一种容性设备绝缘参数在线监测装置的校准方法及设备与流程

本发明涉及计量校准领域，并且更具体地，涉及一种容性设备绝缘参数在线监测装置的校准方法及设备。

背景技术：

容性设备状态检修工作的开展日趋深入，越来越多的状态监测技术被应用到容性设备的日常状态分析检测中。依靠容性设备绝缘参数在线监测装置对运行设备开展监测，及时、准确地掌握设备运行状态，保证设备的安全、可靠和经济运行已经逐步成为电力系统常态化的监测技术。容性设备绝缘参数在线监测装置测量数据的准确性和可靠性直接影响着对电力设备状态监测的效果，因而在电力现场环境下对其进行有效校验至关重要。

现有技术涉及的校验、标定方法均未能在电力现场不停电状态下从计量的角度进行设计，并且不具量值传递及溯源的能力，对解决电力现场环境下的容性设备绝缘参数在线监测装置校验的问题存在一定的缺陷。为了尽量实现在不断电的情况下对容性设备进行校准，必须克服容性设备电流传感器所监测电流回路中原有泄漏电流引入的干扰。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供一种校准设备，用于对容性设备绝缘参数的在线监测装置进行校准，所述校准设备包括：

镜像电流源单元，与所述在线监测装置形成电流测量回路，对所述在线监测装置的泄漏电流信号进行取样以获得取样信号，对所述取样信号进行处理以得到与所取样的泄漏电流信号的幅值相同并且相位相反的电流信号，并且将所述幅值相同并且相位相反的电流信号接入所述在线监测装置的电流测量回路；以及

标准电流源单元，生成幅值和相位可控的标准电流信号，并联接入所述在线监测装置的电流测量回路中，在电力现场不停电状态下对所述在线监测装置进行校验。

优选地，其中所述镜像电流源单元包括：

钳形传感器，用于对所述在线监测装置的泄漏电流信号进行取样以获得取样信号；

信号调理单元，用于对取样信号进行放大和滤波处理；以及

功率放大单元，对经过信号处理单元处理的取样信号进行放大和相位修正，以得到与所取样的泄漏电流信号的幅值相同并且相位相反的电流信号。

优选地，其中所述标准电流源单元包括电压采集单元，对与所述在线监测装置的电压传感器相关联的电压互感器二次侧电压进行采集，并且采集的数据转化为数字信号。

优选地，其中所述标准电流源单元包括控制器，用于按照GPS时钟输出的标准时序，将数字信号通过数模转换单元转换为电流信号。

优选地，其中所述标准电流源单元包括功率放大单元，对电流信号进行放大并且设置电流信号与电压互感器二次侧电压信号之间的关联关系，然后通过调节功率放大单元的放大倍数和相位，输出生成幅值和相位可控的标准电流信号。

根据本发明的另一方面，提供一种校准方法，用于对容性设备绝缘参数的在线监测装置进行校准，所述校准方法包括：

对所述在线监测装置的泄漏电流信号进行取样以获得取样信号，对所述取样信号进行处理以得到与所取样的泄漏电流信号的幅值相同并且相位相反的电流信号；

将所述幅值相同并且相位相反的电流信号接入所述在线监测装置的电流测量回路；以及

生成幅值和相位可控的标准电流信号，以在电力现场不停电状态下对所述在线监测装置进行校验。

优选地，其中所述校准方法还包括：

对取样信号进行放大和滤波处理；以及

对经过信号处理单元处理的取样信号进行放大和相位修正，以得到与所取样的泄漏电流信号的幅值相同并且相位相反的电流信号。

优选地，其中所述校准方法还包括：

对与所述在线监测装置的电压传感器相关联的电压互感器二次侧电压进行采集，并且采集的数据转化为数字信号。

优选地，其中所述校准方法还包括：

按照GPS时钟输出的标准时序，将数字信号数模转换为电流信号。

优选地，其中所述校准方法还包括：

对电流信号进行放大并且设置电流信号与电压互感器二次侧电压信号之间的关联关系，然后通过调节功率放大单元的放大倍数和相位，输出生成幅值和相位可控的标准电流信号。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1为根据本发明实施方式的校准系统的结构示意图；

