容性設(shè)備絕緣在線監(jiān)測技術(shù)研究

田曉云

【摘要】容性設(shè)備絕緣狀況會對電力系統(tǒng)安全運行產(chǎn)生較大影響，必須采用絕緣在線監(jiān)測技術(shù)及時發(fā)現(xiàn)容性設(shè)備的絕緣缺陷，以便為容性設(shè)備的狀態(tài)檢修奠定基礎(chǔ)。文章在簡要概述容性設(shè)備絕緣在線監(jiān)測技術(shù)研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，基于理論與實踐相結(jié)合視角對其進(jìn)行了深入研究，提出容性設(shè)備絕緣在線監(jiān)測技術(shù)方案，這對電網(wǎng)的安全運行具有重要意義，也可為具體實踐提供參考。

【關(guān)鍵詞】容性設(shè)備;絕緣在線監(jiān)測

容性設(shè)備是電力系統(tǒng)的重要組成部分，主要包括電容器，電容式絕緣套管，電流互感器，電容式電壓互感器，耦合電容器等。容性設(shè)備是由多個電容元件相串聯(lián)而成的電氣設(shè)備，其在長期的運行中會由于化學(xué)腐蝕、表面污穢、機械應(yīng)力、系統(tǒng)過電壓等因素而降低絕緣性能，會導(dǎo)致這些容性設(shè)備內(nèi)部出現(xiàn)各種缺陷，內(nèi)部缺陷的逐漸擴大，最終可能會造成絕緣擊穿，進(jìn)而影響電力系統(tǒng)的正常、穩(wěn)定運行，甚至帶來經(jīng)濟損失和安全事故，因此，必須通過絕緣在線監(jiān)測技術(shù)及時掌握容性設(shè)備的絕緣狀況，以便采取相應(yīng)措施加以維護(hù)，這不僅對容性設(shè)備狀態(tài)檢修具有參考作用，對電力系統(tǒng)的安全運行也具有重要的意義。

1.容性設(shè)備絕緣在線監(jiān)測技術(shù)研究現(xiàn)狀

容性設(shè)備的絕緣由電介質(zhì)構(gòu)成，在電壓作用下會產(chǎn)生介質(zhì)損耗tanδ，當(dāng)損耗達(dá)到一定程度后，就會出現(xiàn)電擊穿。介損tanδ僅與絕緣材料的介電特性有關(guān)，與尺寸和形狀無關(guān)，且實踐經(jīng)驗表明，測量介損可以靈敏地發(fā)現(xiàn)容性設(shè)備的整體受潮、絕緣劣化和集中性的局部缺陷，因此準(zhǔn)確地測量出設(shè)備的介損因數(shù)tanδ可有效的判斷容性設(shè)備的絕緣狀況。另外，容性設(shè)備泄漏電流I、介質(zhì)電容量C兩個參數(shù)也能如實的反映設(shè)備的絕緣狀況，通過測量以上三個特征量基本可全面掌握容性設(shè)備的絕緣狀況。

近年來，隨著諸多新技術(shù)的不斷應(yīng)用，容性設(shè)備絕緣在線監(jiān)測技術(shù)方面的研究正在走向深入。在信號采集方面，高精度傳感器技術(shù)在絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用影響監(jiān)測值的準(zhǔn)確性，甚至決定了整個系統(tǒng)的有效性。在信號處理方面，由于介損tanδ是非常重要的介電特征參數(shù)，迅速、準(zhǔn)確地進(jìn)行數(shù)字化測量介損可為準(zhǔn)確的故障診斷奠定基礎(chǔ)。這兩種技術(shù)是目前容性設(shè)備絕緣在線監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵，因此本文將總結(jié)這兩種技術(shù)的研究現(xiàn)狀，以便對其做出改進(jìn)。

1.1 小電流信號采集技術(shù)

容性設(shè)備的末屏接地電流信號蘊含著絕緣狀態(tài)的基本信息，而末屏接地電流通常只有毫安級，因此準(zhǔn)確地提取微電流信號對實現(xiàn)絕緣在線監(jiān)測至關(guān)重要。當(dāng)前，國內(nèi)主要采用穿心式結(jié)構(gòu)的微電流傳感器提取容性設(shè)備的末屏接地電流，此種電流傳感器不必改變一次設(shè)備的接線方式，也能避免設(shè)備過電壓帶來的直接沖擊，但易受電磁干擾，需要在實踐過程中加以注意。

1.2 介損數(shù)字化測量技術(shù)

正常情況下容性設(shè)備的介損是一個微小值，對測量方法要求很高。目前提出的介損值測量方法主要有硬件和軟件兩種方式。硬件方式主要通過過零比較法，即根據(jù)電壓、電流過零點的時間差或兩個歸一化后的信號在過零點附近的幅值差得到的相角差，進(jìn)一步獲得介損因數(shù)。過零比較法易受諧波、噪聲、直流分量、零漂等因數(shù)的影響，因

此對過零點的準(zhǔn)確測量提出了很高的要求?；谲浖乃惴ㄕ{(diào)節(jié)和抗干擾的方式有著靈活以及準(zhǔn)確度高的優(yōu)點，是測量tanδ的主流方式。目前，在線測量介損的軟件處理常用傳統(tǒng)諧波分析法，但頻譜泄漏和柵欄效應(yīng)會大大影響介損tanδ計算時相位分析的準(zhǔn)確性，在實際應(yīng)用過程中有必要進(jìn)行改進(jìn)。

