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介質損耗的在線監測方法

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    絕緣在線監測損耗因數tgδ的方法很多,如電橋法、全數字測量法等,常用的方法是監測絕緣體的泄漏電流及PT信號,通過計算泄漏電流和電壓的相角差而得到介質損耗角正切值tgδ的數值。其測量原理大都使用硬件鑒相及過零比較的方法。目前的絕緣在線監測產品基本都是用快速傅立葉變換(FFT)的方法來求介損。取運行設備PT的標準電壓信號與設備泄漏電流信號直接經高速A/D采樣轉換后送入計算機,通過軟件的方法對信號進行頻譜分析,僅抽取50Hz的基本信號進行計算求出介損。這種方法能消除各種高次諧波的干擾,測試數據穩定,能很好地反映出設備的絕緣變化。但由于絕緣體的泄漏電流非常微弱,而且現場的干擾較大,要準確監測絕緣體的泄漏電流比較困難。因此,要實現絕緣損耗因數tgδ的在線監測,必須解決微弱電流的取樣及抗干擾問題。
    一、電橋法
    電橋法在線監測tgδ的原理圖如1-1所示,由電壓互感器帶來的角差,可通過RC移相電路予以校正。然而角差會隨負載大小等因素的影響有所變動,所以校正也不可能是很理想的。電橋中R3,C4的調動可以手動,也可以自動。由于是有觸頭的調節,為了長年的使用,必須選擇十分可靠的R3,C4可調節元件。
    電橋法的優點是,它的測量與電源波形及頻率不相關;其缺點是,由于R3的接入,改變了被測設備原有的狀態。為了安全,還要裝有周密的保護裝置。

電橋法在線監測原理圖
圖1-1 電橋法在線監測tgδ原理圖
Cx——試品;C0——標準電容器;PT——電壓互感器;G——指零儀

    二、全數字測量法
    全數字測量法又稱數字積分法,這是一種用A/D轉換器分別對電壓和電流波形進行數字采集,然后根據傅里葉分析法的原理進行的數字運算,最終可以求得tgδ值。
    被測設備的電壓信號由同相的電壓互感器PT提供,或再經電阻分壓器輸出。電流信號由電容式套管末屏Cx2接地線或設備接地線上所環繞的低頻電流傳感器CT獲得。由后者把電流信號轉換為電壓信號。這種CT需要特殊設計,以使所產生的角差極小。由于獲取電流信號方面的限制,全數字測量法僅限于使用在電容型設備上。圖1-2表示電壓和電流信號的拾取。

電壓和電流信號的拾取原理圖
圖1-2 電壓和電流信號的拾取
(a)電壓信號的拾取;(b)電流信號的拾取

 實際的電壓波和電流波是含有諧波的周期性函數。在電路原理中已闡明,當一個周期性函數f(t),在滿足狄里赫利條件時,它可以展開成三角形式的傅里葉級數:
        f(t)=a0+∑n=1∞(ancosnωt+bnsinnωt)    (4-1)
        f(t)=A0+∑n=1∞Ansin(nωt+θn)    (4-2)
    式中,ω為基波角頻。
    現只取基波,即只取n=1的一個項,其中幅值
        A1=√(a12+b12)    (4-3)
    各有關電路原理的書籍中均已證明了系數
        a1=2/T∫0Tf(t)cosωtdt    (4-4)
    其中,T為周期。系數
        b1=2/T∫0Tf(t)sinωtdt    (4-5)
        θ1=arctan(a1/b1)    (4-6)
    對于流過試品的電流i(t)和加在試品上同一個相的電壓u(t)的兩路信號,分別可以通過式(4-4)~(4-6)求得各自的電流及電壓基波幅值I1,U1和基波相位θi和θu。這樣可得介質損失角正切
        tanδ≈δ=π/2-(θi-θu)    (4-7)
    所測介質的電容為
        Cx=I1cosδ/(U1ω)    (4-8)
    在理想條件下,根據采樣定理的概念,A/D的采樣率不必取得很高,即可達到足夠的準確度。在此條件下,求系數a1和b1時的數字積分的運算工作量不大。但是電力系統的頻率f允許在一定范圍內變動(我國為50±0.5Hz),盡管采樣率可以很準確地達到一定值,但真正要實現同步采樣是比較困難的。同步采樣是指被采樣信號的真正周期T等于等間隔采樣周期Ts的整數倍。不能實現同步采樣就會產生非同步采樣誤差。為了解決或減小這一誤差,需在軟件或硬件上另行采取措施,例如采樣方法可采用準同步采樣。
    本法的優點是硬件系統比直接測量介質損耗角δ的方法簡單。此外,因只對基波進行運算,故等于對諧波進行了比較理想的數字濾波。


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