下载文档原格式
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。
变电站电容器型设备在线检测系统的应用[摘要] 电容型设备在高压变电站中占有重要的地位，因此，对电容型设备的绝缘进行在线监测对电力系统的稳定运行有着很大的重要性。
本文选择介质损耗作为目标量，对如何实现变电站容型设备的在线检测进了了初步探讨和研究。
[关键词] 电容型设备介质损耗在线监测1.系统研究的背景和意义在社会经济高速发展的今天，各类重要电力用户对电力系统的可靠供电提出了更高要求。
而目前我国电力系统中电气设备的检修和维护工作以定期进行预防性试验为主，因其存在检修停电时间长、实验检修周期固定、停电实验结果有误差等缺点，已很难以满足现在电力系统的实际要求。
电网中的各级变电站是电力系统的枢纽，其是一个高压设备密集的区域，各类设备一旦发生事故，不仅会损坏设备本身，还有可能危及人员安全，并造成其它多方面（如电网大面积停电等）的损失。
而在变电站的各类高压一次设备中，电容型设备是其中比较重要的输变电设备，其设备数量约占变电站总设备数量的40%左右，因其绝缘老化和降低而引发的故障将严重危及变电站的安全稳定运行，同时还可能对其它设备的安全运行以及值班人员的安全造成严重威胁，甚至引发电网扩大事故，所以运用电容型设备在线监测技术对电容型设备进行在线监测，从而实现电容型设备的状态检修将具有十分重要的意义。
2.变电站电容型设备介损在线监测系统的硬件设计2.1在线监测系统结构的选择系统硬件结构方案采用了现场总线技术的分层分布多CPU结构。
且根据在线监测系统功能的要求将系统分为监测、控制和信息三个层。
监测层采用分布式多点采集的方式，各监测设备的传感器信号经过A/D转换，通过RS485现场总线与控制层的主机进行通信。
控制层的主机通过RS485现场总线来完成对现场监测设备的控制和数据读取，并将数据送往信息层的服务器。
信息层主要负责实现B/S模式（Browser/Server模式）的远程服务，其服务器包括Web服务器和数据库服务器。
摘要20世纪60年代以来，随着计算机和信息技术的飞速发展，数字信号处理技术应运而生并得到迅速的发展。
数字信号处理是一种通过使用数学技巧执行转换或提取信息，来处理现实信号的方法，这些信号由数字序列表示。
在过去的二十多年时间里，数字信号处理已经在通信等领域得到极为广泛的应用。
由于现代国民经济对电力供应的依赖性日益增大，停电事故造成的后果和损失越来越严重。
在线监测高压电容型设备的介质损耗角(简称介损) 可以有效的判断设备的绝缘状况。
为了提高电力系统高压电气设备监测的安全性、可靠性及信息化指标，研究了一种基于DPS芯片的新型高压电容型设备介损在线监测系统。
可以实时掌握设备运行状态。
系统采用绝对比较法来测量介损，并采用RS485通讯模式实现远程控制和数据传输。
监测终端将采集到的数据进行放大、滤波、模数转换后通过RS485传输到主机，最后由专家软件对设备的绝缘性能进行判断。
试验结果表明，该系统介损测量的可信度、精确度和稳定度比传统仪器有很大提高，具有较大的使用和推广价值。
关键词： DPS芯片介质损耗角在线监测绝对比较法 RS485ABSTRACTSince the nineteen sixties, along with the computer and the rapid development of information technology, digital signal processing technology, emerge as the times require and gets a rapid development. Digital signal processing is through the use of a mathematical skills to perform the conversion or extraction of information, to deal with real signals, these signals by digital sequence. In the past twenty years, the digital signal processing in telecommunications and other fields has been widely applied. TI, Freescale and other semiconductor manufacturers in this field is very strong.Modern national economy on the dependence of the power supply increases day by day，Outage the consequences caused bythe accidents and loss more and more serious，High voltage capacitor online monitoring of the equipment can be effective dielectric loss Angle of the insulation of the equipment condition Judge，In order to improve the high voltage electrical equipment monitoring power system of safety, reliability and informatization index，A new study of high voltage capacitor dielectric loss equipment on-line monitoring system ，which is based on DPS.Can real time control of the running state of the equipment。
