一种电厂共箱母线支柱绝缘子凝露在线监测装置的制作方法

[0001]
本实用新型涉及绝缘子凝露在线监测方法，特别是一种电厂6(10)kv共箱母线支柱绝缘子凝露在线监测装置。


背景技术：

[0002]
目前，在发电厂厂用电系统普遍为6(10)kv，该系统采用三相一体的共箱母线，目前约80％的共箱母线采用三相分体的支柱绝缘子结构，其余采用三相一体的环氧树脂板(或dmc板)。共箱母线主要是金属盖板和密封圈配合防潮，随着运行时间的加长，因为盖板变形、焊缝开裂和密封圈失效等，整体密封性下降。潮气、雨雪、灰尘和盐分等易进入共箱母线，使共箱母线的绝缘下降而导致绝缘故障，因共箱母线绝缘故障造成的机组非停时有发生，尤其在夏季雨水季节、冬季雪后初晴时，运行10年以上的机组发生的概率更高。目前采用共箱母线主要靠加强运行巡视，检修清理，加装热缩护套等措施预防。加装热缩护套能有效改善直线段裸露母线的绝缘状况，然而在共箱母线穿墙处(冷热空气交替)，共箱母线转角处(电场畸变)和垂直段的支柱绝缘子易发生凝露造成的放电现象。共箱母线相间主要靠空气绝缘，相对地主要靠棒形支柱绝缘子的支撑，当共箱母线受潮时，绝缘子表面凝露(雾状小水珠)更易形成放电通道。然而棒形支柱绝缘子对母线起到机械支撑的作用，不容替代。对于共箱母线内绝缘子表面的绝缘状况除了在停机状态测试绝缘电阻外，运行时缺少有效监测方法与手段。


技术实现要素：

[0003]
针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本实用新型之目的就是提供一种电厂共箱母线支柱绝缘子凝露在线监测装置，可有效解决共箱母线支柱绝缘子凝露在线监测的问题。
[0004]
本实用新型解决的技术方案是，
[0005]
一种电厂共箱母线支柱绝缘子凝露在线监测装置，包括共箱母线箱体和并排竖直设置在共箱母线箱体内的3个支柱绝缘子，u、v、w三相母线水平分布于3个支柱绝缘子顶部，其特征在于，其中一个支柱绝缘子远离母线一端的根部缠绕有铜带，共箱母线箱体上设置有穿墙套管，该在线监测装置还包括控制器、电流互感器、信号采集装置和报警器，穿墙套管位于共箱母线箱体内部一端的导电部分与铜带相连，穿墙套管位于共箱母线箱体外部一端的导电部分与电流互感器的输入端相连，电流互感器的输出端分别与信号采集装置的电流输入端和控制器的输入端相连相连，信号采集装置的电压输入端与电厂电压互感柜内的电压互感器二次侧相连，信号采集装置的输出端与控制器的输入端相连，控制器的输出端与报警器相连。
[0006]
优选的，所述的共箱母线箱体侧壁上固定有控制箱，信号采集装置、电流互感器、控制器均安装在控制箱内，控制箱外部分别装有显示器、报警器、按键以及第一接头、第二接头，第一接头与电压互感器二次侧相连，第二接头与电流互感器的输入端相连，电流互感
器的输出端分别与信号采集装置的输入端和控制器的输入端相连，穿墙套管位于共箱母线箱体外部一端的导电部分与第二接头相连，控制器分别与信号采集装置、报警器、显示器、按键相连。
[0007]
优选的，所述控制箱内还设置有电源和ad转换器，ad转换器的输入端分别与信号采集装置和电流互感器的输出端相连，ad转换器输出端与控制器的输入端相连，电源与控制器相连。
[0008]
优选的，所述铜带缠绕在位于中心的支柱绝缘子上。
[0009]
本实用新型结构新颖独特，简单合理，易生产，易操作，在现有共箱母线的基础上进行改造即可，通过停机检修时模拟支柱绝缘子不同的凝露状态，从而采集阀值，在通过阀值进行凝露监测，可实现运行状态下在线测量绝缘子表面的全电流和功率因数，并判断绝缘子表面是否凝露，通过数据直观有效的判断绝缘子的绝缘状态，监测准确度高，为设备运行提供了可靠的参考数据，降低了设备非计划停机的风险，使用方便，效果好，是共箱母线内绝缘子凝露在线监测方法与除潮的创新，有良好的社会和经济效益。
附图说明
[0010]
图1为本实用新型的剖视图。
[0011]
图2为本实用新型设备连接示意图。
