电力设备在线监测第三章

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1、第三章第三章第三章第三章 电容型设备的在线监测电容型设备的在线监测电容型设备的在线监测电容型设备的在线监测米米米米 彦彦彦彦2008年年年年9月月月月电气设备在线监测技术的典型应用电气设备在线监测技术的典型应用电气设备在线监测技术的典型应用电气设备在线监测技术的典型应用?电容型设备的在线监测电容型设备的在线监测电容型设备的在线监测电容型设备的在线监测电容型设备的在线监测电容型设备的在线监测电容型设备的在线监测电容型设备的在线监测?金属氧化物避雷器的在线监测金属氧化物避雷器的在线监测金属氧化物避雷器的在线监测金属氧化物避雷器的在线监测?变压器油中溶解气体的在线监测变压器油中溶解气体的在线监测变压

2、器油中溶解气体的在线监测变压器油中溶解气体的在线监测?变压器局部放电的在线监测变压器局部放电的在线监测变压器局部放电的在线监测变压器局部放电的在线监测?GIS局部放电的在线监测局部放电的在线监测局部放电的在线监测局部放电的在线监测?绝缘子泄漏电流在线监测绝缘子泄漏电流在线监测绝缘子泄漏电流在线监测绝缘子泄漏电流在线监测?电力系统过电压在线监测电力系统过电压在线监测电力系统过电压在线监测电力系统过电压在线监测第三章第三章第三章第三章 电容型设备的在线监测电容型设备的在线监测电容型设备的在线监测电容型设备的在线监测?第一节第一节第一节第一节概述概述概述概述?一一一一、电容型设备的监测项目电容型设备

3、的监测项目电容型设备的监测项目电容型设备的监测项目?二二二二、电容型设备在线监测的意义电容型设备在线监测的意义电容型设备在线监测的意义电容型设备在线监测的意义?三三三三、电容型设备介质损耗的理论知识电容型设备介质损耗的理论知识电容型设备介质损耗的理论知识电容型设备介质损耗的理论知识?第二节第二节第二节第二节介质损耗的监测介质损耗的监测介质损耗的监测介质损耗的监测?一一一一、电桥法电桥法电桥法电桥法?二二二二、相位差法相位差法相位差法相位差法?三三三三、数字分析法数字分析法数字分析法数字分析法第一节第一节第一节第一节 概述概述概述概述一一一一、电容型设备的监测项目电容型设备的监测项目电容型设备的

4、监测项目电容型设备的监测项目?电容型设备电容型设备电容型设备电容型设备?包括包括包括包括：高压套管高压套管高压套管高压套管、电容式电流互感器电容式电流互感器电容式电流互感器电容式电流互感器（CT）、）、）、）、电容式电压电容式电压电容式电压电容式电压互感器互感器互感器互感器（CVT）、）、）、）、耦合电容器耦合电容器耦合电容器耦合电容器（OY）、）、）、）、电力电容器等电力电容器等电力电容器等电力电容器等。?特点特点特点特点：电容型设备的高压端对地有较大的等值电容电容型设备的高压端对地有较大的等值电容电容型设备的高压端对地有较大的等值电容电容型设备的高压端对地有较大的等值电容。110kV及以上

5、的电容型设备的高压端对地电容约在及以上的电容型设备的高压端对地电容约在及以上的电容型设备的高压端对地电容约在及以上的电容型设备的高压端对地电容约在5005000pF范围内范围内范围内范围内。?电容型设备的主要监测项目电容型设备的主要监测项目电容型设备的主要监测项目电容型设备的主要监测项目?介质损耗角正切介质损耗角正切介质损耗角正切介质损耗角正切tg?电容值电容值电容值电容值C?电流值电流值电流值电流值IX第一节第一节第一节第一节 概述概述概述概述二二二二、电容型设备在线监测的意义电容型设备在线监测的意义电容型设备在线监测的意义电容型设备在线监测的意义?监测监测监测监测tg?tg是设备绝缘的局部