容性设备在线监测关键技术研究摘要：本文从信号获取和信号处理两方面着手，研究了提高容性设备在线监测精度和可靠性的两种关键技术。
设计了一种小电流有效的高精度电流传感器以减小获取信号误差，此外还设计了一种传感器多层屏蔽结构，能有效屏蔽电磁场干扰，能在较强的电磁干扰环境中提取出被测电流信号。
最后利用“混合基”FFT算法提高信号处理精度。
关键词：容性设备；电流传感器；混合基FFT。
0 引言电力系统中有大量的容性设备，如电流互感器、电压互感器、高压套管等，它们的绝缘性能将直接额影响电网的安全、稳定运行。
在线监测技术能够及时发现事故隐患，是提高供电可靠性的主要技术手段之一[1]。
介质损耗角正切值(tanδ)和等值电容是反映设备绝缘性能的重要参数，目前比较常用的检测tanδ的方法是采用传感器分别高压设备的交流泄漏电流信号和比较稳定的标准电压信号，然后通过比较计算这两个信号的相位关系从而得到tanδ。
但是目前高压设备的泄漏电流数量级一般都在几μA到几十μA，而目前市场上用来获取电流信号的小电流传感器准确度通常为几十μA，其精确度已经不能满足在线监测的要求。
所以本文基于单芯穿电流互感器的工作原理开发了一套分辨率小于1μA的小电流传感器系统，由于测试现场电磁干扰较强，又设计了一种传感器多层屏蔽结构，能有效屏蔽电磁场干扰，使电流传感器系统能在较强的电磁干扰环境中提取出被测电流信号。
针对外界噪声和环境因素对电气量采样的干扰，本文运用FFT算法从电网谐波干扰中提取被测工频信号，结合工频信号的频率特征，在tan δ在线监测的数据分析中采用“混合基”FFT算法，可以避免数据处理时出现频谱泄漏现象。
1小电流传感器系统研制根据传感器应用在XLPE电缆的特殊要求，传感器设计的目标为：可测量电流下限小于1μA，电流分辨率小于1μA，线性度在0.99以上；在传感器测量范围内，角误差满足小于1‰rad。
为了尽量减小信号传输过程中干扰因素对微弱信号的影响，传感器采用有源形式，即在耦合到泄漏电流后直接调理到适当幅值的大信号，然后进行传输。
容性设备在线监测方法综述本文介绍了电力系统中常见的几种高压电容型设备的结构特点及其等效电路图。
着重分析了当前容性设备介损在线监测的各种方法及其原理，将各种方法做了详细的比较，介绍了多种方法的优缺点。
总结了当前在线监测中存在的几种其他方法，并对于容性设备在线信号的取样位置做了简单介绍。
标签：在线监测容性设备介质损耗引言电容型电气设备主要指电流传感器、套管、耦合电容、电容式电压互感器等。
根据过去长期的运行经验及试验研究，逐步确立了一些预防性试验项目，这些预防性试验项目已经发挥过不少积极作用，但是规程要求定期对电气设备停电进行绝缘预防性试验和检修，具有一定的盲目性，造成人力、物力的大量消费，而且还不能及时发现电气设备的绝缘潜伏性故障。
在线监测能利用运行电压对高压设备绝缘状况进行试验，可以大大提高试验的真实性与灵敏度，弥补仅靠定期离线检测的不足之处，因而随着电子测试技术的进步以及管理水平的提高，对于电力设备的健康状况的判断和维护，已经从预防性检修逐步向状态检修和预知检修的方向发展。
在众多的电气设备中，对于容性设备（如CT、变压器套管、耦合电容器等），其绝缘状况的监测主要基于对其电容量、介质损耗值（tgδ）的监测[1]和绝缘电阻。
一、电容型设备的结构特点及等效电路1.套管套管是将载流导体引入变压器或断路器等电气设备的金属箱内或母线穿过墙壁时的引线绝缘。
瓷套管以瓷作为主要绝缘，电容套管、充油套管则以瓷套作为外绝缘（如图1）。
套管由于表面有电位降，可以想象沿着此表面有单元电容CS的串联。
同时这个单元电容层对套管导体还存在有互相并联的单元体积电容CV，因为这里同样存在有一个电压降，其它电容相对较小，因此有等效电路图如下。
2.支柱绝缘子支柱绝缘子是支承高压配电装置母线和高压电器带电部分（如触头）的绝缘支柱，按外形结构和工作条件的不同，分为户外、户内两大类。
户外支柱绝缘子采用带伞的实心圆瓷柱来增加电极间沿瓷表面的泄露距离，以提高湿闪络电压。
变电站监控平台变电站监控平台…局域网数据处理服务器CAN 现场总线系统环境监测终端系统电压监测终端1#容性设备监测终端…N #容性设备监测终端现场监测终端图1容性设备绝缘在线监测系统结构示意图电容型设备(电流互感器、耦合电容器、电容式电压互感器和高压套管等)在电力系统设备构成中占相当大的比重，这些设备的安全可靠是实现整个电力系统运行的基础。
而电气设备(尤其是高压设备)损坏事故中很大一部分是绝缘损坏引起的，通过对其介电特性的监测可以发现尚处于早期发展阶段的缺陷。
绝缘材料的介质损失角正切(tg δ)是反映高压电气设备绝缘性能的一项重要指标，通过测量tg δ可以发现电力设备绝缘系统的整体性缺陷或较大的集中性局部缺陷[1-2]。
而及时、有效地发现绝缘存在的缺陷对于保障电网安全具有重要意义。
介质损失角正切(tg δ)的在线监测，关键是如何准确获得并求取两个工频基波电流信号的相位差。
早期采用在模拟信号处理基础上的“过零比较法”[3]，通过计数器方式获得两个信号的时间差，然后再根据信号周期转换成相位差。
该方法对硬件电路稳定性要求高，电路自身的漂移及谐波的干扰影响均难以克服。
本文以电容性设备中的高压套管为例,讨论一种基于DSP+CPLD 模式的容性设备介质损耗在线监测终端的开发与设计。
1高压容性设备介损在线监测系统结构及原理系统结构如图1所示。
监测终端在接收到数据处理基于DSP 和CPLD 开发容性设备介损在线监测终端章伟聪1，戴征武2,3,胡天云1(1．浙江万里学院智能控制研究所，浙江宁波315101;2．浙江工业大学信息工程学院，浙江杭州310014;3．宁波理工监测科技股份有限公司，浙江宁波315800)摘要：为了在完成数据采集的同时还能进行各种处理和控制，设计开发了一种基于DSP 和CPLD 技术的高压容性设备介损在线监测终端。
阐述了该终端中高速A/D 转换电路与DSP 接口电路、锁相倍频电路及其他通讯接口电路的具体实现方法，以及基于DSP 采用优化的傅里叶变换求取介质损失角正切(tg δ)的方法。
