电容式高压电气设施绝缘在线管控体系研究

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1、电容式高压电气设施绝缘在线管控体系研究第一章绪论1.1课题研究背景和意义智能电网是当今电力系统发展的方向。智能电网中，智能化的重要组成部分就是电力设备状态监测。电力设备状态监测可以实时监控设备运行状态，实现电力设备状态监控智能化，为进一步在智能电网中推行设备状态可视化和状态检修奠定了基础[1]。为保障国民经济发展和人民生活水平的提高，我国电网正处于加快发展的关键时期，必须加强新技术和新装备的研发，为建设安全可靠、经济高效、清洁低碳、灵活智能的现代化电网提供坚强的保障。容性设备是指全部或部分绝缘采用电容式结构的设备，主要包括高压电流互感器、高压套管、电力电容器、电容式电压互

2、感器等，数量约占变电站设备总量的40%~50%，是容易发生事故且停电预防性试验工作量大的设备。导致容性设备出现故障的主要原因是绝缘性能劣化[2]。因此，容性设备的绝缘在线监测是电气设备绝缘在线监测的主要工作，对整个电力系统的安全、稳定运行具有重要的意义。实现电容型高压电气设备状态维修的前提是对于运行设备特征参量的实时检测与绝缘故障诊断、评估、寿命预估的结合。仅仅依靠离线的电气预防性试验已经不能满足实际需求。从90年代开始，随着数字波形采集和处理技术为核心的微机多功能在线监测系统以及先进的传感器技术、计算机技术、数字波形采集等高新技术逐步趋于成熟[3],人工智能技术开始在高

3、压电气设备绝缘在线检测中占据核心地位，神经网络、小波分析、专家系统、模糊分析、灰色理论、数据融合等技术在电气设备在线检测系统中得到普及和应用。电气设备绝缘在线检测需要具有实时性、真实性、针对性、可靠性的特点。..1.2国内外研究和应用概况变压器套管末屏接地电流信号非常微弱，一般条件下为毫安级，目前国内主要应用穿心式电流传感器来采集末屏泄漏电流。为了不改变一次设备接线方式，实际安装中，直接将电流传感器串入变压器套管末屏接地回路中，此类电流传感器的设计原理与变压器类似，并且能够将测量电路与主电路进行隔离，使得二次设备避免主电路过电压冲击。设备工作电压的采集通过电压互感器，信号

4、进行二级降压，即首级降低到100V，后级信号调理电路将100V信号按比例降低到数据采集卡的接受范围。穿心式电流传感器主要分为有源和无源两种，无源传感器容易受到环境温度、末屏泄漏电流大小以及负载变化的影响，使得角差和比差变化不固定，即使通过补偿也会影响测量的稳定性。有源传感器通过零磁通技术降低了铁芯的激磁磁势，通过有源放大增加二次端的输出信号，提高了被测信号的信噪比，相对无源传感器角差和比差小且稳定[4,5]。针对电流传感器的固有角差，清华大学电机系谈克雄教授等人在实验室测试现场运行的传感器后发现，电流传感器的温度特性是介损监测值不稳定的主要原因。因此建议在传感器型式试验标

5、准中列入电流传感器温度特性测试项目。在规定的温度范围内，电流传感器角差的变化范围应在0.0005~0.001之间。通过设备运行经验可知，设备二次侧的负载基本稳定并且电压互感器的角差不是影响介损监测值稳定性的主要因素，可以通过软件补偿消除传感器固有角差[6]。西安交通大学单平等人研制了一种用于电容型高压电气设备在线监测的穿心式高精度微电流传感器，通过基于电子补偿原理，通过对激磁电流的补偿，使传感器近似工作在零磁通状态，测试结果表明电流传感器的角差稳定在1.5'以内，比差小于0.001[7]。.第二章介质损耗数字化测量关键技术研究2.1谐波分析法测量电气设备绝缘结构中

6、由于介质的电导,极性介质中偶极子转动时产生的摩擦以及介质气隙放电,使得处于高压下的介质是有损耗的,称为介质损耗。正弦参数法,高阶正弦拟合法,相关分析法和谐波分析法是目前在分布式监测系统中广泛采用的波形分析方法。本文首先介绍谐波分析测量介损的原理，指出并分析该方法存在的栅栏效应和频谱泄漏问题，提出基于布莱克曼窗插值的方法应用于介损测量，通过LabVIEn;0.2Hz波动，这就使得实际采样信号的各次谐波分量频谱并未落到各相应频率分辨点，而是在两个分辨点之间，这时通过DFT不能准确得到谐波分量特征值。特别是在介损测量中，对于基波相位的提取会产生不可忽视的误差，掩盖真实的介质损耗

7、角。提高采样率的前提下，对信号进行合适的截断可有效抑制栅栏效应。DFT分析的时候需要对信号进行截断，即在时域内把信号和矩形窗相乘，频域内信号频谱与矩形窗频谱做周期卷积。卷积的结果造成分析频谱扩散到原信号频谱以外，根据香农采样定理，频谱泄漏也会使得最高频率有可能超过采样频率一半，从而造成混叠失真。可在较短时间的周期截断后，通过周期扩展来抑制频谱泄漏的误差。基于上述谐波分析法存在的栅栏效应和频谱泄漏问题，本文提出基于加布莱克曼窗插值的谐波分析法进行基波参数提取，通过LabVIEW编写上位机算法处理验证，仿真结果测量精度达到介损测量