容性設備介損在線監測關鍵技術探討

鮮成

摘 要：保障電氣設備的安全是實現電力系統正常運行的重要因素，介質損耗在線監測能夠有效的反映高壓容性設備的絕緣性能。文章通過探討容性設備介損在線監測關鍵技術，通過基于DSP和CPLD的在線監控技術，可以發現處于早起發展階段的容性設備存在的絕緣缺陷，防止設備損壞，給社會帶來一定的經濟效益。

關鍵詞：容性設備；在線監測；關鍵技術

中圖分類號：TM835.4 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）27-0012-02

1 容性設備特點概述

容性設備主要包括電容式電壓互感器、電流互感器、變壓器套管等設備。其絕緣體為鋁箔均壓電極和高壓電纜紙共同組成的油紙電容芯子，在日常使用中容易受到局部缺陷、層間短路、絕緣整體受潮等因素導致絕緣體下降，影響設備的正常運行，產生故障問題。

2 在線監測技術的發展及趨勢

對容性電氣設備絕緣在線監測技術研究在國外已有70多年的歷史，有部分產品已經投入商業使用，美國、加拿大和澳大利亞等國家也研究出同等裝置并投入使用。而我國相對來說發展的比較緩慢，對此類技術的研究大約有20 a。針對介損數字化測量方法及有效的故障解決方法的問題引起了國內科研機構的高度重視。雖然國內的科研機構和高校也已經投入了很多人力和物力對該技術進行研究開發，且已有產品投入使用。但技術方面依然存在一定的缺陷，實際運行效果不僅沒有達到預計效果，而且經濟與社會效益差。

從國內外研究來看，測量電容量Cx及介質損耗tanδ，即可發現容性設備存在的缺陷。該項目已被列為重點測量對象，所有的在線監測系統都對該項目進行研究。

3 該技術的研究內容及實施方案

3.1 研究內容

在線監測技術的研究內容主要有以下幾方面：

①采用諧波分析法對容性設備介損進行研究；

②在線監測單元基于DSP和CPLD設計；

③以CPLD和DSP為基礎進行邏輯設計；

④以DSP為基礎，研究優化快速傅里葉變換（FFT）。

3.2 實施方案

本項目探討容性設備介損在線監測關鍵技術，根據DSP以及CPLD為根本，創新研究出一種新型的在線監測系統。采用諧波分析法，通過鎖相倍頻技術對電網頻率進行跟蹤，完成整周期采樣，同時要去除頻譜泄露對電網頻率的干擾，運用優化的快速傅里葉變換（FFT），算出電流與電壓的基波系數，計算出介質損耗的電氣參數以及相位差，通過RS485總線將介損參數上傳到主控室。

3.3 在線測試容性設備的測量方法

絕對值測量法采用的原理接線圖，如圖1所示。在PT二次端子獲取電壓信號，通過連接地上的電流傳感器或者設備末屏對電流信號進行收集，經過儀器處理后，即可得到被測介損以及電容量。

3.3.1 對現場故障模擬及可行性進行分析

任何電介質在電壓作用下都會發生介質損耗。介損消耗會伴隨著溫度上升，導致絕緣材料老化。假如介質溫度過高，就會出現絕緣材料融化和燒焦的現象，進而使材料失去絕緣作用引發熱擊穿現象。由此可見，介損消耗對容性設備的絕緣水平起到決定性作用。容性設備的絕緣性，如圖2（a）（b）所示。電容電壓Uc與電阻電壓分量Ur構成了介質的電壓。一般絕緣性好的介質，Uc>Ur。

3.3.2 實施帶電測試并進行數據分析

我們把110 kV蓮塘站1102 CT作為試驗對象。對容性設備帶電設備進行故障測試診斷試驗。內容如下：以蓮塘站1102 CT之前的在線數據為基準，采用tanδ=ωCx. Xr進行計算，數據見表1。以50%～100%之間為介損變化率的最佳值，由于變化率過小，進而導致故障現象不明顯，因此判斷不出故障原因，如果變化率過大，又會遠遠超過無缺陷時的介質損耗，仍然不能準確對結果進行校驗。

對蓮塘站1102CT帶電測試數據進行分析，停電試驗數據，見表2，tanδp是計算出來的。帶電測試的數據與停電測試的數據變化不明顯，因此說明反映設備的真正狀態可由帶電測試系統完成。

3.4 路線及技術關鍵

①諧波分析法：對檢測設備的電流電壓信號用離散傅里葉變換進行諧波分析，算出相應的基波，計算出介損因數和相位差。根據三角函數的正交性的特點，克服溫漂、諧波的零漂等因素對傅里葉變換求解時的干擾，因此得出的結果具有較強的穩定性，同時保證了測量精度的準確。

②整周期采樣：在完成周期性電參量測量的過程中，保證實時信號的同步采樣是測量精準的關鍵。以便于防止傅里葉在變換過程中出現頻譜泄露現象。以CPLD作為標準，設計鎖相倍頻電路，實現整周期采樣，隨時跟蹤電網頻率，保證電網頻率的同步，完成精準測量。

整個檢測系統可分為3個子系統：

①現場中相關的傳感器和被監測的電氣設備；

②數據采集單元和信號預處理系統；

③信號診斷系統和信號處理系統。

4 結 語

目前容性設備的在線監測技術雖然已經投入使用，但技術仍存在一定的缺陷，本文對信號提取、監測方法和介質損耗在線測量的處理方法，對容性設備介損在線監測技術進行深入研究和探討，具有一定的經濟效益和社會效益。

參考文獻：

[1] 王玉巧，李文方.容性電氣設備在線監測關鍵技術研究[J].電子測試， 2013，（8）.