6、缺陷中介质损失引起的是设备绝缘的局部缺陷中介质损失引起的是设备绝缘的局部缺陷中介质损失引起的是设备绝缘的局部缺陷中介质损失引起的有功电流有功电流有功电流有功电流分分分分量量量量IR和设备和设备和设备和设备总电容电流总电容电流总电容电流总电容电流IC之比之比之比之比。?监测监测监测监测tg对发现绝缘的对发现绝缘的对发现绝缘的对发现绝缘的整体劣化整体劣化整体劣化整体劣化（例如绝缘均匀受潮例如绝缘均匀受潮例如绝缘均匀受潮例如绝缘均匀受潮）较较较较为灵敏为灵敏为灵敏为灵敏，而对而对而对而对局部缺陷局部缺陷局部缺陷局部缺陷则不太灵敏则不太灵敏则不太灵敏则不太灵敏。?监测监测监测监测C、IX?能给出有关可

7、引起能给出有关可引起能给出有关可引起能给出有关可引起极化过程极化过程极化过程极化过程改变的介质结构变化的信息改变的介质结构变化的信息改变的介质结构变化的信息改变的介质结构变化的信息（例如例如例如例如：均匀受潮或严重缺油均匀受潮或严重缺油均匀受潮或严重缺油均匀受潮或严重缺油）?还能发现严重的还能发现严重的还能发现严重的还能发现严重的局部缺陷局部缺陷局部缺陷局部缺陷 （绝缘部分击穿绝缘部分击穿绝缘部分击穿绝缘部分击穿）。）。）。）。第一节第一节第一节第一节 概述概述概述概述三三三三、电容型设备介质损耗的理论知识电容型设备介质损耗的理论知识电容型设备介质损耗的理论知识电容型设备介质损耗的理论知识XI

8、RICI有绝缘缺陷的电容型试品有绝缘缺陷的电容型试品有绝缘缺陷的电容型试品有绝缘缺陷的电容型试品(a) 等效电路等效电路等效电路等效电路(b) 相量图相量图相量图相量图CRIItg=介质损耗介质损耗介质损耗介质损耗：电介质的能量损耗电介质的能量损耗电介质的能量损耗电介质的能量损耗第二节第二节第二节第二节 介质损耗的监测介质损耗的监测介质损耗的监测介质损耗的监测?电桥法电桥法电桥法电桥法?相位差法相位差法相位差法相位差法?数字分析法数字分析法数字分析法数字分析法第二节第二节第二节第二节 介质损耗的监测介质损耗的监测介质损耗的监测介质损耗的监测?电桥法电桥法电桥法电桥法?优点优点优点优点：比较准确

9、比较准确比较准确比较准确、可靠可靠可靠可靠；与电源波形的频率无关与电源波形的频率无关与电源波形的频率无关与电源波形的频率无关；数据重数据重数据重数据重复性较好复性较好复性较好复性较好。?缺点缺点缺点缺点：需改变设备原有运行状态需改变设备原有运行状态需改变设备原有运行状态需改变设备原有运行状态；操作比较复杂操作比较复杂操作比较复杂操作比较复杂；是一种是一种是一种是一种间接测量方法间接测量方法间接测量方法间接测量方法。电桥法很少用于介质损耗的在线监测电桥法很少用于介质损耗的在线监测电桥法很少用于介质损耗的在线监测电桥法很少用于介质损耗的在线监测，常用于常用于常用于常用于电桥法很少用于介质损耗的在线

10、监测电桥法很少用于介质损耗的在线监测电桥法很少用于介质损耗的在线监测电桥法很少用于介质损耗的在线监测，常用于常用于常用于常用于介质损耗的离线测量介质损耗的离线测量介质损耗的离线测量介质损耗的离线测量。介质损耗的离线测量介质损耗的离线测量介质损耗的离线测量介质损耗的离线测量。第二节第二节第二节第二节 介质损耗的监测介质损耗的监测介质损耗的监测介质损耗的监测一一一一、相位差法相位差法相位差法相位差法过零相位比较法过零相位比较法过零相位比较法过零相位比较法1. 监测原理监测原理监测原理监测原理原理框图原理框图原理框图原理框图1. 监测原理监测原理监测原理监测原理电流电流电流电流、电压信号的获取电压信

11、号的获取电压信号的获取电压信号的获取第二节第二节第二节第二节 介质损耗的监测介质损耗的监测介质损耗的监测介质损耗的监测一一一一、相位差法相位差法相位差法相位差法过零相位比较法过零相位比较法过零相位比较法过零相位比较法第二节第二节第二节第二节 介质损耗的监测介质损耗的监测介质损耗的监测介质损耗的监测一一一一、相位差法相位差法相位差法相位差法过零相位比较法过零相位比较法过零相位比较法过零相位比较法1. 监测原理监测原理监测原理监测原理原理波形图原理波形图原理波形图原理波形图msT203600=Tms=203600Tms=203609090000第二节第二节第二节第二节 介质损耗的监测介质损耗的监测

