专利名称：基于电流相量群的高压电力容性设备绝缘在线监测方法
技术领域：
本发明涉及高压电力容性设备的绝缘在线监测，属于电力系统的高压电力设备状态监测领域，也属于智能电网以及数字化、智能化变电站领域。本发明适用于电网和发电厂，以及冶金、化工、铁路等工业行业的各种电压等级变电站的高压容性电力设备的绝缘监测，可以实现智能电网的高压容性设备状态监测、安全预警和全寿命周期管理功能。
背景技术：
电力行业是能源行业的主体，超高压、特高压输电能 够实现更远距离和更高效率的能量传输，高压绝缘技术是其中的关键技术，特高压、超高压电网的绝大多数故障表现为绝缘遭受破坏。除输电线路以外的高压电力设备都集中放置在变电站内，包括主变压器、高压断路器、电流互感器(CT)、电容式电压互感器(CPT)、套管、耦合电容器、避雷器等，其中绝大多数设备是容性设备。实现高压电力容性设备的状态监测能够预防由于容性设备绝缘导致的电网故障。当今，电网和电力系统正在建设智能电网，智能电网的一个关键内容就是电力设备的全寿命周期管理，即依托于高压电力设备的状态监测实现预防性控制和状态检修。实时的绝缘监测及诊断技术是状态检修的基础，对高压电力容性设备进行在线监测，及时预测并诊断故障，对确保电力设备的正常运行、提高电网的可靠性以及对设备和运行人员的安全都具有重要的意义。高压电力容性设备绝缘监测目前通常基于对其介质损耗因数tgS (简称介损)的监测。介损的测试原理可以简述为将被测对象的电流信号和电压信号传送到测量装置，然后对两个信号的相位进行比较，从而得到该设备介损值。现有的容性设备绝缘监测技术存在如下技术问题，实用效果不佳I.容性设备的泄露电流信号微小，在几百PA到几百mA之间，采用长电缆传输过程中易于受到干扰。2.容性设备监测如果需要大量现场信号电缆布线则工程实施难度大。3.监测容性设备绝缘需要该设备的同步泄漏电流和设备电压相量，因而需要配置电流采集单元和电压采集单元，后者的电压互感器位置与该容性设备距离很远，使得系统结构复杂；通常需要将容性设备的泄漏电流信号和设备电压信号经电缆接线传递到电子设备间再测量，因而进一步引入大量误差和干扰信号，使得该方案从根本上不具有实用性，测量结果缺乏可信度。用新型微小信号测量技术，实现不同位置的特征信号关联采集和处理是解决高压容性设备绝缘在线监测的关键。本专利提出一种基于卫星对时的同步测量技术对同一电压等级的容性设备泄漏电流进行分布式的相量测量，通过相量相位归一化构建各相同电压等级下的设备泄漏电流相量群，计算该相量群的惯性中心电流相量，然后计算该相量群的惯性中心电压相量，基于计算所得的惯性中心电压相量计算各容性设备等效绝缘介损，以此实现对容性设备的绝缘在线监测。该方法及等效介损侧重体现了容性设备绝缘的相对比较，不依赖母线电压的测量，可分布下放在容性设备就地实现，不受微弱信号的电缆负载及其干扰影响，具有更好的测量精度且更适合与智能化变电站融合。
发明内容
本发明针对高压电力容性设备的绝缘在线监测技术，公开了一种无需测量容性设备电压信号的高灵敏度、抗干扰能力强的容性设备绝缘在线监测方法。为了更好地测量微弱的容性设备泄漏电流信号，采用在容性设备就地配置专门的泄漏电流监测装置，直接利用小电流传感器测量容性设备泄漏电流。对于不同的容性设备泄漏电流采用基于卫星对时信号的统一同步采样，获得具有相同相位参考的容性设备泄漏电流相量。通过对A、B、C三相容性设备泄漏电流相量的相位归一化处理，获得同一电压等级下各容性设备的泄漏电流相量集合，定义为相量群。对该相量群的相量进行计算处理获得能表征该相量群整体大小和方向的惯性中心电流相量，定义惯性中心电压相量在相位上落后该惯性中心电流相量90度，即获得惯性中心电压相量的相位。在没有进行电压测量的前提下，利用该惯性中心电压相量与各容性设备的泄漏电流相量来计算各容性设备的绝缘 介损。该介损是一种等效介损，可作为高压电力容性设备绝缘在线监测的绝缘特征信号。基于电流相量群的高压电力容性设备绝缘在线监测的具体步骤和技术要点如下I)容性设备绝缘监测系统架构。监测系统由高压容性电力设备泄漏电流分布式测量单元和容性设备绝缘在线监测主站构成。按具体的容性电力设备(例如耦合电容、绝缘套管、PT、CPT、避雷器等)配置分布式就地监测单元，每个就地测量单元可实现对容性设备的三相泄漏电流采集、计算。各分布式监测单元将测量计算获得的泄漏电流相量经通信送给容性设备绝缘监测主站，在主站中计算惯性中心泄漏电流相量和惯性中心电压相量，以及各容性设备的等效介损，并进行容性设备绝缘状态的监测和报警。2)对容性设备泄漏电流的同步测量。把变电站(含发电厂升压站)内高压容性设备的分布式容性设备监测单元按电压等级分组，分布式测量单元接受卫星时钟授时信号，在每个秒脉冲信号到来时启动同步采样，采样信号记为s(i)，i =0，1，…，η-i。采样率设为4. 8K，即每周波96点。3)对泄漏电流采样信号的数字滤波。