电容器介质损耗测量技术研究设计

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1、毕业设计[论文]题目：电容器介质损耗测量技术研究TitleThetechnologyresearchofmeasurementinCapacitordielectricloss院系：电气与电子工程学院专业：电气工程及其自动化姓名：指导教师：2013年5月24日开题报告一背景电力系统高压电力设备,若按照绝缘结构来进行分类,电容型设备占很大部分,还包括电流传感器、套管、耦合电容器、电容式电压互感器等,其中容性设备在变电站中占40%~50%,他们的安全运行情况将直接影响电力系统的安全、稳定和经济运行,随着电压等级和设备容量的增大,设备故障的检修时间越来越长,费用也越

2、来越高,严重影响了电网供电的可靠性[16]。对电气设备定期进行绝缘预防性试验,虽然可以发现许多绝缘缺陷,但仍然存在着试验时需要停电、试验周期长、试验方法的有效性不够等问题,在现场仍出现了预防性试验不久就发生绝缘故障的情况。基于运行情况时的电力电容器设备绝缘在线监测法具有不需要停电、有效性高、实时监测等优点。由于绝缘介质损耗因数tanδ对反映电力设备早期的缺陷比较灵敏有效,电力行业制定了相关标准《DL/T595-1996电力设备预防性试验规程》对不同种类的电力设备规定了tanδ最大容许值的标准,对介质损耗的监测是电力设备绝缘监测的主要方法，虽然可根据tanδ测量

3、结果来分析判断绝缘状态,但由于在正常时tanδ值比较小,其数量级一般为10－3,对测量的精确性和稳定性有很高的要求,并且由于在运行现场受各种因素的影响,所测到的tanδ值总会有一定的误差,如果不能处理好这些问题,将不能很好地实现电气设备绝缘的在线监测[15]。随着电力系统向超高压、大容量的方向发展，由电气设备故障引发的电力系统事故所造成的危害也越发严重，因此开展对电容型设备这种重要的输变电设备的绝缘在线监测与故障诊断任务对于全面实现状态检修具有十分重要的现实意义；而介质损耗因数角tanδ是反映电容型设备绝缘条件的重要参数，可以通过对tanδ的测量来及时发现电力

4、设备中的劣化变质、绝缘受潮及局部缺陷等问题，从而保证电力系统的安全运行，因此实现介质损耗的在线监测具有重要的意义。二国内外现状对介损测量方法的研究,一直是一个热点,常见的测量方法主要通过硬件和软件两种途径实现。下面对这两大类介损检测方法的原理和性能以及不足进行较为详细的分析。1.硬件方法“硬件方法”也称为直接测量法,主要有过零比较法和基于电桥平衡原理的介损测量方法等。1.1过零比较法过零比较法是根据电压、电流信号过零点的时间差或电压、电流归一化后过零点XI附近两信号幅值差获得信号的相角差,该算法原理简单、容易实现,但是精确度较低,容易受谐波、噪声、频率波动和电

5、压变化等的影响,多用于介损测量仪[1]。双极性过零比较法通过对信号在一个周期内两次过零时电压与电流信号的时间差求平均,分析了影响过零比较法的关键因素,指出即便含有很少的3次谐波,对介损的测量影响仍很大,最后通过仿真证明了两次求平均可减少直流和3次谐波导致的误差,同时对过零点相位法和根据归一化后信号过零点附近幅值差获得的两信号相位差的算法进行了比较,得到了一些结论[2]。2.软件方法软件方法”也称为信号重建法,它是将放大、处理后的传感器信号离散采样,经高速A/D变换成为数字量,然后通过数字信号处理技术处理后获得测量结果。主要以谐波分析法为代表,他根据i、u的采样

6、数据重建正弦信号,再由波形参数求得φ,如傅里叶分析法、高阶正弦拟合法和相关系数法等。这些算法必须满足一个假设:即必须为同步采样,即采样频率为信号基波频率的整数倍,然而,由于频率波动等因素使得同步采样很难满足,于是很多学者对这些算法进行了改进。2.1傅里叶分析法对一个具有各次谐波的周期信号通过对有限长度的数字信号进行FFT变换,求取其频谱特性,对电流信号和电压信号进行FFT变换,可得到电流基波初相角φi1、电压基波初相角φu1,求取的介质损耗角的公式为δ=π2-(φi1-φi1)）通过FFT变换计算tanδ时,由于需要对有限长度的信号处理,相当于对原始信号乘以一

7、个矩形窗。这样信号处理带来了泄露和栅栏效应。当电网频率漂移时,即使在硬件上通过一定的频率跟踪措施,如锁相环等,但仍不能实现严格的同步采样。由于存在非同步采样,计算结果产生较大的误差,严重时,无法满足tanδ的测量要求。傅里叶分析法在介质损耗测量中应用最为广泛,但是在非同步采样下,却会产生频谱泄露和栅栏效应。在含有3次谐波且频率存在波动的情况下,对采用傅里叶算法计算出介损的误差进行了分析,表明介损测量误差随3次谐波的增加线性增加。很多学者对采样加窗插值算法进行了研究,加窗可以减轻频谱的泄露,插值可以减轻栅栏效应[3]。加窗插值算法有很多种,其中应用最广的是加Ha

8、nning窗插值谐波分析法[4]和加B