[0012]
图3为本实用新型电路连接框式图。
[0013]
图4、5为本实用新型支柱绝缘子等效电路图。
[0014]
图6为本实用新型穿墙套管的剖视图。
具体实施方式
[0015]
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细说明。
[0016]
由图1-6给出，本实用新型一种电厂共箱母线支柱绝缘子凝露在线监测装置，包括共箱母线箱体1和并排竖直设置在共箱母线箱体内的3个支柱绝缘子2，u、v、w三相母线水平分布于3个支柱绝缘子顶部，其特征在于，其中一个支柱绝缘子远离母线一端的根部缠绕有铜带4作为电极，共箱母线箱体1上设置有穿墙套管5，该在线监测装置还包括控制器、电流互感器12、信号采集装置和报警器，穿墙套管5位于共箱母线箱体内部一端的导电部分通过导线与铜带4相连，穿墙套管5位于共箱母线箱体外部一端的导电部分通过导线与电流互感器12的输入端相连，电流互感器12的输出端分别与信号采集装置的电流输入端和控制器的输入端相连相连，信号采集装置的电压输入端与电厂电压互感柜内的电压互感器二次侧相连，信号采集装置的输出端与控制器的输入端相连，控制器的输出端与报警器相连。
[0017]
为保证使用效果，所述共箱母线箱体1内底部固定有用于安装支柱绝缘子的底座3，3个支柱绝缘子2依次并排相间固定在底座3上；支柱绝缘子上均布有绝缘子伞裙，铜带4缠绕包裹在绝缘子伞裙下端与底座之间未设置伞裙部分的柱体上，这样使作为电极的铜带远离母线，避免母线放电的影响。同时，铜带与箱壳保持至少1cm的距离，外回路采用金属导线，电阻远小于1cm的绝缘子体积电阻，这样就可以将支柱绝缘子表面的泄漏电流引入外部回路，通过电流互感器采集回路总电流i
x
。
[0018]
所述的共箱母线箱体1侧壁上固定有控制箱6，信号采集装置、电流互感器、控制器
均安装在控制箱6内，控制箱6外部分别装有显示器7、报警器8、按键11以及第一接头61、第二接头62，第一接头61与电压互感器二次侧相连，第二接头62与电流互感器的输入端相连，电流互感器的输出端分别与信号采集装置的输入端和控制器的输入端相连，穿墙套管5位于共箱母线箱体外部一端的导电部分与第二接头62相连，控制器分别与信号采集装置、报警器、显示器、按键相连。
[0019]
所述控制箱6内还设置有电源和ad转换器，ad转换器的输入端分别与信号采集装置和电流互感器的输出端相连，ad转换器输出端与控制器的输入端相连，电源与控制器相连。
[0020]
所述电源用于为各个元器件供电；
[0021]
所述ad转换器的用于将信号采集装置采集以及电流互感器输出的模拟信号转换为数字信号发送给控制器；
[0022]
所述电压互感器用于采集系统电压(pt二次电压)并将采集的电压信号传输给信号采集装置；电压互感器二次信号来源于厂用电互感器柜(电厂现有的设备)v相pt，精确度为测量级；
[0023]
所述电流互感器用采集回路总电流i
x
并将采集的电流信号分别传输给信号采集装置和控制器；
[0024]
所述信号采集装置用于接收电流互感器采集的回路总电流i
x
的电流信号，同时接收电压互感器采集的系统电压u的电压信号，并向控制器输出功率因数角余弦值cosφ，将该信号采集装置为现有技术，如可以采用单相数显功率因数表，具体可以为乐清菲兹电气有限公司销售的型号为pd194h-3k1单相数显功率因数表；
[0025]
所述控制器用于接收电流互感器输出的回路总电流i
x
以及单相数显功率因数表输出的功率因数角余弦值cosφ，同时输出阻性电路分量i
r
以及介质损耗因数角正切值tanδ，根据输出的阻性电路分量i
r
以及介质损耗因数角正切值tanδ与设定的阀值进行比较，并根据比较结果向报警器发出报警信号，该控制器为现有技术，如plc控制器、型号为stc89c51的单片机控制器等。
[0026]
所述报警器为蜂鸣器或报警灯或灯光报警器等，用于接收控制器发出的指令并进行报警提示。
[0027]