图2为根据本发明另一实施方式的校准系统的结构示意图；

图3为根据本发明实施方式的镜像电流源单元的结构示意图；

图4为为根据本发明实施方式的标准电流源单元的结构示意图；以及

图5为根据本发明实施方式的校准方法的流程图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

图1为根据本发明实施方式的校准系统的结构示意图。如图1所示，校准系统100包括：校准设备101、容性设备绝缘参数的在线监测装置102(即，被校在线监测装置)、容性设备103等。优选地，校准系统100可以有效地解决容性设备绝缘参数在线监测装置在电力现场不停电状态下难以有效校验的技术难题。校准系统100通过测量容性设备103输出电流并注入与其大小相等且相位相反的补偿电流，使得容性设备103电流测量回路的工作磁通接近零。校准系统100通过叠加幅值和相位可控的标准电流，实现在电力现场不停电状态下对容性设备绝缘参数在线监测装置的有效校验。

如图1所示，校准系统100通过具有测量容性设备全电流的幅值和相位功能的校准设备101给出与流过容性设备103电流大小相等且相位相反的补偿电流，并且将大小相等且相位相反的补偿电流注入到容性设备工作电流回路中，使得容性设备103此时的工作磁通接近零，以实现让容性设备示值清零的目的。

按图1所示的接线图进行连接操作，在容性设备103穿心线接入示值清零用电流传感器，并接入示值清零回路，完成上述操作后，调节校准设备101的电流输出，通过观察容性设备示值输出，当容性设备全电流示值接近零时(或小于0.1mA)，可认为完成容性设备103的示值清零操作。优选地，校准设备101与容性设备绝缘参数的在线监测装置102形成电流测量回路，用于对在线监测装置102进行校验。如图1所示，校准设备101的电压输入端与电压互感器PT二次侧连接，用于输入参考电压。校准设备101的电流输入端与电流传感器连接，以对泄漏电流信号进行取样。校准设备101的补偿电流输出端用于输出与所取样的泄漏电流信号的幅值相同并且相位相反的电流信号。校准设备101的试验电流输出端生成幅值和相位可控的标准电流信号，并且将幅值和相位可控的标准电流信号并联接入所述在线监测装置的电流测量回路中。

校验系统以电压互感器PT二次侧输出的参比电压为参考，输出幅值、相位可控的标准试验电流，电流输出引线串入被校在线监测装置穿心电流传感器输入环路中，实现对容性设备绝缘参数在线监测装置的全电流、介质损耗因数、电容量等参数的校准。

优选地，校准设备101用于对容性设备绝缘参数的在线监测装置进行校准。校准设备101包括：镜像电流源单元(图1中未示出)和标准电流源单元(图1中未示出)。其中，镜像电流源单元，与所述在线监测装置形成电流测量回路，对所述在线监测装置的泄漏电流信号进行取样以获得取样信号，对所述取样信号进行处理以得到与所取样的泄漏电流信号的幅值相同并且相位相反的电流信号，并且将所述幅值相同并且相位相反的电流信号接入所述在线监测装置的电流测量回路。优选地，标准电流源单元，生成幅值和相位可控的标准电流信号，并联接入所述在线监测装置的电流测量回路中，在电力现场不停电状态下对所述在线监测装置进行校验。

优选地，镜像电流源单元包括：钳形传感器(图1中未示出)、信号调理单元(图1中未示出)以及功率放大单元(图1中未示出)。优选地，钳形传感器，用于对所述在线监测装置的泄漏电流信号进行取样以获得取样信号。优选地，信号调理单元，用于对取样信号进行放大和滤波处理。优选地，功率放大单元，对经过信号处理单元处理的取样信号进行放大和相位修正，以得到与所取样的泄漏电流信号的幅值相同并且相位相反的电流信号。

优选地，其中标准电流源单元包括：电压采集单元、无线发射单元、无线接收单元、GPS时钟单元、控制器、数模转换单元以及功率放大单元(图1中均未示出)。优选地，电压采集单元，对与所述在线监测装置的电压传感器相关联的电压互感器二次侧电压进行采集，并且采集的数据转化为数字信号。优选地，无线发射单元用于将数字信号发送给无线接收单元。优选地，无线接收单元用于从无线发射单元接收数字信号。优选地，GPS时钟单元用于输出时钟序列。优选地，控制器，用于按照GPS时钟输出的标准时序，将数字信号通过数模转换单元转换为电流信号。优选地，数模转换单元用于将数字信号转换为电流信号。优选地，功率放大单元，对电流信号进行放大并且设置电流信号与电压互感器二次侧电压信号之间的关联关系，然后通过调节功率放大单元的放大倍数和相位，输出生成幅值和相位可控的标准电流信号。