为了获得更好的相量测量精度，采用可连续计算的无限冲击响应数字滤波算法对泄漏电流的同步采样信号做滤波处理，采用二阶巴特沃斯带通滤波器，中心通带频率为50Hz，下限截止频率为35Hz，上限截止频率取为65Hz，滤波器系数如下a[k] = {1,0,-3,0,3,0,-1}b[k] = {I. 0000，-5. 9383，14. 7055，-19. 4389，14. 4663，_5· 7467，O. 9520}设采样信号S⑴的滤波输出为y(i)，则y [k] = -b [k_l] *y [k_l] _b [k_2] *y [k_2] _b [k_3] *y [k_3] _b [k_4] *y [k_4] _b [k_5]*y[k-5]-b[k-6]*y[k_6]+a[k]*s[k]+a[k_2]*s[k_2]+a[k_4]*s[k_4]+a[k_6]*s[k_6]4)计算泄漏电流相量。在滤波输出信号时间序列y(k)，(k = 0,1,……，n-l)中，以整秒时刻为起始点，取y (s)，y(s+l), y(s+2),……，y(s+95)为一个周波的滤波输出信号，计算其50Hz基波相量,记为之=As^es，其中As为相量幅值，Θ s为该相量参考整秒的相位，如公式⑴ ⑷
权利要求
1.一种基于电流相量群的高压电力容性设备绝缘在线监测方法，该方法只测量各高压电力容性设备的泄漏电流，构建泄漏电流相量群，计算其惯性中心泄漏电流相量，计算其惯性中心电压相量，利用计算得出的惯性中心电压相量计算各高压电力容性设备的等效绝缘介损，具体包括步骤 1)对变电站内的高压电力容性设备按电压等级分组，对每个高压电力容性设备配置分布式容性设备监测单元，接收卫星时钟授时信号，在每个秒脉冲信号到来时启动同步采样，实现对高压电力容性设备泄漏电流信号的同步测量，采样信号记为s(i)，i = 0，1^··，η-1 ； 2)设置数字滤波器对采样信号S(i)进行实时滤波，数字滤波器采用无限冲击响应的窄带带通滤波器，设置其下限截止频率为35Hz，上限截止频率为65Hz，通带中心频率为50Hz，通带为5Hz，滤波后的输出信号记为Y(i)，i = 0,1, ".，n-l; 3)利用相量算法计算滤波后的输出信号Y(i)的50Hz相量,记为=為2( ，其中As为该相量幅值，Θ s为该相量参考整秒时刻的相位； 4)对同一电压等级下各高压电力容性设备的泄漏电流相量做A、B、C三相的归一化处理，构建该电压等级下的高压电力容性设备泄漏电流相量群； 5)计算步骤4)中所述的泄漏电流相量群的惯性中心泄漏电流相量，定义惯性中心电压相量的相位滞后惯性中心泄漏电流相量90度； 6)以步骤5)中所述的惯性中心电压相量相位为参考，计算各高压电力容性设备的等效绝缘介损，以此作为该高压电力容性设备绝缘监测的特征量。
2.根据权利要求I所述的一种基于电流相量群的高压电力容性设备绝缘在线监测方法，其中高压电力容性设备泄漏电流相量群的构建方法的特征为同一电压等级的各高压电力容性设备绝缘泄漏电流相量以A相泄漏电流相量相位为参考,把B相、C相相量分别乘以因子e_、e-J120,即向前、向后旋转120度，构成泄漏电流相量群，记为 f , · < · * · * · · .,··■) ^、Ifn\b、^mlc， mla、^mlb、 mlc，，^mNa、^mNb、^mNc J。
3.根据权利要求I所述的一种基于电流相量群的高压电力容性设备绝缘在线监测方法，其中泄漏电流相量群的惯性中心泄漏电流相量的计算方法的特征为采用各泄漏电流相量幅值Ai作为各相量的惯性时间常数，去除泄漏电流相量群中相位最超前和最滞后的两个相量后，用惯性时间常数对各相量相位做加权计算，惯性中心泄漏电流相量的相位θ Im0I的计算公式如下
4.根据权利要求I所述的一种基于电流相量群的高压电力容性设备绝缘在线监测方法，其中各高压电力容性设备等效绝缘介损的计算方法的特征为惯性中心电压相量相位滞后于惯性中心电流相量90度，容性设备等效绝缘介损tg δ s为泄漏电流相量群的各泄漏电流相量与惯性中心电流相量的相位差的正切值，即tg δ s = tg( Θ IC0I- Θ s')。
全文摘要
本发明涉及智能电网的高压电力设备状态监测领域，针对高压电力容性设备的绝缘在线监测公开了一种不需要测量容性设备电压，仅依靠对其泄漏电流测量的容性设备绝缘介质损耗在线监测方法。本发明采用基于卫星对时的同步技术对同一电压等级的容性设备泄漏电流进行分布式的同步相量测量，通过相量相位归一化构建各相同电压等级下的容性设备泄漏电流相量群，计算电流相量群的惯性中心电流相量以及惯性中心电压相量，基于计算的惯性中心电压相量计算各容性设备的等效绝缘介质损耗，以此实现对容性设备的绝缘在线监测。该方法体现了容性设备绝缘的相对比较，不依赖母线电压的测量，不受微弱信号的电缆负载干扰的影响，更适合在数字化、智能化变电站中实现。
文档编号G01R27/26GK102866304SQ201210345229
公开日2013年1月9日 申请日期2012年9月18日 优先权日2012年9月18日
发明者曹敏, 束洪春, 李娟 , 王任, 董俊, 翟少磊 申请人:云南电力试验研究院(集团)有限公司电力研究院, 昆明理工大学, 北京信息科技大学