電力容性設(shè)備介質(zhì)損耗測量方法及其影響因素分析

國網(wǎng)寧夏電力有限公司固原供電公司 楊劍鋒 牛育忠 呂安璞 陳 彪

國網(wǎng)遼寧省電力有限公司 戴 菁

沈陽工程學(xué)院電力學(xué)院 王琳媛

0.引言

近年來，隨著電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的不斷調(diào)整以及使用設(shè)備的容量增大，電壓等級不斷升高。使得近年來電站的停電檢修成本不斷增大對用戶的影響不斷加深。所以，電力系統(tǒng)中設(shè)備運行的穩(wěn)定與安全性已經(jīng)成為了電網(wǎng)質(zhì)量不可替代的衡量指標(biāo)。然而電力損耗的不斷增加必然使電力系統(tǒng)增加一定的容量，電氣設(shè)備數(shù)量的快速增加以及各個站點之間聯(lián)系更加緊密，一旦發(fā)生大型設(shè)備故障，將會使整個網(wǎng)絡(luò)發(fā)生連鎖反應(yīng)，并且會對社會造成嚴(yán)重影響，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。所以對容性設(shè)備的在線監(jiān)測至關(guān)重要。目前技術(shù)所支持的對容性設(shè)備的在線監(jiān)測主要測量數(shù)據(jù)包括了電容量大小以及介質(zhì)損耗值大小等。因此本文通過對影響因素方面對介質(zhì)損耗測量方法進(jìn)行分析，通過介紹原理，在線監(jiān)測分析等方面進(jìn)行提高和改進(jìn)。

1.介質(zhì)損耗因數(shù) tan δ 測量方法

介質(zhì)損耗因數(shù)( tan δ )是用來衡量絕緣介質(zhì)絕緣性能的因素，必須在交變電壓的作用下進(jìn)行測量。絕緣介質(zhì)的形狀與大小不能夠影響該系數(shù)的變化。絕緣并非絕對意義上的不導(dǎo)電，因為理想介質(zhì)是不存在的，在電場或電壓的作用下它們總伴隨著一定的能量損耗，比如電導(dǎo)損耗、某些有損極化損耗和局放損耗，這些統(tǒng)稱為介質(zhì)損耗。對介質(zhì)損耗因素進(jìn)行測量，能夠反映出的測量結(jié)果有，介質(zhì)是否受潮，電介質(zhì)是否變質(zhì)以及是否被漬物臟污等。在設(shè)備電容量較小的前提下，可以通過對介質(zhì)損耗因素進(jìn)行測量來確定分布性缺陷與集中性缺陷。由此看來，用tan δ 對作為設(shè)備絕緣誤差的表示參數(shù)是行之有效的。交流電壓設(shè)備的絕緣特性如下圖。電流，由電容電流分量以及有功電流分量兩部分相加而成。

圖1 電容型設(shè)備絕緣等值電路與向量圖

2.介質(zhì)損耗數(shù)字化測量方法

將數(shù)字化技術(shù)運用到介質(zhì)損耗因數(shù) tan δ 的測量之中。首先通過傳感器技術(shù)將所測試設(shè)備的電壓以及泄漏的電流信號進(jìn)行收集，然后將收集到的信號利用數(shù)據(jù)采集裝置轉(zhuǎn)化為離散信號，運用相關(guān)分析方法對數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣處理。最后計算出二者之間的相位差，得到介質(zhì)損耗因素具體數(shù)值。目前數(shù)字化測量方法主要采用的有高階正弦擬合法和正弦波參數(shù)法。

(1) 高階正弦擬合法

該方法在非同步采樣條件下，運用了高階正弦擬合法對δ進(jìn)行測量。通過考慮，所得的實測數(shù)據(jù)一般會包括諧波和直流分量，所以該方法將基波頻率、直流分量以及基波和諧波分量的幅值以及初相角作為優(yōu)比對象。對采樣數(shù)據(jù)i和u，運用高階正弦模型來進(jìn)行擬合。

假設(shè)被測量信號的分量有基波和諧波以及直流等分量。而且限制諧波在M 次內(nèi)，于是信號可表示為式(1)所示。

當(dāng)一采樣周期Ts內(nèi)進(jìn)行采樣后得到N點離散序列可以將擬合的目標(biāo)函數(shù)為式(2)所示。

(2) 正弦波參數(shù)法

該法首先假設(shè)所得電流電壓信號全為正弦信號，將信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換之后，對所得數(shù)字信號進(jìn)行處理得到相應(yīng)的正弦波參數(shù)。進(jìn)一步得到相位差φ，之后通過相位差計算得到δ值。設(shè)電流i(t )及絕緣體兩端電壓u(t )的基波分量分別可以由式(3)、(4)表出。