12、介质损耗的监测介质损耗的监测一一一一、相位差法相位差法相位差法相位差法过零相位比较法过零相位比较法过零相位比较法过零相位比较法2. 误差分析误差分析误差分析误差分析误差来源误差来源误差来源误差来源?频率频率频率频率f的变化的变化的变化的变化?当当当当f50Hz （周期周期周期周期T20ms）时时时时，设设设设tg1% ，则则则则0.5730，T4.968ms。00000755. 0968. 404008.203609004008.2036090=msmsTms?若若若若f变为变为变为变为49.9Hz（周期周期周期周期T20.04008ms ），），），），则则则则：tg1.32%相对误差相对误

13、差相对误差相对误差：32% ！对策对策对策对策？对策对策对策对策？第二节第二节第二节第二节 介质损耗的监测介质损耗的监测介质损耗的监测介质损耗的监测一一一一、相位差法相位差法相位差法相位差法过零相位比较法过零相位比较法过零相位比较法过零相位比较法2. 误差分析误差分析误差分析误差分析误差来源误差来源误差来源误差来源?电压互感器原副边的固有相差电压互感器原副边的固有相差电压互感器原副边的固有相差电压互感器原副边的固有相差?为系统误差为系统误差为系统误差为系统误差，可在监测系统的数据处理时加以扣除可在监测系统的数据处理时加以扣除可在监测系统的数据处理时加以扣除可在监测系统的数据处理时加以扣除。?谐

14、波的影响谐波的影响谐波的影响谐波的影响?tg是由基波来计算的是由基波来计算的是由基波来计算的是由基波来计算的，而电力系统中常存在高次谐波而电力系统中常存在高次谐波而电力系统中常存在高次谐波而电力系统中常存在高次谐波，因此必须要有低通滤波单元因此必须要有低通滤波单元因此必须要有低通滤波单元因此必须要有低通滤波单元，滤去高次谐波滤去高次谐波滤去高次谐波滤去高次谐波。?电流电流电流电流、电压两路信号在处理过程中存在时延差电压两路信号在处理过程中存在时延差电压两路信号在处理过程中存在时延差电压两路信号在处理过程中存在时延差?低通滤波低通滤波低通滤波低通滤波、放大放大放大放大、整形电路均会带来时延差整形

15、电路均会带来时延差整形电路均会带来时延差整形电路均会带来时延差，因此两路信因此两路信因此两路信因此两路信号的处理电路应选用相同参数号的处理电路应选用相同参数号的处理电路应选用相同参数号的处理电路应选用相同参数，并选用性能优良的器件并选用性能优良的器件并选用性能优良的器件并选用性能优良的器件。第二节第二节第二节第二节 介质损耗的监测介质损耗的监测介质损耗的监测介质损耗的监测一一一一、相位差法相位差法相位差法相位差法过零相位比较法过零相位比较法过零相位比较法过零相位比较法3. 特点特点特点特点?优点优点优点优点?不更改设备的运行情况不更改设备的运行情况不更改设备的运行情况不更改设备的运行情况。?缺

16、点缺点缺点缺点?由于上述众多的误差因素由于上述众多的误差因素由于上述众多的误差因素由于上述众多的误差因素，故对各单元电子器件的要求较故对各单元电子器件的要求较故对各单元电子器件的要求较故对各单元电子器件的要求较高高高高，否则会影响监测数据的重复性否则会影响监测数据的重复性否则会影响监测数据的重复性否则会影响监测数据的重复性，甚至出现由于重复性甚至出现由于重复性甚至出现由于重复性甚至出现由于重复性差而无法正确诊断的情况差而无法正确诊断的情况差而无法正确诊断的情况差而无法正确诊断的情况。第二节第二节第二节第二节 介质损耗的监测介质损耗的监测介质损耗的监测介质损耗的监测二二二二、数字分析法数字分析法

