容性電氣設備在線監測關鍵技術研究

王玉巧，李文方

（黃河科技學院，450006）

0 前言

在電力系統比如變壓站中有很多的容性設備在運行，這些電氣設備絕緣的好壞直接影響著系統的安全。為了對電氣設備的絕緣狀況進行監測，國家電力及其它相關部門制訂了很多相關的試驗措施及標準，比如電氣設備交接試驗標準、電氣設備預防性試驗規程等。通過定期的預防性試驗和交接試驗，來監測容性電氣設備的絕緣狀況。由于電氣設備預防性試驗存在一定的弊端，在電力科學發展的大趨勢下，電氣設備在線監測系統就起到了關鍵性的作用，而容性設備絕緣在線監測系統便是其重要的一個分支團。

1 國內外技術發展水平及趨勢

國外對容性電氣設備絕緣在線監測技術的研究大概有70多年的歷史，并且已有產品投入商業運行。前蘇聯、澳大利亞、美國、加拿大等國家都開發出了同類裝置，并且投入運行。在我國，此類技術的研究和應用大概有20年。目前國內對提供有效的故障診斷方法及介質損耗角的數字化測量方法及其重視。國內很多科研機構及高校都投入了大量的人力及物力進行研究與開發，并已經有穩定的產品投入運行，但是由于技術上存在一定的缺陷，實際投運的效果并不理想，沒有得到預期的經濟效益和社會效益。

國內外經驗表明，通過測量介質損耗tgδ及電容量Cx，可較為靈敏的發現容性設備的絕緣缺陷，目前所有的在線監測系統均把該項目作為重點測量的對象。

1.1 主要研究內容

（1）容性設備介損的諧波分析法研究。

（2）設計基于DSP和CPLD的在線監測單元。

（3）基于DSP和CPLD邏輯設計。

（4）基于DSP的快速傅里葉變換（FFT）的研究與優化。

1.2 實施方案

本項目通過對容性設備介損在線監測關鍵技術的研究，設計開發了一種基于DSP和CPLD的在線監測系統，以諧波分析算法為基礎，采用鎖相倍頻技術，實時跟蹤電網頻率，實現整周期采樣，消除頻譜泄露的影響，采用優化的快速傅里葉變換（FFT），求出電壓、電流的基波系數，進而求得介質損耗等電氣參數，同時把介損參數通過RS485總線上傳到主控室。

1.2.1 容性設備在線測試方法

容性設備帶電測試中的絕對值測量法，其原理接線圖如圖1所示：從PT二次端子取電壓信號，從設備末屏或連接地線上的電流傳感器提取電流信號，再經過儀器內部處理后得到被測介損和電量。

圖1 絕對測量法 原理圖

1.2.2 容性設備現場故障模擬及可行性分析

在電壓作用下各種電介質都有介質損耗。介質損耗會使溫度上升，促使絕緣材料老化。如果介質溫度高到讓絕緣體熔化、燒焦，就會使材料失去絕緣性能進而導致熱擊穿。由此可見，介質損耗的大小直接關系著容性設備絕緣水平的高低。容性設備的絕緣特性如圖2所示。分布介質的電壓可看成由電容電壓分量Uc和電阻電壓分量Ur兩部分組成。通常絕緣良好的介質，Uc>>Ur。

圖2 容性設備的絕緣等值電路和相量圖

1.2.3 容性設備帶電測試的實施和試驗數據分析

我們以110kV高浦變102 CT，104 CT為試驗對象，進行了容性設備帶電測試故障診斷試驗，試驗內容如下：根據高浦變102CT之前的在線數據，利用tanδ=ωCx.'Xr計算，值見表1，介損變化率在50%一100%之間最合適，因為變化率太小，故障不明顯，判斷不出故障，變化率太大，遠超過無缺陷時的介質損耗，同樣不利于校驗。

以高浦變102CT帶電測試數據為例來分析，表2為其停電試驗數據，tan δ p是計算出來的。停電數據和帶電測試的數據相差不大，說明帶電測試系統能真實反映設備真正狀態。

1.3 技術關鍵及路線

整周期采樣：在周期性電參量的測量中，進行同步采樣是準確測量實時信號的關鍵。解決傅里葉變換中出現的頻譜泄露現象，實現整周期采樣，設計了基于CPLD的鎖相倍頻電路，實時跟蹤電網頻率，保證同步電網頻率，實現精確測量。

諧波分析法：利用離散傅里葉變換對監測設備的電壓電流信號進行諧波分析，求出相應的基波，進而求得相位差、介損因數。該方法利用了三角函數的正交性，使得傅里葉變換求解時可以很好的克服干擾，尤其是諧波的零漂、溫漂干擾等，因此能有較強的穩定性和較高的測量精度。

整個監測系統可歸納為3個子系統：

1、現場中被監測的電氣設備和相關的傳感器；

2、信號預處理系統和數據采集單元；

3、信號處理和診斷系統。

表1 根據高浦變102CT在線的數據計算出r值

表2 110kV高浦變102 CT停電試驗數據

2 結語

隨著國家電網工程的開發，電力部門的科學建設正在分步驟有計劃的實施，這對農電發展都有很好的促進作用，對農電信息化建設也具有很高的戰略意義。容性設備在線監測與診斷系統已經投入運行，但效果并不十分理想，針對其存在的問題，本研究對介質損耗角在線測量、信號提取和監測數據處理方法等進行了深入的研究與改進，以求取得預期的經濟效益和社會效益。

[1]王志強，李建剛基于“SG186”的省電力公司信息系統規劃[J].電力信息化，2006，（4）

[2]吳冰，李濤，伏如祥SG186信息北效能評價體系研究[J].電力信息化，2009，（7）

[3]劉建生談農電信息化建設[J].農村電氣化，1997，（11）

[4]歐偉，凡利達推動農電信息化建設的基本思路[J].電力信息化，2007，（5）