所述显示器用于显示控制器输出的凝露监测结构；按键用于向控制器输入指令，如停止报警、开关机、数据清零等，该显示器显示和键盘输入技术为本领域常规技术。
[0028]
所述穿墙套管5包括绝缘材料制成的外管5a和导电材料制成的内芯5b，外管固定在共箱母线箱体的侧壁上，内芯5b固定在外管5a中心且两端分别位于共箱母线箱体内部和外部，外管起到绝缘作用，防止干扰，内芯用于导电。
[0029]
所述铜带4缠绕在位于中心的支柱绝缘子上。如图1或2所示，并排三个支柱绝缘子2中，位于左侧的支柱绝缘子上引出u相母线91，位于中间的的支柱绝缘子上引出v相母线92，位于右侧的支柱绝缘子上引出w相母线93，铜带4缠绕在v相母线所在的支柱绝缘子根部。
[0030]
为避免u相、w相电流受v相电压的影响造成的干扰，仅测试v相的数据作为绝缘子凝露的判断依据即可。u、w相差120
°
相角，抵消干扰，大幅度精简测试方法，降低设备成本。考虑到共箱母线的结构，u、v、w三相为共箱布置，但是中间相v相的数据即可代表了共箱母
线内的所有绝缘子的凝露状态，因此优选v相母线所在的支柱绝缘子进行数据采集。
[0031]
一种基于上述装置的电厂共箱母线支柱绝缘子凝露在线监测方法，包括以下步骤：
[0032]
步骤一：采集阀值
[0033]
运行一年以上的电厂停机检修时，打开共箱母线箱体，此时3个支柱绝缘子呈污秽状态，然后采用喷水、烘干、擦拭的手段分别使位于中间的支柱绝缘子处于以下四种状态：
[0034]
1.污秽且干燥；2.污秽且凝露；3.清洁且干燥；4.清洁且凝露；
[0035]
3和4两种状态对应绝缘子检修以后投运之初，1和2两种状态代表绝缘子运行积污，具体方法为：运行一年以上的电厂停机检修时，支柱绝缘子处于污秽状态，即表面附着或堆积灰、土、气溶胶、盐分等自然积污物，此时吹入热风对绝缘子表面进行烘干，达到污秽且干燥的状态；然后通过喷壶向绝缘子表面喷水，达到污秽且凝露的状态；对支柱绝缘子进行擦拭，清除表面自然积污物并烘干，达到清洁且干燥的状态；通过喷壶向清洁的支柱绝缘子表面喷水，达到清洁且凝露的状态；
[0036]
四种状态的参照标准如下：
[0037]
1.污秽且干燥：电厂停机后，打开封面盖板，天气晴朗，通风约10min，绝缘子外表无明显的水珠及结霜状态，有细小颗粒状粉尘；
[0038]
2.污秽且凝露：在状态1的基础上，用喷壶将雾化的纯水(电导率小于1.0μs/cm)喷涂于绝缘子表面，1s/次，均匀喷涂即可；
[0039]
3.清洁且干燥：用干净的无纺布蘸纯水(电导率小于1.0μs/cm)，将状态2的绝缘子擦拭干净，天气晴朗，通风约10min；
[0040]
4.清洁且凝露：在状态3的基础上，用喷壶将雾化的纯水(电导率小于1.0μs/cm)喷涂于绝缘子表面，1s/次，均匀喷涂即可。
[0041]
通过电流互感器依次采集得到以上4种状态下的回路总电流i
x1
、i
x2
、i
x3
、i
x4
；
[0042]
通过信号采集装置依次采集得到以上4种状态下的功率因数角余弦值cosφ
1
、cosφ
2
、cosφ
3
、cosφ
4
；
[0043]
通过以下公式依次求得以上4种状态下的阻性电路分量i
r1
、i
r2
、i
r3
、i
r4
以及介质损耗因数角正切值tanδ
1
、tanδ
2
、tanδ
3
、tanδ
4
；
[0044]
i
r
＝1x
×
cosφ
[0045][0046]
式中：i
x
为回路总电流，i
r
为阻性电流分量，为功率因数角，δ为介质损耗因数角；
[0047]
支柱绝缘子回路等效电路图如图4、5所示，r为绝缘子的绝缘电阻，c为体积电容，u为6(10)kv系统电压，i
x
为回路总电流，i
r
为阻性电流分量，ic为容性电流分量，为功率因数角，δ为介质损耗因数角；
[0048]
单相数显功率因数表根据采集到的系统电压u与回路总电流ix可以测量得到功率因数角余弦值cosφ，从而计算阻性电路分量i
r
以及介质损耗因数角正切值tanδ，阻性电流i
