介质损耗角正切值的在线监测

电容型设备介质损耗因数在线检测技术方法现代社会对电力的依赖性极高，安全、可靠、优质地供电是对现代电力系统运行提出的基本要求。

电网事故和大面积停电造成的经济损失无法估量，因此，提高电力设备运行的可靠性是保证电力系统运行的关键。

对于高压电力设备而言，一方面，要求制造商使用优质绝缘材料，改善绝缘结构、改进制造工艺；另一方面，在设备运行中通过必要的检测手段来评估设备绝缘状态、及早且有效地发现绝缘缺陷，将会对减少事故的发生、提高设备的运行具有重要的意义。

介质损耗因数检测电容型设备的绝缘特性重要性及原理电力系统中，高压电容式套管、电容式电流互感器、耦合电容器等设备是由若干个电容器串联而成的，故将它们统称为电容型设备。

介质损耗因数tanδ是反映绝缘介质损耗大小的特征参量，实际经验表明，对于体积较小的电容型设备，测量其整体绝缘介质损耗因数可较灵敏地发现设备中发展性的局部缺陷、设备绝缘受潮和劣化变质等，因而，测量tanδ对于判断电容型设备的绝缘状态十分重要。

电容型设备在交流电压作用下的绝缘特性可以等效为并联电路或串联电路。

在相量图中，为电流电压间的相位角即功率因数角，δ为其余角，称为介质损耗角。

对于无损耗的理想介质，=90°，δ=0；对于有损耗介质，0。

介质损耗角的正切值很好地反映了设备绝缘介质损耗的大小。

流过绝缘介质的电流由两部分组成：有功电流分量IR、无功电流分量IC，通常IC>IR，介质中的有功损耗功率为：（式1）由上式可以看出，介质损耗P与外施电压U的平方成正比，与电源角频率、介质的电容量C成正比，所以在高压、高频及大容量的电气设备介质的损耗也大。

当绝缘介质、外加电压和频率一定时，介质损耗和介质损耗因数tanδ成正比，即可用介质损耗因数tanδ来表征介质损耗的大小。

因此对电容型设备进行在线检测就是要测量电气设备的介质损耗角正切。

影响介质损耗因数在线检测结果的主要因素(一)基准电压的测量误差。

介质损耗角正切值的在线监测绝缘在线监测损耗因数tgδ的方法很多，如电桥法、全数字测量法等，常用的方法是监测绝缘体的泄漏电流及PT信号，通过计算泄漏电流和电压的相角差而得到介质损耗角正切值tgδ的数值。

其测量原理大都使用硬件鉴相及过零比较的方法。

目前的绝缘在线监测产品基本都是用快速傅立叶变换（FFT）的方法来求介损。

取运行设备PT的标准电压信号与设备泄漏电流信号直接经高速A/D采样转换后送入计算机，通过软件的方法对信号进行频谱分析，仅抽取50Hz的基本信号进行计算求出介损。

这种方法能消除各种高次谐波的干扰，测试数据稳定，能很好地反映出设备的绝缘变化。

但由于绝缘体的泄漏电流非常微弱，而且现场的干扰较大，要准确监测绝缘体的泄漏电流比较困难。

因此，要实现绝缘损耗因数tgδ的在线监测，必须解决微弱电流的取样及抗干扰问题。

一、电桥法电桥法在线监测tgδ的原理图如4-2所示，由电压互感器带来的角差，可通过RC移相电路予以校正。

然而角差会随负载大小等因素的影响有所变动，所以校正也不可能是很理想的。

电桥中R3，C4的调动可以手动，也可以自动。

由于是有触头的调节，为了长年的使用，必须选择十分可靠的R3，C4可调节元件。

电桥法的优点是，它的测量与电源波形及频率不相关；其缺点是，由于R3的接入，改变了被测设备原有的状态。

为了安全，还要装有周密的保护装置。

图4-2 电桥法在线监测tgδ原理图C x——试品；C0——标准电容器；PT——电压互感器；G——指零仪二、全数字测量法全数字测量法又称数字积分法，这是一种用A/D转换器分别对电压和电流波形进行数字采集，然后根据傅里叶分析法的原理进行的数字运算，最终可以求得tgδ值。

被测设备的电压信号由同相的电压互感器PT提供，或再经电阻分压器输出。

电流信号由电容式套管末屏C x2接地线或设备接地线上所环绕的低频电流传感器CT获得。

由后者把电流信号转换为电压信号。

这种CT需要特殊设计，以使所产生的角差极小。

在线监测技术赏析八篇在线监测技术第4篇[关键词]计算机网络；平安防护；网络信息[DOI]10.13939/ki.zgsc.2023.42.138随着智能电网技术的不断进展，运用物联网技术的状态检修成为了变电检修的主流模式。

