介質損耗的(de)在線監測方法

常規的(de)電(diàn)氣設備介質損耗角正切值tgδ的(de)數(shùε✔α)值一(yī)般都(dōu)采用(yòng)介質損耗測試儀測量，絕緣在線監測損耗因數(shù)tgδ的(de)方法很(h∞φ><ěn)多(duō)，如(rú)電(diàn)橋法、↔₽ ‍全數(shù)字測量法等，常用(yòng)的(de)方法是(shì)監測絕緣體(tǐ↔↔<→)的(de)洩漏電(diàn)流及PT信号，通(tōng↕§ )過計(jì)算(suàn)洩漏電(diàn)流和(hé)電(diε↑®àn)壓的(de)相(xiàng)角差而得(de)到(dào)介質損耗角正切值∑♠•tgδ的(de)數(shù)值。其測 ₩☆★量原理(lǐ)大(dà)都(dōu)使用(yòng)硬件(jià←♦©εn)鑒相(xiàng)及過零比較的(de)方法。目前的(de)絕緣在線監測産品δ ♣δ基本都(dōu)是(shì)用(yòng)快(kuài₩★±)速傅立葉變換(FFT)的(de)方法來(lái)求介損。取運行(xíng)設備×​PT的(de)标準電(diàn)壓信号與設備洩漏電(diàn)§•流信号直接經高(gāo)速A/D采樣轉換後送入計(jì)算(suàn)機(jī)，通(tō®→ng)過軟件(jiàn)的(de)方法對(duì)​©α信号進行(xíng)頻(pín)譜分(fēn)析，僅抽取50Hz的(de)基本信号進行(x©¶®íng)計(jì)算(suàn)求出介損。這(zhè)種方法能(néng)消除σ✔★↔各種高(gāo)次諧波的(de)幹擾，測試數(shù)據穩定，能(néng)很(hě≤εn)好(hǎo)地(dì)反映出設備的(de)絕緣變化≥‍≠(huà)。但(dàn)由于絕緣體(tǐ)的(de)洩漏電(diàn)流非常微π×(wēi)弱，而且現(xiàn)場(chǎng)的(de)幹擾較大(dà)，要(yào)≠≥準确監測絕緣體(tǐ)的(de)洩漏電(diàn)流比較困δ↕↓難。因此，要(yào)實現(xiàn)絕緣損耗因數(shù)tg&delγπ​ta;的(de)在線監測，必須解決微(wēi)弱電(diàn)流的(de)↕±≤取樣及抗幹擾問(wèn)題。

一(yī)、電(diàn)橋法

電(diàn)橋法在線監測tgδ的(de)原理(lε€₩ǐ)圖如(rú)1-1所示，由電(diàn)壓互感器(qì)帶來(lái)的(de)角差，♦→"φ可(kě)通(tōng)過R_C移相(xiàng)電(diàn)路(lù)予以校(xiào)• ≈‌正。然而角差會(huì)随負載大(dà)小(xi©λ♣<ǎo)等因素的(de)影(yǐng)響有(yǒu)所變動，所以校♥φ(xiào)正也(yě)不(bù)可(kě)能(néng)是(shì)很(hěn)理(≈→lǐ)想的(de)。電(diàn)橋中R₃，C₄的(de)調動可(kě)以手動，也(yě)可(kě)βφα<以自(zì)動。由于是(shì)有(yǒu)觸頭的(de)調節，為(✘•☆αwèi)了(le)長(cháng)年(nián)的(d♠ &e)使用(yòng)，必須選擇十分(fēn)可(kě)靠的(de)Rγσ‌₃，C₄可(kě)調節元件(jiàn)。

電(diàn)橋法的(de)優點是(shì)，它的(de)測量與電(diàn)源波形及頻€ ↓♥(pín)率不(bù)相(xiàng)關；其缺點&∑∑是(shì)，由于R₃的(de)接入，改變了(le)被測設備原有( §yǒu)的(de)狀态。為(wèi)了(le)安全，還​∏(hái)要(yào)裝有(yǒu)周密的(de)保護裝置‌→。

圖1-1 電(diàn)橋法在線監測tg&✘★♣♣delta;原理(lǐ)圖
C_x——試品；C₀——标準電(diàn)容器(qì)；PT—♣∑λ—電(diàn)壓互感器(qì)；G—&m↑↕ dash;指零儀

二、全數(shù)字測量法

全數(shù)字測量法又(yòu)稱數(shù)字積分(fēn)法，這(β↑zhè)是(shì)一(yī)種用(yòng)A/D轉換器(qì)分(fēn)别≥∑>對(duì)電(diàn)壓和(hé)電(diàn)流波形進行(xíng)數☆¶(shù)字采集，然後根據傅裡(lǐ)葉分(fēn)析法的(de)原理(l←→ǐ)進行(xíng)的(de)數(shù)字運算(suàn)，最✘↔φ≈終可(kě)以求得(de)tgδ值。