由此可知：

對信號u(t )和i(t )采樣并計算求得C0，C1，D0，D1之后，既可根據(jù)(5)、(6)算出，之后進(jìn)一步求得介損角δ的值，設(shè)從某一刻起對u( t )和i( t )進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣，采樣率為 fs，從而可得到M對采值u( tj)和i( tj)，其中 tj為不同的采樣時刻，采用最小二乘法來計算C0，C1，D0，D1時，能夠?qū)M合信號與實際信號誤差的平方和縮減到最小，令誤差平方和為：

為了使X、Y 為最小值，則下式成立：

通過上式建立出相應(yīng)的線性方程組，最終能夠求出tan δ 的值。

當(dāng) fs和 f 兩者滿足整數(shù)倍關(guān)系時正交性才能夠成立。所以要有相應(yīng)的硬件同步采樣卡才能夠保證該運算方法在電網(wǎng)頻率波動時能夠正常使用。

總結(jié)上述各類算法的特點：在線監(jiān)測系統(tǒng)需要擁有較快的反應(yīng)時間，高階正弦擬合法計算量過大不能夠很好地滿足系統(tǒng)快速性；相關(guān)分析法需要噪音消除環(huán)節(jié)對信號進(jìn)行處理才能夠完成相應(yīng)流程，系統(tǒng)過于冗雜；正弦波參數(shù)法無法良好克服噪聲干擾并且采樣時間必須為周期性采樣所以也不滿足要求；諧波分析法可以很好的適用于系統(tǒng)構(gòu)建。

3.結(jié)論

綜上所述在線監(jiān)測所得的介質(zhì)損耗角 δ 存在一定的波動，主要分為傳感器和現(xiàn)場電磁干擾兩個方面的影響：

（1）在介損角測試中，要對基準(zhǔn)電壓以及被測電流兩種信號進(jìn)行獲取。電流信號被電流傳感器轉(zhuǎn)化為模數(shù)轉(zhuǎn)換器可識別的信號，之后傳送給模數(shù)轉(zhuǎn)換器。電流傳感器在轉(zhuǎn)換電流信號的過程之中，都會產(chǎn)生一定的誤差，從而使得 tan δ 的測量受到影響。該影響是帶電測試中無法改變的誤差之一。故一般電流傳感器都會在銘牌上將角差標(biāo)注明確，計算過程之中可以參考。

（2）在檢測過程之中，由于待測的設(shè)備處于工作狀態(tài)下，各種干擾信號來源不一。這些干擾信號可以是電暈信號，以及來自外界的電場干擾信號，硅整流型號，以及非測量電氣設(shè)備內(nèi)的放電信號，作為廣播通訊信號以及電力系統(tǒng)內(nèi)部的高頻保護(hù)及載波通信信號等。

本文通過對介質(zhì)損耗因數(shù)值的測量方法進(jìn)行研究，從而得出設(shè)備絕緣狀況的好壞可以通過測量介質(zhì)損耗角來進(jìn)行反饋。之后將數(shù)字化技術(shù)運用到介質(zhì)損耗因數(shù) tan δ 的測量之中，主要包括高階正弦擬合法和正弦波參數(shù)法，在線監(jiān)測系統(tǒng)需要擁有較快的反應(yīng)時間，相關(guān)分析法需要噪音消除環(huán)節(jié)對信號進(jìn)行處理才能夠完成相應(yīng)流程，系統(tǒng)過于冗雜；正弦波參數(shù)法無法良好克服噪聲干擾并且采樣時間必須為周期性采樣所以也不滿足要求。

[1]張鑫,段本成.一種新型容性設(shè)備帶電檢測系統(tǒng)的研究[J].電力電容器與無功補償,2013,34(6)：74-79.

[2]王麗宏,杜榮華,趙建利.無線傳輸技術(shù)在容性設(shè)備帶電檢測中的應(yīng)用[J].電工技術(shù)：理論與實踐,2015(4)：97-97.

[3]劉光祺,王科,彭晶等.容性設(shè)備絕緣狀態(tài)在線監(jiān)測與帶電檢測[J].云南電力技術(shù),2015,43(4)：27-30.

[4]龍凱華,郝震,郭紹偉等.容性設(shè)備末屏放電超聲檢測研究[J].華北電力技術(shù), 2012(12)：11-14.

[5]杜林,劉偉明,司馬文霞等.基于容性設(shè)備泄漏電流的電網(wǎng)電壓測量方法[J].電力系統(tǒng)自動化,2008,32(19)：67-70.