而状态检修的核心技术，就是对高压电设备的运行状态进行在线监测，以便精确评估高压电设备的运行状态，制订合理的检修方案。

因此，对在线监测技术的讨论成为了一个国内外电力行业的热门讨论方向。

1在线监测技术相关概念1.1在线监测概念在线监测，指的是在状态检修时，运用各类传感器与测量方式对可以反映出高压电设备工作状态的一些化学、物理参数进行监测。

在线监测的主要目的是通过这些数据，分析监测设备是否在正常运行。

在线监测主要通过实时监控的方式进行，主要包括重点维护性监测和日常爱护性监测。

其中，重点维护性监测指的是通过实时监控或定期检查，监测设备的缺陷，避开严峻故障的发生。

日常爱护性监测，则主要通过对设备实时运行的参数进行监测，并在易发生故障处设置特地的传感器，以便实时反映设备的工作状况，一旦消失问题则准时预警进行检修。

1.2在线监测的内容对高压电设备进行状态检修中在线监测的主要内容包括：对信号的监测、对传感器的数据采集、数据处理。

具体工作内容是：通过布置在设备上的各类传感器（光、温度、振动、语音等）来监测设备的各类物理、化学参数，并将这些数据通过网络传输、信号转化，通过信息处理技术进行采集和处理，最终将信息传输到中控室监控主机的服务器内。

其传输载体一般是光纤或电缆。

目前，国内常用的在线监测系统有两类：一类是集中式在线监测系统，另一类是分散式在线监测系统。

其中，集中式指的是将监测信号通过光纤全部传输到中控室掌握主机的在线监测屏上，进行集中式的监测。

这种监测方式可以快速实现对所监测信息的分析和处理，并可以设置成巡回自动监测方式。

监测人员待在中控室，就可以监控变电站全部高压电设备的运行工作状况，其监测方式较为敏捷，监测的容量大，便于开展设备运行状态分析、诊断，常见的集中式在线监测系统如下图所示。

数字化测量介质损耗角的方法1 引言高压电气设备中，对绝缘介质损耗的测试具有很重要的意义。

在高压预防性试验中，介质损耗因素的测量属于高准确度测量，通常是在被测试品两端加以工频50Hz的高电压（10kV），使被测试品流过一个极其微小的电流，利用电压与电流之间夹角的余角δ的正切值来反映被测试品的介质损耗大小。

这种高电压、微电流、小角度的精密测量要求测量系统应具有很高的灵敏度和准确性，在现场条件下还需要具有较强的抗干扰能力。

过去介质损耗角的测量采用模拟测量方法，主要有谐振法、瓦特表法和电桥法，谐振法只适用于低压高频状态下的测量。

瓦特表法是由介质损失的功率和经过的电流计算求得，瓦特表法由于测量准确度低，现已基本淘汰。

电桥法是采用交流电桥差值比较原理，准确度相对较高，其典型代表是西林电桥，见图1所示。

由电桥平衡条件可得出被试品的电容值Cx及tanδ： CX=（R4/R3）CN tanδ=ωC4R4目前数字化自动电桥其实只是采用数字化技术来调节电桥的平衡，而实际的测量原理仍然是用标准电容和电阻与被试品进行比较的模拟方法。

其缺点是：（1）测量程序复杂，操作工作量大，自动化水平低，易受人为因素的影响。

（2）随着输变电工程电压等级的提高，强电场干扰严重，使变电站高压电器设备的tanδ测量误差过大。

（3）当试验电源有较大谐波干扰时，即使基波电压已获平衡，检流计仍不能为零，不能排除与基波相近的谐波干扰。

2 几种介损的数字化测量方法数字化测量方法的原理是利用传感器从试品上取得所需的信号U 和I，经前置预处理电路数字化后送至数据处理计算机或单片机，算出电流电压之间的相位差△ψ，最后得到tanδ的测量值，见图2.2.1过零电压比较法过零电压比较法是测量两个频率相同，幅值相等，相角差小的正弦电压波之间的相角差的方法。

满足上述条这种方法的特点是电路简单，对启动采样电路、A/D转换电路要求不高，且以过零点附近两个正弦波的平均电压差来评价两正弦波的相位差，所以抗干扰扰能力强。