优选地，容性设备绝缘参数的在线监测装置102与容性设备运行的电路形成测量回路，以用于测量容性设备的绝缘参数。如图1所示，容性设备绝缘参数的在线监测装置102的电压输入端与电压互感器PT二次侧连接，用于输入参考电压。容性设备绝缘参数的在线监测装置102的电流输入端与电流传感器连接。其中电流传感器用于测量流经容性设备的电路。此外，容性设备和电压互感器PT的一次侧均与母线连接。优选地，容性设备另一端通过接地阻抗接地。

优选地，容性设备103可以包括电流传感器、套管、耦合电容、电容式电压互感器等。在电力系统中，容性设备主要起功率补偿、整流滤波和过电压保护等作用。电容器性能的好坏直接关系到电网的正常运行。由于高压电气设备损坏事故中大部分是绝缘损坏引起的，因此及时有效地发现绝缘存在缺陷对于保障电网安全具有重要意义。

图2为根据本发明另一实施方式的校准系统200的结构示意图。如图2所示，逻辑上，绝缘参数在线监测装置现场环境下校准系统由传感器、电源供电与管理部件、传感信号的采集与传输部件、标准电流源和镜像电流源部件四个部分组成。校准系统200的基本原理是：由镜像电流源部件和标准电流源部件完成电流测量、电流模拟以及标准电流输出等功能。参考电压信号源安装在电压传感器的PT二次侧，而电流信号则采取先抵消原有泄漏电流信号，再注入标准电流信号的方式。即，首先通过镜像电流部件在容性设备电流传感器测量线路中注入一个与泄漏电流幅值相同，相位相反的电流信号，用以抵消原有测量线路中的电流信号。然后，测量试品电压传感器监测的PT二次电压，根据电压测量结果在试品电流传感器测量线路中再注入一个相位与试品电压信号相关，幅值可以按需调节的电流信号，再将容性设备绝缘在线监测装置所测电流值与标准电流源输出的电流进行对比分析，给出校验结果。

如图2所示，校准系统200包括：校准设备201、绝缘参数在线监测装置202、容性设备203、电压互感器204。优选地，校准系统200可以有效地解决容性设备绝缘参数在线监测装置在电力现场不停电状态下难以有效校验的技术难题。校准系统200通过测量容性设备203输出电流并注入与其大小相等且相位相反的补偿电流，使得容性设备203电流测量回路的工作磁通接近零。校准系统200通过叠加幅值和相位可控的标准电流，实现在电力现场不停电状态下对绝缘参数在线监测装置的有效校验。

如图2所示，校准系统200通过具有测量全电流的幅值和相位功能的校准设备201给出与流过容性设备203电流大小相等且相位相反的补偿电流，并且将大小相等且相位相反的补偿电流注入到容性设备工作电流回路中，使得容性设备203此时的工作磁通接近零，以实现让容性设备示值清零的目的。

按图2所示的接线图进行连接操作，在容性设备203穿心线接入示值清零用电流传感器，并接入示值清零回路，完成上述操作后，调节校准设备201的电流输出，通过观察容性设备示值输出，当容性设备全电流示值接近零时(或小于0.1mA)，可认为完成容性设备203的示值清零操作。优选地，校准设备201与绝缘参数在线监测装置202形成电流测量回路，用于对在线监测装置202进行校验。如图1所示，校准设备201的电压输入端与电压互感器PT二次侧连接，用于输入参考电压。校准设备201的电流输入端与电流传感器连接，以对泄漏电流信号进行取样。校准设备201的补偿电流输出端用于输出与所取样的泄漏电流信号的幅值相同并且相位相反的电流信号。校准设备201的试验电流输出端生成幅值和相位可控的标准电流信号，并且将幅值和相位可控的标准电流信号并联接入所述在线监测装置的电流测量回路中。

校验系统以电压互感器PT二次侧输出的参比电压为参考，输出幅值、相位可控的标准试验电流，电流输出引线串入被校在线监测装置穿心电流传感器输入环路中，实现对绝缘参数在线监测装置的全电流、介质损耗因数、电容量等参数的校准。

优选地，校准设备201用于对绝缘参数在线监测装置进行校准。校准设备101包括：镜像电流源单元(图2中未示出)和标准电流源单元(图2中未示出)。其中，镜像电流源单元，与所述在线监测装置形成电流测量回路，对所述在线监测装置的泄漏电流信号进行取样以获得取样信号，对所述取样信号进行处理以得到与所取样的泄漏电流信号的幅值相同并且相位相反的电流信号，并且将所述幅值相同并且相位相反的电流信号接入所述在线监测装置的电流测量回路。优选地，标准电流源单元，生成幅值和相位可控的标准电流信号，并联接入所述在线监测装置的电流测量回路中，在电力现场不停电状态下对所述在线监测装置进行校验。

