容性设备介损在线监测关键技术探讨

鲜成

摘 要：保障电气设备的安全是实现电力系统正常运行的重要因素，介质损耗在线监测能够有效的反映高压容性设备的绝缘性能。文章通过探讨容性设备介损在线监测关键技术，通过基于DSP和CPLD的在线监控技术，可以发现处于早起发展阶段的容性设备存在的绝缘缺陷，防止设备损坏，给社会带来一定的经济效益。

关键词：容性设备；在线监测；关键技术

中图分类号：TM835.4 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）27-0012-02

1 容性设备特点概述

容性设备主要包括电容式电压互感器、电流互感器、变压器套管等设备。其绝缘体为铝箔均压电极和高压电缆纸共同组成的油纸电容芯子，在日常使用中容易受到局部缺陷、层间短路、绝缘整体受潮等因素导致绝缘体下降，影响设备的正常运行，产生故障问题。

2 在线监测技术的发展及趋势

对容性电气设备绝缘在线监测技术研究在国外已有70多年的历史，有部分产品已经投入商业使用，美国、加拿大和澳大利亚等国家也研究出同等装置并投入使用。而我国相对来说发展的比较缓慢，对此类技术的研究大约有20 a。针对介损数字化测量方法及有效的故障解决方法的问题引起了国内科研机构的高度重视。虽然国内的科研机构和高校也已经投入了很多人力和物力对该技术进行研究开发，且已有产品投入使用。但技术方面依然存在一定的缺陷，实际运行效果不仅没有达到预计效果，而且经济与社会效益差。

从国内外研究来看，测量电容量Cx及介质损耗tanδ，即可发现容性设备存在的缺陷。该项目已被列为重点测量对象，所有的在线监测系统都对该项目进行研究。

3 该技术的研究内容及实施方案

3.1 研究内容

在线监测技术的研究内容主要有以下几方面：

①采用谐波分析法对容性设备介损进行研究；

②在线监测单元基于DSP和CPLD设计；

③以CPLD和DSP为基础进行逻辑设计；

④以DSP为基础，研究优化快速傅里叶变换（FFT）。

3.2 实施方案

本项目探讨容性设备介损在线监测关键技术，根据DSP以及CPLD为根本，创新研究出一种新型的在线监测系统。采用谐波分析法，通过锁相倍频技术对电网频率进行跟踪，完成整周期采样，同时要去除频谱泄露对电网频率的干扰，运用优化的快速傅里叶变换（FFT），算出电流与电压的基波系数，计算出介质损耗的电气参数以及相位差，通过RS485总线将介损参数上传到主控室。

3.3 在线测试容性设备的测量方法

绝对值测量法采用的原理接线图，如图1所示。在PT二次端子获取电压信号，通过连接地上的电流传感器或者设备末屏对电流信号进行收集，经过仪器处理后，即可得到被测介损以及电容量。

3.3.1 对现场故障模拟及可行性进行分析

任何电介质在电压作用下都会发生介质损耗。介损消耗会伴随着温度上升，导致绝缘材料老化。假如介质温度过高，就会出现绝缘材料融化和烧焦的现象，进而使材料失去绝缘作用引发热击穿现象。由此可见，介损消耗对容性设备的绝缘水平起到决定性作用。容性设备的绝缘性，如图2（a）（b）所示。电容电压Uc与电阻电压分量Ur构成了介质的电压。一般绝缘性好的介质，Uc>Ur。

3.3.2 实施带电测试并进行数据分析

我们把110 kV莲塘站1102 CT作为试验对象。对容性设备带电设备进行故障测试诊断试验。内容如下：以莲塘站1102 CT之前的在线数据为基准，采用tanδ=ωCx. Xr进行计算，数据见表1。以50%～100%之间为介损变化率的最佳值，由于变化率过小，进而导致故障现象不明显，因此判断不出故障原因，如果变化率过大，又会远远超过无缺陷时的介质损耗，仍然不能准确对结果进行校验。

对莲塘站1102CT带电测试数据进行分析，停电试验数据，见表2，tanδp是计算出来的。带电测试的数据与停电测试的数据变化不明显，因此说明反映设备的真正状态可由带电测试系统完成。

3.4 路线及技术关键

①谐波分析法：对检测设备的电流电压信号用离散傅里叶变换进行谐波分析，算出相应的基波，计算出介损因数和相位差。根据三角函数的正交性的特点，克服温漂、谐波的零漂等因素对傅里叶变换求解时的干扰，因此得出的结果具有较强的稳定性，同时保证了测量精度的准确。

②整周期采样：在完成周期性电参量测量的过程中，保证实时信号的同步采样是测量精准的关键。以便于防止傅里叶在变换过程中出现频谱泄露现象。以CPLD作为标准，设计锁相倍频电路，实现整周期采样，随时跟踪电网频率，保证电网频率的同步，完成精准测量。

整个检测系统可分为3个子系统：

①现场中相关的传感器和被监测的电气设备；

②数据采集单元和信号预处理系统；

③信号诊断系统和信号处理系统。

4 结 语

目前容性设备的在线监测技术虽然已经投入使用，但技术仍存在一定的缺陷，本文对信号提取、监测方法和介质损耗在线测量的处理方法，对容性设备介损在线监测技术进行深入研究和探讨，具有一定的经济效益和社会效益。

参考文献：

[1] 王玉巧，李文方.容性电气设备在线监测关键技术研究[J].电子测试， 2013，（8）.