被測設備的(de)電(diàn)壓信号由同相(xπΩ★↓iàng)的(de)電(diàn)壓互感器(qì)PT提供，或再經電(diàn)阻分(fēn)λ≥壓器(qì)輸出。電(diàn)流信号由電(diàn)容式 € &套管末屏C_x2接地(dì)線或設備接地(dì)線上(shàng)所環繞的(₹>de)低(dī)頻(pín)電(diàn)流傳感器(qì)CT獲¥δ得(de)。由後者把電(diàn)流信号≈₹轉換為(wèi)電(diàn)壓信号。這(zhè)種CT需要(yào)特殊設計(jì)↓<±♥，以使所産生(shēng)的(de)角差極小(xiǎo)。由于獲取電(diàn)流信↔₹↕✔号方面的(de)限制(zhì)，全數(shù)字‍¥₹測量法僅限于使用(yòng)在電(diàn)容型設備上(α shàng)。圖1-2表示電(diàn)壓和(hé)電(diàn)流信号的(÷€¶de)拾取。

圖1-2 電(diàn)壓和(hé)電(diàn)流信号的(de)拾取
(a)電(diàn)壓信号的(de)拾取；(b)電(diàn)流信号↑↑的(de)拾取

實際的(de)電(diàn)壓波和(hé)電(diàn)流波是∑® ✘(shì)含有(yǒu)諧波的(de)周期性函數(shù♥₩)。在電(diàn)路(lù)原理(lǐ)中已闡明(míng)，當一(yī)個(gè)周期性函數≤✘ε(shù)f(t)，在滿足狄裡(lǐ)赫利條件(jiàn)時(shí)，它可(kě)以展開(k₹βāi)成三角形式的(de)傅裡(lǐ)葉級數(§• •shù)：

       §•≤δf(t)＝a₀＋∑_n=1^∞(a_ncosnωt＋b_nsinnωt)       ≥™(4-1)

       α≈ε;f(t)＝A₀＋∑_n=1^∞A_nsin(nωt＋θ_n)       (4-2)

式中，ω為(wèi)基波角頻(pín)。

現(xiàn)隻取基波，即隻取n＝1的(de)一(yī)個(g★•è)項，其中幅值

      &nbs €p;A₁＝√(a₁²＋b₁²)       (4-3)

各有(yǒu)關電(diàn)路(lù)原理(lǐ)的(de)書(sh≠‌ū)籍中均已證明(míng)了(le)系數(shù)

       π$₹a₁＝2／T∫₀^Tf(t)cosωtdt       (4-4)

其中，T為(wèi)周期。系數(shù)

       b₁＝2／T∫₀^Tf(t)sinωtdt       (4-5)

       θ₁＝arctan(a₁／b₁)       (4-6)

對(duì)于流過試品的(de)電(diàn)流i(t←λ≠∏)和(hé)加在試品上(shàng)同一(yī)個(gè)相(xià♣±→₹ng)的(de)電(diàn)壓u(t)的(de)兩路★∑☆(lù)信号，分(fēn)别可(kě)以通(tōng)過式(4-4)～(4-6)求得(de)各自 ‍(zì)的(de)電(diàn)流及電(diàn)壓基波幅值I₁，U₁和(hé)基波相(xiàng)位θ_i和(hé)θ_u。這(zhè)樣可(kě)得(de)介質損失角正切

       tanδ≈δ＝&'®±&pi;／2－(θ_i－θ_u)       (4-7)

所測介質的(de)電(diàn)容為(wèi)

       C_x＝I₁cosδ／(U₁ω)       (4-8)

在理(lǐ)想條件(jiàn)下(xià)，根據λ∑♠采樣定理(lǐ)的(de)概念，A/D的←‍(de)采樣率不(bù)必取得(de)很™₽(hěn)高(gāo)，即可(kě)達到(dào)足夠的(de)準£÷确度。在此條件(jiàn)下(xià)，求系數(shù)a₁和(hé)b₁時(shí)的(de)數(shù)字積分(fσ•↔∞ēn)的(de)運算(suàn)工(gōng)作(zuò)量不(bù)大(dà)。但(d≥"&™àn)是(shì)電(diàn)力系統的(de)頻(pí∏€✔"n)率f允許在一(yī)定範圍內(nèi)變動(我國(guó)為(wèi)50&p£Ωlusmn;0.5Hz)，盡管采樣率可(kě)以很(hěnσ∏ε)準确地(dì)達到(dào)一(yī)定值，但(dàn)真正要( ‍≥≠yào)實現(xiàn)同步采樣是(shì)比較困難的(de)。同步采樣是(sh∞♣ì)指被采樣信号的(de)真正周期T等于等間(jiān)隔采樣÷ 周期Ts的(de)整數(shù)倍。不(bù)能(néng)實現(xiàn)同步采樣就♥ ♦™(jiù)會(huì)産生(shēng)非同步采樣誤差。為(wèi)了(le)解決或>∏≈減小(xiǎo)這(zhè)一(yī)誤差，需在軟件(jiàn)或✘ →硬件(jiàn)上(shàng)另行(xíng)采取措施，例如'ε¥(rú)采樣方法可(kě)采用(yòngε÷)準同步采樣。

本法的(de)優點是(shì)硬件(jiàn)系統比直接測量介質損耗角&d>£≠elta;的(de)方法簡單。此外(wài)，因隻對(duì)基波進行(xíng)運算♠∏(suàn)，故等于對(duì)諧波進行(xí σ÷ng)了(le)比較理(lǐ)想的(de)ε↑λ'數(shù)字濾波。