介質損耗的在線監測方法

更新時間：2017-08-31

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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，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，以使所產生的角差小。由于獲取電流信號方面的限制，全數字測量法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。