2.容性設(shè)備絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)

容性設(shè)備絕緣在線監(jiān)測技術(shù)在實際應(yīng)用過程中必須通過絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)才能實現(xiàn)，因此，線監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)建是主要環(huán)節(jié)。首先必須解決傳統(tǒng)介損數(shù)字測量方法存在不足，本文提出改進(jìn)型諧波分析法，即采用加Hanning窗的全波傅立葉算法對tanδ進(jìn)行在線監(jiān)測，在解決了基于改進(jìn)的諧波分析法介損值測量技術(shù)問題后，從以下幾個技術(shù)方面構(gòu)建合理、有效的容性設(shè)備絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)。

2.1 絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

由于絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)的工作環(huán)境比較惡劣，因此系統(tǒng)的硬件應(yīng)看重器件的靈敏度、準(zhǔn)確度和抗干擾能力。筆者提出一種基于DSP的容性設(shè)備絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)。此系統(tǒng)的工作原理是：由三個微電流傳感器和三個電壓傳感器測量容性設(shè)備的三相電流及三相電壓值，對信號進(jìn)行放大濾波處理后輸出0～3V的電流電壓信號，經(jīng)16位A/D數(shù)模轉(zhuǎn)換器采集，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號傳輸給DSP芯片，并利用基于加Hanning窗插值的全波傅里葉算法計算tanδ。測量結(jié)果通過CAN總線連接，傳輸至信息管理系統(tǒng)，構(gòu)成分層分布式結(jié)構(gòu)。

2.2 絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)硬件技術(shù)

如上文所述，絕緣在線監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用過程中信號采集技術(shù)是非常重要一個部分，這就要求硬件技術(shù)要以傳感器的科學(xué)選擇為重點。主要包括電流傳感器的選擇和電壓互感器的選擇兩個方面。

（1）電流傳感器的選擇。微電流傳感器的角差和比差將影響測量容性設(shè)備泄漏電流的幅值和相位，影響介損測量精度。而且，由于介損參數(shù)的幅值很小，因此對傳感器的性能提出一些更高要求。在電力系統(tǒng)中，為保障系統(tǒng)的良好運行，一般不允許監(jiān)測類設(shè)備改變原設(shè)備的接線方式，因此常選用穿心式傳感器。穿心式傳感器直接套裝在被測設(shè)備的信號通道上（如接地線），不改變設(shè)備原有的接線方式，能起到良好的電氣隔離的作用。但在實踐過程中，穿心式傳感器容易受到強電磁的干擾。因此，穿心式傳感器測量時需要進(jìn)行抗干擾處理。

（2）電壓傳感器的選擇。電壓傳感器的要求為：良好的線性度和溫度穩(wěn)定性，同時實現(xiàn)電氣隔離。應(yīng)用過程中，電壓傳感器的原邊連接到電壓互感器（TV）二次側(cè)，幅值一般為100V，而且電壓傳感器一般安裝在被測設(shè)備的機箱內(nèi)，因此對電壓傳感器的抗干擾能力及制作工藝要求比電流傳感器有所降低。本文選用精密微型電壓互感，該電壓互感器適用于絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)，可減小測量誤差。另外，為了提高電壓傳感器對高電壓的隔離能力，可以采取在在線監(jiān)測系統(tǒng)前端裝置與PT二次側(cè)電纜線之間安裝保險管，也可以在傳感器輸出電路上安裝穩(wěn)壓裝置，防止過電壓的產(chǎn)生，有效的隔離被測系統(tǒng)與在線監(jiān)測系統(tǒng)的互相影響。

2.3 絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)軟件技術(shù)

要想實現(xiàn)準(zhǔn)確測量介損值，并通過絕緣診斷策略準(zhǔn)確地評估設(shè)備的絕緣狀態(tài)，除了精密的硬件外，還需要能有效協(xié)調(diào)并控制硬件裝置工作的軟件程序。在設(shè)計容性設(shè)備絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)的軟件程序時，尤其要重視程序本身的高效、簡潔及可擴展性，才能使在線監(jiān)測系統(tǒng)快速、準(zhǔn)確地判斷設(shè)備的絕緣狀態(tài)。容性設(shè)備絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)的軟件設(shè)計主要采用模塊化設(shè)計，模塊化設(shè)計不但簡化了代碼量，而且提高了程序的高效及可擴展性。主要可分為系統(tǒng)控制主程序、中斷服務(wù)子程序、CAN通訊程序、數(shù)據(jù)分析及診斷子程序以及圖形界面等五大模塊內(nèi)容。通過軟件的合理設(shè)計，使得絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)的硬件部分能在軟件的控制下進(jìn)行有效的介損在線監(jiān)測。

3.結(jié)語

實驗證明，基于改進(jìn)的諧波分析法介損值測量技術(shù)的容性設(shè)備絕緣在線監(jiān)測方案具有較高的測量精確度，能夠應(yīng)用于實踐。但在實踐過程中，還要注意絕緣故障診斷方面的研究，唯此才能使容性設(shè)備絕緣在線監(jiān)測技術(shù)走向成熟。

參考文獻(xiàn)

[1]嚴(yán)璋.電氣絕緣在線檢測技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，1995.

[2]章偉聰，戴征武，張文祥.基于DSP的分布式容性設(shè)備絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)[J].電測與儀表，2009（13）.