专利名称：基于参考相位法的高压电气设备绝缘参数的在线监测方法
技术领域：
本发明涉及高压电气设备绝缘的在线监测，更具体地是指基于参考相位法的高压电气设备绝缘参数的在线监测方法。
背景技术：
电力系统中的电力变压器、电流互感器、避雷器等高压电气设备在长期的运行中由于受到电场、导体发热、机械力、化学腐蚀和环境等因素的影响，其绝缘性能不可避免地将逐渐变坏，甚至导致设备故障，威胁电力系统的安全运行。因此为了确保电力系统安全可靠的运行，最大限度的降低事故率，有必要对高压电气设备的绝缘状况进行实时的绝缘在线监测，以便及时掌握设备绝缘的劣化程度，采取相应的预防措施，避免停电事故的发生。
电气设备绝缘在线监测即是在设备运行中连续提取各种表征其绝缘状态的信息参数，并根据各种故障征兆参数运用智能技术对设备的绝缘状况进行实时评判。一个基本的绝缘在线监测系统主要是由信息采集、数据处理与分析和诊断决策三部分所组成。根据数据处理方式的差异可以将不同的在线监测系统分为以下两大类集中式的在线监测系统和分布式的在线监测系统。前者是通过大量的屏蔽电缆将模拟信号由现场传感器引导至主控室的计算机内进行信号的集中采集，而后者是由站内的各智能监测单元对采集到的模拟信号进行就地的数字化处理，再通过现场总线将数字化的模拟信号传送到控制室的主控机内。分布式的在线监测该系统和集中式的在线监测系统相比，基本上解决了模拟信号长距离传输易受干扰、同步测量和减少现场工程量的问题。因此可以说这是目前最有应用前景的一种系统结构模式。但是，已有技术传统的分布式系统还是存在一定局限性的，特别是对于那些需要以系统电压信号作为相位基准来计算其绝缘参数的设备，如电容型设备、氧化锌避雷器等，传统的绝缘参数监测方式会影响其绝缘参数的测量精度甚至会给整个系统的安全运行带来很大的负面影响，现以电容型设备的绝缘在线监测为例来说明这个问题。
对于电容型设备，主要监测它的介质损耗因数和等值电容量。介质损耗因数主要是通过计算电容型设备的末屏电流信号和系统电压信号之间的相位差来得到的，如公式1所示，即是以系统电压信号的相位作为介质损耗因数测量的相位基准值。
(公式1)其中，Tanδ为介质损耗因数，I为末屏电流信号的相位，U为系统电压信号的相位。
通常系统电压信号是由取自电压互感器(PT)二次侧的电压信号再经过必要的转换后得到的。
在实际当中，变电站内的同一条母线上通常安装有一台电压互感器和若干台的电容型设备，因此为了能够对所有电容型设备的绝缘参数进行在线监测，传统的做法是利用多个屏蔽电缆将该PT的二次侧电压信号分别引到各个电容型设备的监测单元内再进行相应的处理，但是这样做会带来很多的弊端。首先，对于110kV及以上电压等级的变电站来说，由于不同设备之间的距离是比较远的，模拟信号要在变电站复杂的电磁环境下进行远距离的传输，很容易引入大量的电磁干扰，造成信号的失真，因此PT二次电压信号即计算用的基准电压信号在远距离传输中很容易发生畸变，从而影响电容型设备的介质损耗因数的测量精度，造成故障的误判断。其次，长距离敷设电缆也会增大产生电缆接地故障的概率，影响系统安全可靠的运行。再者，由于变电站内电容型设备的数量通常要占到全站电气设备总量的40％以上，因此若采用传统的监测方法，则需要敷设大量的电缆，既增加了系统的复杂性，也加大了现场的施工量。此外，若变电站一次设备的主接线发生了变化，例如增加或拆除某些电容型设备时，都会产生传输电压信号的电缆敷设或拆除的问题，既增加了现场施工的难度，又给运行部门的日常工作带来一定的麻烦。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题，本发明引入了参考相和参考相位的方法，提出了一种全新的高压电气设备绝缘参数的在线监测方法-参考相位法，该种方法摒弃了传统的直接以电缆从PT二次侧取电压信号作为相位基准来计算绝缘参数的方法，适用于以系统电压信号作为相位基准来计算其绝缘参数的高压电气设备的绝缘参数在线监测，如电容型设备介质损耗因数的在线监测和氧化锌避雷器(MOA)泄漏电流的在线监测。
