容性设备在线监测
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u
传感器 1
uv
多通道 RS232
波形采
i 传感器2 ui 集装置
微机 结果
(软件法)
软件法处理的基波不受高次谐波和电子线路产生的零漂的影响;克服硬 件法的模拟测量法抗干扰能力差的特点;即提高了测量精度及测量结果的稳 定性。
二、信号采集影响因素的分析
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? 1.传感器的特性
采用“PT 基准信号法”虽然能获得绝对的tan??,但因PT 的副边和原边 有一定的角差,即使二次绕组准确等级是0.2 级的,其角差??<20 分,相当于 0.58%弧度,而正常电容型设备的介质损耗通常较小,仅在0.2%~0.6%之间, 显然这会严重影响检测结果的真实性。
缺陷; ? 介质电容量Cx:可以反映绝缘击穿问题。
一、容性设备在线监测的概述
5 ? 4.以tan??的检测为例,其基本原理:
? 在直流电压下,介质损耗主要是电导损耗;在交流电压下,除了电导 损耗,还存在极化损耗。
? 在交流电压下,容性绝缘介质的等效电路图(以并联型为例)
I=Ir+IC ~U
绝缘介质等效电路图
容性设备在线监测有效 性分析及算法改进
主要内容
2
? 一、容性设备在线监测的概述 ? 二、信号采集影响因素的分析 ? 三、信号分析方法的改进 ? 四、实例分析
一、容性设备在线监测的概述
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? 1. 容性设备
容性设备是重要的容性设备要的输变电设备,占变电站总设备的 40%~ 50%,主要包括:
电流互感器
采用软件法计算出信号基波的真实频率,
利用真实频率确定最佳采样频率和采样点数;
再利用傅里叶分解求取tan??。
参考文献[1] :邹艳平. 电气设备介质损耗在线测量的谐波分析法研究
黑龙江电力,2008,01:13-15.
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? 3.相关函数法的改进
相关函数法的基本原理:假设电压、电流经过滤波后的角频率均为
Ir
IC ? I
? U
电流相量图
电流 I=Ir+IC
一、容性设备在线监测的概述
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S ?Q
? P
功率三角形
视在功率
S= P + jQ = U I r+ jUI C
介质损耗 P= Q tan? = U2 ? C tan? 单元体积的介质损耗 P= Q tan? = E 2 ?? tan?
∴ ??∝tan??
??、初相角分别为 ??和??+ ? ,幅值分别为 A和B的两个正弦信号 x(t)和
y(t):
(1)
定义x(t)和y(t)的自相关系数
和互相关系数 ;??为延迟时间。
(2)
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? ??=0时,可得出:A、B和? 的计算式:
(3)
? ??=π/2- ? ,即可求出介损常数。
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? 2.谐波分析法
在对数据进行分析时,无论是谐波分析法还是滤波法,都是基于固定的 基频——50Hz进行计算的。采样点数也都是按照整数周期计算,但实际的电 网频率往往在49.8~50.2Hz范围内波动,甚至在更大范围内波动,不能确保积 分长度是整周期。
对于谐波分析法 来讲,采样通常在非同步情况下进行 , 即使采用了跟踪 锁相技术, 采样频率的控制也很困难 , 故难以实现严格的同步采样,产生 频 率泄露问题。文献[1] 提出改进方向:
? 但是,式子(3)严格成立的条件是积分式子(2)的周期是整数周期。对 于基频不严格等于50Hz的电源频率会造成计算误差。文献[2] 提出改进积 分区间的方法:利用插值法确定整数周期:
利用插值法找到任意两个同向过零点 的位置Z1和Z2,进行积分计算。
参考文献[2]: 左自强,徐阳,曹晓珑,刘斌. 计算
高压套管
耦合电容器
电压互感器
电力电容器
一、容性设备在线监测的概述
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? 2.容性设备的特点:
? 检修数量大 ? 检修目标明确 ? 安全性重要
传统的定期检修已不能满足高压输变电设备安全运行的要求,以状态检 修代替定期检修已成为电力系统设备检修的发展趋势及目标。
? 3.监测项目:
? tan??:可以反映绝缘受潮、脏污、气隙放电; ? 泄漏电流 I:一般是直流泄漏电流试验 ,可发现绝缘物的硬伤、脆裂等
tan??是仅取决于材料的特性与材料尺寸无关的 物理量
一、容性设备在线监测的概述
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tan??检测方法:硬件法与软件法
硬件法主要用于分散式 (便携式)监测装置,主要有:过零检测法,三相 不平衡法,电桥法等。
Cx uv ui
(a)
u 传感器 u v 前向通道 信号
i
ui
处理
传感器 前向通道 系统
(b)
? 4. 环境因素
户外环境,运行电压较高,易受到温度、湿度、外绝缘污秽的影响,造 成表面泄露,使损耗增大,造成在线监测数据不稳定。
? 5.其它运行项的电场及磁场耦合干扰
变电站内的运行电气设备除了要承受工作电压的作用,还会受相邻的其 它电气设备产生的电场影响,会影响传感器的灵敏度与可靠性。
? 6.其它实际操作中的因素
如电气接线,传感器质量因素,BNC接头出现问题等。
三、信号分析方法的改进
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1.软件法采集的信号在进行处理前需进行 A/D转换,在提取信号特征值时 需利用算法进行分析,信号处理的效果涉及到 采样频率、采样点数、数据分 析法三种关键要素。
波形真实度
采样频率
信噪比
后期处理时间
采样频率的选择需和后期数据处理系统的效率相互折中,但tan??的测量误 差在一定范围内随着采样频率的提高而显著降低,超过某一特定频率后优化效 果不明显。
应采用线性度好、灵敏性高、可靠性高、电磁兼容性能好的电流传感器。
? 2.基准电压的特性
目前抽取基准电压的方法大多是从 PT二次侧抽取,实践证明,其误差较 大。
二、信号采集影响因素的分析
10 ? 3.PT二次负荷的变化
电压互感器的测量精度与其二次侧负荷的大小有关,如果PT 二次负荷不 变,则角差基本固定不变。
数据
分析 tan?
系统
硬件法
硬件法不仅需要实现硬件采样还要进行数据处理分析,受到硬件采集及 处理性能的限制,容易受到硬件元件的零漂、谐波干扰以及硬件处理环节的 累计误差。
一、容性设备在线监测的概述
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软件法 主要用于集中式、分布式监测系统,采用波形分析的思路,硬件 只完成采样,通过编写多种上位机软件算法处理干扰、谐波的影响,较为灵 活。主要有:波形拟合法(基于最小二乘法)、滤波法、谐波分析法 。
电容型设备介质损耗因数的相关函数法的改进