r
和介质损耗因数角正切值tanδ随着绝缘子表面凝露状态的变化，可以作为运行状态绝缘子的特征参数；
[0049]
4种状态下的阻性电路分量i
r1
、i
r2
、i
r3
、i
r4
以及4种状态下的介质损耗因数角正切值tanδ
1
、tanδ
2
、tanδ
3
、tanδ
4
作为阀值；
[0050]
在运行电压状态下，流经绝缘子的回路总电流ix随表面凝露状态的变化而变化，其中回路总电流ix成分为阻性电流i
r
和容性电流i
c
，能表征绝缘子绝缘状况的为阻性电流i
r
，在凝露状态下，随加压时间的增加，绝缘子表面的水分也在蒸发和减少；
[0051]
在清洁状态下，分干燥和凝露两种状态测量回路总电流i
x
和功率因数角余弦值cosφ。清洁状态下，容性电流也有小幅增长，阻性电流则大幅增长。介质损耗因数角正切值tanδ受阻性电流的影响较大，该状态模拟绝缘子经检修擦拭后投运之初的状态，随运行时间的增长，绝缘子逐步积污，转污秽状态运行。
[0052]
在污秽状况下，分干燥和凝露两种状态测量回路总电流i
x
和功率因数角余弦值cosφ，i
x
从明显增加，功率因数角余弦值也有所下降。ix分为阻性电流i
r
和容性电流ic,当绝缘子表面凝露后，绝缘子表面介质由空气(介电常数为1)变化为水分(介电常数为81)，介电常数发生变化，因此容性电流亦发生变化，介质损耗因数角正切值受容性电流和阻性电流的综合影响。但是表征绝缘子绝缘状态的参数为阻性电流i
r
，同时介质损耗角正切值tanδ也发生变化，因此选用阻性电流i
r
的量值和介质损耗角正切值tanδ的量值作为绝缘子表面凝露的判断依据(阀值)。
[0053]
由于阈值受绝缘子材质(纯瓷或有机材质)和外形(爬距差异)影响，没组绝缘子均不同，因此需要提前采集阀值。
[0054]
步骤二：在线监测
[0055]
电厂正常运行，电流互感器实时采集回路总电流i
x
；信号采集装置实时采集功率因数角余弦值cosφ；从而得到实时的阻性电路分量i
r
和介质损耗因数角正切值tanδ，并根据得到阻性电路分量i
r
和介质损耗因数角正切值tanδ绘制曲线、自动存储数据；
[0056]
当0<i
r
<i
r3
且0<tanδ<tanδ
3
或i
r3
＜i
r
<i
r1
且tanδ＞tanδ
4
时，支柱绝缘子无凝露；
[0057]
当i
r1
<i
r
<i
r4
且tanδ＞tanδ
4
或i
r4
＜i
r
<i
r2
且tanδ
4
＞tanδ＞tanδ
3
时，支柱绝缘子凝露，报警器报警。
[0058]
所述控制器与用于烘干支柱绝缘子表面凝露的烘干设备相连，当0.7i
r2
≤i
r
且tanδ＞1.3tanδ
2
，控制器发出烘干指令，烘干设备对凝露的支柱绝缘子进行烘干，烘干设备可以为伴热带，可以对表面凝露的绝缘子开启烘干或者吹入热风。
[0059]
实验室采用外部励磁变压器产生高压3.6kv，施加于绝缘子上部，模拟运行状态；铜带缠绕于v相支柱绝缘子根部，同时通过对现场运行一年支柱绝缘子表面积污物的成分分析，采用同样材料进行表面积污物模拟，按本实用新型装置连接设备并通过本实用新型方法进行阀值采集和在线监测，经实验室阀值采集数据如表1所示。
[0060]
表1共箱母线绝缘子模拟带电测试数据
[0061]
[0062]
在运行电压状态下，进行喷水模拟凝露，流经绝缘子的总电流ix随表面凝露状态的变化而变化。其中ix中成分为阻性电流i
r
和容性电流i
c
，能表征绝缘子绝缘状况的为i
r
。在凝露状态下，随加压时间的增加，绝缘子表面的水分也在蒸发和减少。凝露报警时绝缘子状态呈现均为凝露状态，实现了运行状态下在线测量绝缘子表面的全电流和功率因数，并判断绝缘子表面是否凝露，通过数据直观有效的判断绝缘子的绝缘状态，监测准确度高，为设备运行提供了可靠的参考数据，降低了设备非计划停机的风险，使用方便，效果好，是共箱母线内绝缘子凝露在线监测方法与除潮的创新，有良好的社会和经济效益。