17、数字分析法数字分析法谐波分析法谐波分析法谐波分析法谐波分析法1. 基本原理基本原理基本原理基本原理PTCT隔离放大放大滤波滤波ADC工业控制计算机UIxUCx运用傅立叶变换和三角函数运用傅立叶变换和三角函数运用傅立叶变换和三角函数运用傅立叶变换和三角函数的正交性质直接计算的正交性质直接计算的正交性质直接计算的正交性质直接计算tan第二节第二节第二节第二节 介质损耗的监测介质损耗的监测介质损耗的监测介质损耗的监测二二二二、数字分析法数字分析法数字分析法数字分析法谐波分析法谐波分析法谐波分析法谐波分析法1. 基本原理基本原理基本原理基本原理?满足满足满足满足狄里赫利条件狄里赫利条件狄里赫利条件狄里

18、赫利条件的电力系统运行电压的电力系统运行电压的电力系统运行电压的电力系统运行电压ux与电容型设备泄漏与电容型设备泄漏与电容型设备泄漏与电容型设备泄漏电流电流电流电流ix，可按可按可按可按傅里叶级数傅里叶级数傅里叶级数傅里叶级数分解分解分解分解为直流分量和各次谐波分量之为直流分量和各次谐波分量之为直流分量和各次谐波分量之为直流分量和各次谐波分量之和和和和：=+=+=1010)sin()sin(kkkmxkkkmxtkIIitkUUu（1）（2）式中式中式中式中：U0电压的直流分量电压的直流分量电压的直流分量电压的直流分量，I0电流的直流分量电流的直流分量电流的直流分量电流的直流分量，Ukm电压的

19、各次谐波幅值电压的各次谐波幅值电压的各次谐波幅值电压的各次谐波幅值， Ikm电流的各次谐波幅值电流的各次谐波幅值电流的各次谐波幅值电流的各次谐波幅值， k电压的各次谐波相角电压的各次谐波相角电压的各次谐波相角电压的各次谐波相角， k电流的各次谐波相角电流的各次谐波相角电流的各次谐波相角电流的各次谐波相角，k= 1，2，3，4 数字信号处理数字信号处理数字信号处理数字信号处理第二节第二节第二节第二节 介质损耗的监测介质损耗的监测介质损耗的监测介质损耗的监测二二二二、数字分析法数字分析法数字分析法数字分析法谐波分析法谐波分析法谐波分析法谐波分析法1. 基本原理基本原理基本原理基本原理?式式式式（1

20、）、）、）、）、式式式式（2）可变换为可变换为可变换为可变换为：（3 3 3 3）（4 4 4 4）=+=+=1010sin)cos(cos)sin(sin)cos(cos)sin(kkkmkkmxkkkmkkmxtkItkIIitkUtkUUu?将式将式将式将式（3）两边同乘以两边同乘以两边同乘以两边同乘以cosk t，取一周期内定积分取一周期内定积分取一周期内定积分取一周期内定积分，可得可得可得可得：dttkUdttkuTTx=coscos000+(sin) coscos(cos) sincosUtk t dtUtk t dtmTmT110110+(sin) coscos(cos) sin

21、cosUk tk t dtUk tk t dtkmkTkmkT00+L+L（5 5 5 5）第二节第二节第二节第二节 介质损耗的监测介质损耗的监测介质损耗的监测介质损耗的监测二二二二、数字分析法数字分析法数字分析法数字分析法谐波分析法谐波分析法谐波分析法谐波分析法1. 基本原理基本原理基本原理基本原理?三角函数在一个周期内定积分的三角函数在一个周期内定积分的三角函数在一个周期内定积分的三角函数在一个周期内定积分的正交特性正交特性正交特性正交特性：sin mxdxT=00cosmxdxT=00(sin)mxdxTT202=(cos)mxdxTT202=sincosmxnxdxT=00sinsin

22、()mxnxdxmnT=00coscos()mxnxdxmnT=00第二节第二节第二节第二节 介质损耗的监测介质损耗的监测介质损耗的监测介质损耗的监测二二二二、数字分析法数字分析法数字分析法数字分析法谐波分析法谐波分析法谐波分析法谐波分析法1. 基本原理基本原理基本原理基本原理?根据上述正交特性根据上述正交特性根据上述正交特性根据上述正交特性，式式式式（5）可化简为可化简为可化简为可化简为：uk t dtUk t dtTUxTkmkTkmk0202=cos(sin) cossinUTuk t dtkmkxT=sincos20UTuk t dtkmkxT=cossin20?所以所以所以所以：?同

