绝缘在线监测模-数转换误差分析

第4章 多路模拟开关、数字量输入输出接品

1 一般介绍

2 电子模拟开关的基本原理

3 多路模拟开关的应用

4 数字量输入输出接品板

第5章 测量电缆、电源净化系统

1 测量电缆

2 隔离变压器

3 电源尖峰波滤波器

4 电源稳压系统

第6章 绝缘在线监测系统

1 绝缘在线监测系统原理

2 绝缘在线监测系统软件包

3 电气设备信号取样方法

第7章 电气设备介质损耗因数在线监测方法

1 概述

2 在线监测值时几种计算方法比较

第8章 在线监测介质损耗因数误差分析

1 电压互感器误差

2 电流传感器、电压传感器误差

3 A/D采样误差

4 测量电缆引起的误差

5 采用其他在线监测方法测量及其误差分析

6 绝缘在线监测系统标准的建立

第9章 变压器、电抗器套管绝缘在线监测

1 电容型套管

2 电容型套管预防性试验与绝缘在线监测数据比较

3 利用三相套管抽头的不平衡电流作套管理缘在线监测

第10章 耦合电容器绝缘在线监测

1 耦合电容器介绍

2 耦合电容器绝缘在线监测

第11章 电流互感器、电压互感器绝缘在线监测

1 概述

2 电流互感器绝缘在线监测

3 电磁式电压互感器绝缘在线监测

4 电容式电压互感器绝缘在线监测

5 电容式电压互感器在线监测介质损耗因数测量结果分析

第12章 避雷器绝缘在线监测

第13章 绝缘在线监测系统实施方案比较

第14章 电气设备局部放电测量原理

第15章 变压器局部放电在线监测

第16章 电缆、互感器、发电机及GIS局部放电在线监测

第17章 油中气体在线监测

第18章 电力外绝缘污秽度在线监测

第19章 电力系统电气设备状态维修

附录 局部放电检测仪视在放电量校准器自检定方法

参考文献