参考相位法的具体内容如下全站均以AC220V工作电源为参考相，以其相位为参考相位，站内设有专用的系统电压监测单元来采集系统电压信号。各电容型设备的监测单元、MOA泄漏电流监测单元以及系统电压监测单元内均设有用于采集参考相信号的传感器，所述的传感器是一匝穿芯式的高精度传感器，具有很高的线性度，它是市售商品。这样，既在采集设备相应电流信号或系统电压信号的同时，也可采集到参考相的信号。这些监测单元上送到主控机内的信号为所采集到的真实信号的相位与参考相位间的相位差。主控机对这些信号进行必要的差分处理后，就可以得到计算该设备绝缘参数所需要的各真实信号之间的相位差。
本发明参考相位法同传统的绝缘参数监测方法相比，主要具有以下的优越性1.该方法避免了PT二次侧电压信号的远距离传输，既保证了绝缘参数测量的准确性，又可以减少电缆的敷设数量，提高了系统的安全可靠性；2.由于各监测单元上送到主控机的是真实信号的相位与参考相位之间的相位差，因此大大增强了抗共模干扰的能力，提高了绝缘参数的测量精度；3.可以消除采集信号所用的传感器本身的绝对角差对于绝缘参数测量精度的影响；4.本发明对于110KV及以上电压等级的高压电气设备来说，均有相同的有益效果。
参考相位法具有传统的绝缘参数监测方法无法比拟的优越性，具有很高的应用价值。
四
附图1是本发明电容型设备绝缘参数在线测量原理中1、电容型设备； 2、电压互感器(PT)； 3、传感器； 4、工作电源线；5、现场通信总线； 6、主控机(CMU)。
如附图所示，利用电容型设备智能监测单元(FMU-C)测得电容型设备末屏电流的幅值和相位，利用系统电压智能监测单元(FMU-U)测得系统电压的幅值和相位。主控机(CMU)则由这两单元测得的信号幅值可以计算出该电容型设备的电容量，而由末屏电流以及系统电压信号的相位可计算出设备的介质损耗因数。
五具体实施例方式现以电容型设备为例，来说明参考相位法具体的应用过程。
设站内的参考相位为O，电容型设备监测单元采集到的末屏电流信号的相位为I，上送到主控机的信号为该相位与参考相位的相位差，即(I-O)。设系统电压监测单元采集到的系统电压相位为U，上送到主控机的信号同样为该相位与参考相位的相位差，即(U-O)。主控机对接收到的信号(I-O)和(U-O)进行差分处理，得到参数，如公式2所示。
＝(I-O)-(U-O)＝(I-U) (公式2)可见，即为电容型设备的末屏电流信号和系统电压信号的相位差，再将其代入公式2就可以得到我们所需要的该设备的介质损耗因数。
通常我们用于采集信号的传感器是存在着一定的测量误差的，角度上的差异我们称之为角差。角差是不可以避免的，它会降低绝缘参数的测量精度。传统的绝缘参数测量方法对于角差的存在是无能为力的，但是本专利所提出的参考相位法就可以消除角差对于绝缘参数测量精度的影响，还是以电容型设备绝缘参数的测量为例来说明消除角差影响的过程。
我们所采用的电容型设备监测单元在出厂前都要进行传感器的角度校准工作，所用的方法即是让每一个监测单元内的所有传感器同测一个电源信号，由于各传感器角差的不同，因此我们可以得到具有不同相位的一组信号，将这些信号的相位差以定值的形式写入该监测单元的数据处理与分析部分中。当这些监测单元实际工作时，由于采用了参考相位法，因此该监测单元上送给主控机的是真实信号(包含了测量误差)与参考相信号(包含了测量误差)之间的相位差，我们就可以利用预先得到的定值数据对这个相位差进行校正，从而消除各传感器的测量误差得到真实的测量结果了，具体过程如下对于电容型设备监测单元，设用于采集末屏电流信号的传感器Si的测量误差为ΔI，用于采集参考相信号的传感器Sc的测量误差为ΔC。进行传感器角度校准时，让传感器Si和传感器Sc同测一个具有相位为Tj的信号，这样我们可以得到相位分别为(Tj+ΔI)和(Ti+ΔC)的两个信号，并可以得到这两个信号的相位差ΔD，其中ΔD＝(Tj+ΔI)-(Tj+ΔC)＝(ΔI-ΔC)ΔD即为我们所需要的定值数据。
