一种结合相关分析滤波性的相对比较法
【技术领域】
[0001] 本发明是一种应用于高压容性设备介质损耗在线监测的测量算法，属于高压容性 设备在线监测技术领域。
【背景技术】
[0002] 容性设备（电流互感器、耦合电容器、电容式电压互感器和高压套管等）在电力系 统设备构成中占相当大的比重，这些设备的安全可靠是实现整个电力系统运行的基础。电 气设备（尤其是高压设备）损坏事故中很大一部分是绝缘损坏引起的，而通过测量介质损 耗（tan δ，以下简称介损）或相对介损可以发现电力设备绝缘系统处于早期发展阶段的整 体性缺陷或较大的集中性局部缺陷。因此，高压容性设备tan δ的测量对于变电站乃至整 个电力系统的安全、经济运行都具有极其重要的意义。
[0003] 目前介损的测量主要有过零比较法、谐波分析法和相对比较法等。过零比较法的 基本原理是：让电压和电流信号经过相同的两路信号预处理电路，然后进入过零比较器将 交流信号过零整形为方波信号，通过比较这两个方波信号的上升沿或下降沿之间的时间差 来求出两个信号的相位差，从而求得介损。谐波分析法的原理是：利用电压互感器和电流互 感器分别获得被测试品的电压与电流信号，然后利用离散傅里叶变换（DFT)对电压电流信 号进行谐波分解，得到基波电流、电压信号之间的相位差，进而求出被测试品的介损。相对 比较法的原理是：选取两支容性设备泄漏电流值，其中一组设定为参考标准，进行相对比较 求得相对介损，从而进行故障诊断。
[0004] 相对比较法的优点是：一、考虑到同相同电压等级设备相互之间运行工况、电压基 准、环境影响的相似性，这些设备的介损测量数据应该有同时变化的迹象。如果设备绝缘状 况良好，则两测试结果应基本相同；如果测试数据间有明显差异，则其中某台设备的绝缘状 况可能出现异常。因此用它们的介损相对值的变化作为故障诊断的依据，稳定性会比较好， 可使故障诊断的灵敏度大大提高。二，可在一定程度上抵消温湿度变化、相间干扰及电压互 感器（PT)角差等因素的影响，由此判断绝缘状态将更加精确。因此，相对比较法具有较好 的应用前景。
[0005] 传统的相对比较法大多采用相关分析求得相对介损。根据两设备的泄漏电流的 相位差，即可求得相对介质损耗，而相位差可通过时间差求得，如图1所示，公式为：△ S = 2 JT Λ T/T。而利用互相关函数的时延特性可求得两泄漏电流的时间差Λ T，两泄漏电流信号 的互相关函数波形图如图2所示，称波形图上的最高峰为相关峰，相关峰值位置与原点的 差即是两泄漏电流信号的时间差Λ Τ。
[0006] 但是，容性设备的介损在正常情况下是一个微小值，所以系统本身干扰（谐波干 扰）以及外界干扰（环境干扰）对传统求取相对介损的测量方法会造成很大的影响，故传 统的相对比较法在某些情况下（如谐波干扰或环境干扰较大时）将不再精确。因此寻求抗 干扰能力强、高精度的相对介损测量方法一直是研宄的重点与热点。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是提供一种结合相关分析滤波性的相对比较法，在设备做介损相对 比较之前先利用相关分析的滤波性，滤除绝大部分干扰，使相对比较法在测量容性设备的 相对介损时具有抗干扰能力强，测量精度高，适用范围广等显著优势。
[0008] 为实现本发明目的采用的技术方案是：采用一种结合相关分析的滤波算法先进行 滤波，然后计算设备的相对介损，进而进行诊断。
[0009] 本发明步骤如下：
[0010] (1)采集选取的两个设备的泄漏电流信号为i2(t)，设定标准基波信号为 i〇(t)；
[0011] ⑵分别使用标准基波信号ijt)和两泄露电流信号ijt)、i2(t)进行互相关处 理，得到两泄露电流信号(t)、i 2 (t)滤波后的泄漏电流信号i1(l (t)、i2(l (t):具体步骤如 下：
[0012] (21)分别对标准基波信号为ijt)、两个泄漏电流信号i2(t)做傅里叶变 换得到频域信号I。(f)、I 1 (f)和I2⑴；
[0013] (22)根据相关定理，分别得到标准基波频域信号IJf)与泄露频域信号I1 (f)、标 准基波频域信号Itl (f)与泄露频域信号I2 (f)之间的互谱密度函数： _4] Z10 (/) = /,(/)/?,(/) _5] /20(/) = /2(/)/0(/)；
[0016] 其中，I1(l(f)为标准基波频域信号IJf)与泄露频域信号Mf)的互谱密度函数， Z1 为I1 (f)的共轭；I2tl (f)为标准基波频域信号IJf)与泄露频域信号I2 (f)的互谱密度 函数，/2?/)为I2 (f)的共轭。
[0017] (23)计算得到滤波后的两泄漏电流频域信号Iltl(f)、I2CI(f)，并分别对得到的泄漏 电流频域信号作傅里叶反变换，得到滤波后的泄漏电流信号i 1(l(t)、i2C1(t);
[0018] (3)对滤波后的泄漏电流信号、i2CI(t)进行互相关处理，利用相关函数的时 延特性，求出i 1Q(t)与i2Q(t)之间的时延tdf；lay;
[0019] (4)根据公式Δ δ = tdelayX360/N求取设备的相对介损角；其中N为每周期内的 采样点数。
[0020] 本发明利用改进的相关分析先进行滤波，然后再求得相对介损，使滤波处理后相 对比较法的抗干扰能力更强、测量精度更高。电力系统实际运行过程中干扰对测量结果影 响是很大的，干扰主要有系统中的谐波以及外界的环境干扰。一般情况下，当谐波干扰或者 外界的环境干扰不断增大时，相对比较法精度将无法满足要求。而经过本发明的结合改进 相关分析的滤波算法滤波后，信号的波形明显改善，信号滤除了绝大部分干扰，波形平滑无 毛刺，如图3;在严重的干扰条件下（放大谐波干扰和环境干扰，此时信噪比为5dB)，经过 本发明的结合改进相关分析的滤波算法滤波后的相对比较法测得的结果较为精确，满足诊 断要求，对比图如图5,图5(a)中的波形有较大毛刺，这对检测相关峰进而求时延有很大影 响，测得的结果将极不精确，而图5 (b)中的波形滤除了干扰，平滑无毛刺，可以精确测得相 关峰位置，从而准确求得相对介损。所以，本发明结合改进相关分析的相对比较法采用标 准基波作为中间变量，充分结合了相关分析的滤波性能和时延特性，提高了算法的抗干扰 能力与测量精度，适用范围更广，具有一定的