一種電容型設(shè)備介質(zhì)損耗角正切的監(jiān)測方法

卜閃閃

（永城職業(yè)學(xué)院，河南 永城　476600）

一種電容型設(shè)備介質(zhì)損耗角正切的監(jiān)測方法

卜閃閃

（永城職業(yè)學(xué)院，河南 永城476600）

電力系統(tǒng)當(dāng)中的電力設(shè)備按照其絕緣結(jié)構(gòu)分類，電容型設(shè)備占有很大一部分。這類設(shè)備的特點是高壓端對地有較大的等值電容。對于該類設(shè)備而言，通過對其介電特性的監(jiān)測可以發(fā)現(xiàn)尚處于早期發(fā)展階段的絕緣缺陷。

電容設(shè)備；介質(zhì)損耗角；監(jiān)測

1　概述

反映介電特性的參數(shù)有介質(zhì)損耗角tanδ，電容值Cx和電流值I。tanδ是設(shè)備絕緣缺陷中，由介質(zhì)損耗引起的有功電流分量Ir和設(shè)備總電容電流Ic之比。它對發(fā)現(xiàn)絕緣的整體劣化較為靈敏。

絕緣具有嚴(yán)重缺陷時的等效電路如圖1所示，它由絕緣損壞部分電容Cd和其余完好部分的電容C0串聯(lián)組成。絕緣損壞部分即介質(zhì)有損耗部分用Cd和Rd的并聯(lián)等效電路來表示。

圖1　電容式絕緣有缺陷時tanδ計算用圖

介質(zhì)損耗角正切可由下式來計算：

tanδd=

2　相位差法

相位差法的原理圖如圖2所示，電流信號由設(shè)備末屏接地線，或設(shè)備本身接地線上的低頻電流傳感器經(jīng)轉(zhuǎn)換為電壓信號后輸入監(jiān)測系統(tǒng)。電壓信號則仍由同相的電壓互感器提供，并再經(jīng)過電阻器分壓后輸出。

圖2　相位差法監(jiān)測tanδ原理圖

圖2中的C1和C2分別是電容式電壓互感器CVT的高壓臂和低壓臂的電容。兩路信號通過低通濾波器后，信號得到適當(dāng)?shù)姆糯蟛]去高次諧波。而后信號送入預(yù)處理單元，信號幅值調(diào)整到必要的數(shù)值后，進(jìn)入過零整形電路。電流信號經(jīng)正向整形，而電壓信號經(jīng)反向整形。整形之后Ix和U兩個信號之“與”的脈寬，即為電流電壓的相位差φ，則tanδ=δ=0.5π-φ。通過相位鑒別單元，用計數(shù)脈沖進(jìn)行計數(shù)，計數(shù)值和tanδ成比例關(guān)系。

3　誤差來源

（1）頻率f引起的誤差。設(shè)nT為8×104，tanδ=δ=1%，則當(dāng)f=50Hz時，nφ=（0.5π-0.01）40000/π=19873個脈沖。若f=49. 9Hz時，則nφ=19913個。也就是說當(dāng)實際頻率f降低0.1Hz或0.2%時，所測得的φ計數(shù)脈沖增加40個，會使tanδ偏小0.32%，相對誤差達(dá)32%。頻率變化增加誤差將更大。根據(jù)現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，頻率的允許變化范圍為50±0.5Hz，故由于頻率的變化有可能造成誤報或漏報。為此，在監(jiān)測tanδ的同時也要測量f的值，根據(jù)f的變化對nT做出相應(yīng)的調(diào)整，以消除頻率f變化造成的監(jiān)測誤差。

（2）電壓互感器引起的固有誤差。該相差是系統(tǒng)誤差，可在監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理時加以校正。

（3）諧波的影響。tanδ是由基波來計算的，若信號中存在諧波，特別是電力系統(tǒng)中常有的三次、五次諧波將使相差發(fā)生偏差。而諧波本身又常隨負(fù)載變化而變化，這將影響tanδ測量值的重復(fù)性。所以，在監(jiān)測系統(tǒng)當(dāng)中必須加裝低通濾波單元，以濾去高次諧波。

（4）兩路信號在處理過程當(dāng)中存在時延差。①低通濾波器的建立時間約為10μs，這將造成信號有0.003rad的系統(tǒng)誤差。若兩路濾波器的建立時間相等，則不會影響tanδ值。實際上二者不可能完全相等，這就會引起tanδ的測量誤差。為此要求兩路濾波器的特性盡量一致。另外，因組成濾波器電路元器件的溫度特性而引起的低通濾波器的建立時間的變化，也是造成tanδ測量誤差的原因。②過零整形的時延差引起誤差。整形的動作時間不可能恰好在正弦波形的零值點，總會有一定的誤差；因而引起一定的時延Δt，若兩路信號的整形時延不同，則也將造成tanδ的測量誤差。為此應(yīng)設(shè)法減小Δt，并盡量調(diào)節(jié)兩路信號至同樣的幅度，選擇閾值相同的電子元器件等，以降低時延引起的誤差。③整形波形引起的誤差。整形后輸出的不可能是理想的矩形波，而常常是有一定陡度的梯形波。而一般TTL門電路的電壓傳輸特性是，輸入高電平的下限為2.0V，低電平的上限為0.8V，故在輸入波形2.0V以下時不會輸出高電平，0.8V以上時不會輸出低電平。這就會導(dǎo)致在進(jìn)行脈沖計數(shù)時會引起誤差，因此應(yīng)選用性能優(yōu)良的高速器件以降低誤差。④其他因素。例如環(huán)境溫度的變化將會引起電子元器件性能的變化，進(jìn)而導(dǎo)致tanδ的測量誤差。

4　結(jié)語

相位法在國內(nèi)應(yīng)用較廣，其優(yōu)點是不更改設(shè)備的運行情況，缺點是由于上述眾多的誤差因素，對電子元器件的要求較高，否則會影響監(jiān)測數(shù)據(jù)的重復(fù)性，甚至?xí)霈F(xiàn)由于重復(fù)性差而無法正常診斷的情況。

［1］周長亮，王志強，李國鋒.基于tanδ積分值的乙丙橡膠絕緣電纜含水量評估［J］.大連理工大學(xué)學(xué)報，2013，（2）.

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［3］狄劍光，高勝友，李福祺，談克雄.同步采樣在電容套管介質(zhì)損耗因數(shù)tanδ測量中的意義［J］.變壓器，2005，（8）.

［4］劉英，曹曉瓏，李學(xué)敏.變間隙不接觸電極及其測量絕緣材料ε_r和tanδ的技術(shù)［J］.電工技術(shù)學(xué)報，2005，（1）.

Monitoring Method for Dielectric Loss Angle Tangent of Capacitance Type Equipment

PU Shan-shan
（Yongcheng Vocational College，Yongcheng，Henan 476600，China）

According to the insulation structure classification of the power equipment in power system，capacitance type occupies a large part of the equipment.This kind of equipment is characterized by high pressure side to have bigger equivalent capacitance.For this kind of equipment，and it can find insulation defects at the stage of early development by monitoring its dielectric properties.

capacitive equipment；dielectric loss angle；monitoring

TM764

A

2095-980X（2016）07-0038-01

2016-06-15

卜閃閃（1987-），女，河南夏邑人，大學(xué)本科，助教，主要研究方向：控制工程。