当该监测单元工作时，设所需要采集的末屏电流真实信号的相位为Tm，参考相信号的相位为Tc。而监测单元实际所采集到的电流信号的相位为(Tm+ΔI)，参考相信号的相位为(Tc+ΔC)。这样，该监测单元上送到主控机的信号的相位即为Ty，其中Ty＝(Tm+ΔI)-(Tc+ΔC)我们利用事先得到的定值数据ΔD对Ty进行相位校正，从而得到了数据Tt，其中Tt＝Ty-ΔD＝(Tm+ΔI)-(Tc+ΔC)-(ΔI-ΔC)＝Tm-Tc可见，Tt中已不包含传感器的测量误差ΔI和ΔC，正是我们计算绝缘参数所需要的真实的相位差数据。
权利要求
1.基于参考相位法的高压电气设备绝缘参数的在线监测方法，包括信息采集、主控机、数据处理与分析和诊断决策所组成的绝缘在线监测系统，在线监测系统分两大类，集中式的在线监测系统和分布式的在线监测系统，前者是通过大量的屏蔽电缆将模拟信号由现场传感器引导至主控室的计算机内进行信号的集中采集，而后者是由站内的各智能监测单元对采集到的模拟信号进行就地的数字化处理，再通过现场总线将数字化的模拟信号传送到控制室的主控机内，所述的分布式系统，对于那些需要以系统电压信号作为相位基准来计算绝缘参数的设备，如电容型设备，主要监测它的介质损耗因素和等值电容量，介质损耗因素主要通过电容型设备的末屏电流信号和系统电压信号之间相位差来得到，其特征在于引入参考相和参考相位的方法，摒弃了传统的直接以电缆从PT二次侧取电压信号作为相位基准来计算绝缘参数的方法，取而代之以系统电压信号作为相位基准来计算绝缘参数的方法，即是全站均以AC220V工作电源为参考相，以其相位为参考相位，站内设有专用的系统电压监测单元来采集系统电压信号，各电容型设备的监测单元、氧化锌避雷器泄漏电流监测单元以及系统电压监测单元内均设有用于采集参考相信号的传感器，在既采集设备相应电流信号或系统电压信号的同时，也可采集到参考相的信号，这样，这些监测单元上送到主控机内的信号为所采集到的真实信号的相位与参考相位间的相位差，主控机再对这些信号进行必要的差分处理后，就可以得到计算该设备绝缘参数所需要的各真实信号之间的相位差。
2.根据权利要求1所述的基于参考相位法的高压电气设备绝缘参数的在线监测方法，其特征在于各监测单元中均设有用于采集参考相信号的传感器。
3.根据权利要求1所述的基于参考相位法的高压电气设备绝缘参数的在线监测方法，其特征在于可以消除采集信号所用的传感器本身的绝对角差对于绝缘参数测量精度的影响。
4.根据权利要求1所述的基于参考相位法的高压电气设备绝缘参数的在线监测方法，其特征在于利用参考相位法可以适用在110KV及以上电压等级的变电站高压电气设备绝缘参数的在线监测。
全文摘要
本发明为基于参考相位法的高压电气设备绝缘参数的在线监测方法，包括信息采集、数据处理与分析和诊断决策所组成的绝缘在线监测系统，在线监测系统分两大类，集中式的在线监测系统和分布式的在线监测系统，所述的分布式的在线监测系统，对于电容型设备，主要监测它的介质损耗因素和等值电容量，介质损耗因素主要通过电容型设备的末屏电流信号和系统电压信号之间相位差来得到，其特征在于引入参考相和参考相位的方法，即是全站均以AC220V工作电源为参考相，各监测单元内均设有用于采集参考相信号的传感器。本发明避免了PT二次侧电压信号的远距离传输，既保证了绝缘参数测量的准确性，又提高了系统的安全可靠性；引入了参考相位，提高了绝缘参数的测量精度；消除所用传感器本身的绝对角差误差对于绝缘参数测量值的影响，比之传统法监测有无比的优越性，具有很高的应用价值。
文档编号G01R31/00GK1566976SQ03129228
公开日2005年1月19日 申请日期2003年6月13日 优先权日2003年6月13日
发明者郑犇, 陈新喜 申请人:上海龙源智光电气有限公司