王玉巧

（黃河科技學(xué)院、鄭州市航海中路94號 450006）

0 前言

在電力系統(tǒng)比如變壓站中有很多的容性設(shè)備在運(yùn)行，這些電氣設(shè)備絕緣的好壞直接影響著系統(tǒng)的安全。為了對電氣設(shè)備的絕緣狀況進(jìn)行監(jiān)測，國家電力及其它相關(guān)部門制訂了很多相關(guān)的試驗措施及標(biāo)準(zhǔn)，比如電氣設(shè)備交接試驗標(biāo)準(zhǔn)、電氣設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程等。通過定期的預(yù)防性試驗和交接試驗，來監(jiān)測容性電氣設(shè)備的絕緣狀況。由于電氣設(shè)備預(yù)防性試驗存在一定的弊端，在電力科學(xué)發(fā)展的大趨勢下，電氣設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)就起到了關(guān)鍵性的作用，而容性設(shè)備絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)便是其重要的一個分支團(tuán)。

1 國內(nèi)外技術(shù)發(fā)展水平及趨勢

國外對容性電氣設(shè)備絕緣在線監(jiān)測技術(shù)的研究大概有70多年的歷史，并且已有產(chǎn)品投入商業(yè)運(yùn)行。前蘇聯(lián)、澳大利亞、美國、加拿大等國家都開發(fā)出了同類裝置，并且投入運(yùn)行。在我國，此類技術(shù)的研究和應(yīng)用大概有20年。目前國內(nèi)對提供有效的故障診斷方法及介質(zhì)損耗角的數(shù)字化測量方法及其重視。國內(nèi)很多科研機(jī)構(gòu)及高校都投入了大量的人力及物力進(jìn)行研究與開發(fā)，并已經(jīng)有穩(wěn)定的產(chǎn)品投入運(yùn)行，但是由于技術(shù)上存在一定的缺陷，實(shí)際投運(yùn)的效果并不理想，沒有得到預(yù)期的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

國內(nèi)外經(jīng)驗表明，通過測量介質(zhì)損耗tgδ及電容量Cx，可較為靈敏的發(fā)現(xiàn)容性設(shè)備的絕緣缺陷，目前所有的在線監(jiān)測系統(tǒng)均把該項目作為重點(diǎn)測量的對象。

2 主要研究內(nèi)容

2.1 容性設(shè)備介損的諧波分析法研究。

2.2 設(shè)計基于DSP和CPLD的在線監(jiān)測單元。

2.3 基于DSP和CPLD邏輯設(shè)計。

2.4 基于DSP的快速傅里葉變換（FFT）的研究與優(yōu)化。

3 實(shí)施方案

本項目通過對容性設(shè)備介損在線監(jiān)測關(guān)鍵技術(shù)的研究，設(shè)計開發(fā)了一種基于DSP和CPLD的在線監(jiān)測系統(tǒng)，以諧波分析算法為基礎(chǔ)，采用鎖相倍頻技術(shù)，實(shí)時跟蹤電網(wǎng)頻率，實(shí)現(xiàn)整周期采樣，消除頻譜泄露的影響，采用優(yōu)化的快速傅里葉變換（FFT），求出電壓、電流的基波系數(shù)，進(jìn)而求得介質(zhì)損耗等電氣參數(shù)，同時把介損參數(shù)通過RS485總線上傳到主控室。

3.1 容性設(shè)備在線測試方法

容性設(shè)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(shè)備末屏或連接地線上的電流傳感器提取電流信號，再經(jīng)過儀器內(nèi)部處理后得到被測介損和電量。

圖1 絕對測量法 原理圖

3.2 容性設(shè)備現(xiàn)場故障模擬及可行性分析

在電壓作用下各種電介質(zhì)都有介質(zhì)損耗。介質(zhì)損耗會使溫度上升，促使絕緣材料老化。如果介質(zhì)溫度高到讓絕緣體熔化、燒焦，就會使材料失去絕緣性能進(jìn)而導(dǎo)致熱擊穿。由此可見，介質(zhì)損耗的大小直接關(guān)系著容性設(shè)備絕緣水平的高低。容性設(shè)備的絕緣特性如圖2所示。分布介質(zhì)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(zhì)，Uc>>Ur。

圖2 容性設(shè)備的絕緣等值電路和相量圖

3.3 容性設(shè)備帶電測試的實(shí)施和試驗數(shù)據(jù)分析

我們以110kV高浦變102 CT，104 CT為試驗對象，進(jìn)行了容性設(shè)備帶電測試故障診斷試驗，試驗內(nèi)容如下：根據(jù)高浦變102CT之前的在線數(shù)據(jù)，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(yuǎn)超過無缺陷時的介質(zhì)損耗，同樣不利于校驗。

以高浦變102CT帶電測試數(shù)據(jù)為例來分析，表2為其停電試驗數(shù)據(jù)，tan δ p是計算出來的。停電數(shù)據(jù)和帶電測試的數(shù)據(jù)相差不大，說明帶電測試系統(tǒng)能真實(shí)反映設(shè)備真正狀態(tài)。

4 技術(shù)關(guān)鍵及路線

整周期采樣：在周期性電參量的測量中，進(jìn)行同步采樣是準(zhǔn)確測量實(shí)時信號的關(guān)鍵。解決傅里葉變換中出現(xiàn)的頻譜泄露現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)整周期采樣，設(shè)計了基于CPLD的鎖相倍頻電路，實(shí)時跟蹤電網(wǎng)頻率，保證同步電網(wǎng)頻率，實(shí)現(xiàn)精確測量。

諧波分析法：利用離散傅里葉變換對監(jiān)測設(shè)備的電壓電流信號進(jìn)行諧波分析，求出相應(yīng)的基波，進(jìn)而求得相位差、介損因數(shù)。該方法利用了三角函數(shù)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(qiáng)的穩(wěn)定性和較高的測量精度。

整個監(jiān)測系統(tǒng)可歸納為3個子系統(tǒng)：

4.1 現(xiàn)場中被監(jiān)測的電氣設(shè)備和相關(guān)的傳感器；

4.2 信號預(yù)處理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集單元；

4.3 信號處理和診斷系統(tǒng)。

5 結(jié)語

隨著國家電網(wǎng)工程的開發(fā)，電力部門的科學(xué)建設(shè)正在分步驟有計劃的實(shí)施，這對農(nóng)電發(fā)展都有很好的促進(jìn)作用，對農(nóng)電信息化建設(shè)也具有很高的戰(zhàn)略意義。容性設(shè)備在線監(jiān)測與診斷系統(tǒng)已經(jīng)投入運(yùn)行，但效果并不十分理想，針對其存在的問題，本研究對介質(zhì)損耗角在線測量、信號提取和監(jiān)測數(shù)據(jù)處理方法等進(jìn)行了深入的研究與改進(jìn)，以求取得預(yù)期的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

表1 根據(jù)高浦變102CT在線的數(shù)據(jù)計算出r值

表2 110kV高浦變102 CT停電試驗數(shù)據(jù)

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