23、理同理同理同理，式式式式（3）两边同乘以两边同乘以两边同乘以两边同乘以sink t，并取一周期内定积分并取一周期内定积分并取一周期内定积分并取一周期内定积分，可化简得可化简得可化简得可化简得：（6）（7）dttudttutgTxTx=sin/cos001?对对对对基波基波基波基波，令令令令k=1，并且以式并且以式并且以式并且以式（6）除以式除以式除以式除以式（7），），），），则可得则可得则可得则可得电压电压电压电压基波相角基波相角基波相角基波相角 1：（8）第二节第二节第二节第二节 介质损耗的监测介质损耗的监测介质损耗的监测介质损耗的监测二二二二、数字分析法数字分析法数字分析法数字分析法谐波

24、分析法谐波分析法谐波分析法谐波分析法1. 基本原理基本原理基本原理基本原理?按相同方法按相同方法按相同方法按相同方法，可由式可由式可由式可由式（4）推得推得推得推得电流基波相角电流基波相角电流基波相角电流基波相角 1：dttidttitgTxTx=sin/cos001()(909011=tgtgtg（10101010）（9 9 9 9）?对容性试品对容性试品对容性试品对容性试品，电流相角超前于电压电流相角超前于电压电流相角超前于电压电流相角超前于电压，所以介质损失角正切所以介质损失角正切所以介质损失角正切所以介质损失角正切：第二节第二节第二节第二节 介质损耗的监测介质损耗的监测介质损耗的监测介

25、质损耗的监测二二二二、数字分析法数字分析法数字分析法数字分析法谐波分析法谐波分析法谐波分析法谐波分析法2. 特点特点特点特点?要求对被测电压和电流要求对被测电压和电流要求对被测电压和电流要求对被测电压和电流同步采样同步采样同步采样同步采样，否则否则否则否则（ 1 1）是变化的是变化的是变化的是变化的，影响监测结果的重复性影响监测结果的重复性影响监测结果的重复性影响监测结果的重复性。?FFT要求一周波采样要求一周波采样要求一周波采样要求一周波采样2n个点个点个点个点，考虑到系统频率的变化考虑到系统频率的变化考虑到系统频率的变化考虑到系统频率的变化，应对电应对电应对电应对电路进行路进行路进行路进行

26、锁相倍频跟踪锁相倍频跟踪锁相倍频跟踪锁相倍频跟踪，以确保频率变化时仍采样以确保频率变化时仍采样以确保频率变化时仍采样以确保频率变化时仍采样2n个点个点个点个点。?对硬件电路依赖小对硬件电路依赖小对硬件电路依赖小对硬件电路依赖小，如电路零漂等对监测结果无影响如电路零漂等对监测结果无影响如电路零漂等对监测结果无影响如电路零漂等对监测结果无影响，从而提从而提从而提从而提高了测量的稳定性和测量精度高了测量的稳定性和测量精度高了测量的稳定性和测量精度高了测量的稳定性和测量精度。?采用该方法可将监测系统组成中央集控式采用该方法可将监测系统组成中央集控式采用该方法可将监测系统组成中央集控式采用该方法可将监测

27、系统组成中央集控式，减少设备投资减少设备投资减少设备投资减少设备投资。?该方法主要依靠软件分析法该方法主要依靠软件分析法该方法主要依靠软件分析法该方法主要依靠软件分析法，使系统经济使系统经济使系统经济使系统经济、简单简单简单简单，是介损监测是介损监测是介损监测是介损监测技术的发展方向技术的发展方向技术的发展方向技术的发展方向。第二节第二节第二节第二节 介质损耗的监测介质损耗的监测介质损耗的监测介质损耗的监测二二二二、数字分析法数字分析法数字分析法数字分析法谐波分析法谐波分析法谐波分析法谐波分析法3. 举例举例举例举例习题习题习题习题1. 试分析相位差法监测电容型设备介质损耗的试分析相位差法监测电容型设备介质损耗的试分析相位差法监测电容型设备介质损耗的试分析相位差法监测电容型设备介质损耗的原理原理原理原理；2. P84，第第第第7题题题题；3. 试评价谐波分析法监测电容型设备介质损耗试评价谐波分析法监测电容型设备介质损耗试评价谐波分析法监测电容型设备介质损耗试评价谐波分析法监测电容型设备介质损耗的优缺点的优缺点的优缺点的优缺点。