优选地，镜像电流源单元包括：钳形传感器204、信号调理单元205以及功率放大单元(图2中未示出)。优选地，钳形传感器204，用于对所述在线监测装置的泄漏电流信号进行取样以获得取样信号。优选地，信号调理单元205，用于对取样信号进行放大和滤波处理。优选地，功率放大单元，对经过信号处理单元处理的取样信号进行放大和相位修正，以得到与所取样的泄漏电流信号的幅值相同并且相位相反的电流信号。

优选地，其中标准电流源单元包括：电压采集单元206、无线发射单元211、无线接收单元212、GPS时钟单元207、控制器208、数模转换单元209以及功率放大单元210。优选地，电压采集单元206，对与所述在线监测装置的电压传感器相关联的电压互感器二次侧电压进行采集，并且采集的数据转化为数字信号。优选地，无线发射单元211用于将数字信号发送给无线接收单元。优选地，无线接收单元212用于从无线发射单元接收数字信号。优选地，GPS时钟单元207用于输出时钟序列。优选地，控制器208，用于按照GPS时钟单元207输出的标准时序，将数字信号通过数模转换单元转换为电流信号。优选地，数模转换单元209用于将数字信号转换为电流信号。优选地，功率放大单元210，对电流信号进行放大并且设置电流信号与电压互感器二次侧电压信号之间的关联关系，然后通过调节功率放大单元的放大倍数和相位，输出生成幅值和相位可控的标准电流信号。

优选地，绝缘参数在线监测装置202与容性设备运行的电路形成测量回路，以用于测量容性设备的绝缘参数。如图2所示，绝缘参数在线监测装置202的电压输入端与电压互感器二次侧连接，用于输入参考电压。绝缘参数在线监测装置202的电流输入端与电流传感器连接。其中电流传感器用于测量流经容性设备203的电路。此外，容性设备203和电压互感器的一次侧均与母线连接。优选地，容性设备203另一端通过接地阻抗接地。

优选地，容性设备203可以包括电流传感器、套管、耦合电容、电容式电压互感器等。在电力系统中，容性设备主要起功率补偿、整流滤波和过电压保护等作用。电容器性能的好坏直接关系到电网的正常运行。由于高压电气设备损坏事故中大部分是绝缘损坏引起的，因此及时有效地发现绝缘存在缺陷对于保障电网安全具有重要意义。

图3为根据本发明实施方式的镜像电流源单元300的结构示意图。如图3所示，镜像电流源单元300包括：钳形传感器301、信号调理单元302和功率放大单元303。优选地，钳形传感器301，用于对所述在线监测装置的泄漏电流信号进行取样以获得取样信号。优选地，信号调理单元302，用于对取样信号进行放大和滤波处理。优选地，功率放大单元303，对经过信号处理单元处理的取样信号进行放大和相位修正，以得到与所取样的泄漏电流信号的幅值相同并且相位相反的电流信号。

优选地，镜像电流源单元300首先通过钳形传感器301对绝缘参数在线监测装置的泄漏电流进行取样，以获得微小电流信号。然后，信号调理单元302对钳形传感器301的所获取的微小电流信号进行放大和滤波处理，以获得经过放大和滤波处理的电流信号。接着，功率放大单元303对经过放大和滤波处理的电流信号处理后的电流信号进行放大和相位修正，以获得与钳形传感器301所取样的泄漏电流的信号幅值相同并且相位相差180°(相位相反)的信号。

优选地，镜像电流源单元300根据容性设备的泄漏电流的大小可以选择10mA和100mA档，使得电流范围从0.5mA～120mA。优选地，钳形传感器301的铁芯的材质为坡莫合金并且外壳的材料为ABS树脂。优选地，钳形传感器301的具体参数可以是，例如，电流测量范围：AC1μA～50A，公称变流比：2400：1，CT口径：φ37mm，适用频率：45Hz～65Hz，使用环境温度：-10℃～50℃。

图4为为根据本发明实施方式的标准电流源单元400的结构示意图。如图4所示，标准电流源单元400包括：电压采集单元401、无线发射单元402、无线接收单元403、GPS时钟单元404、控制器405、D/A转换单元406以及功率放大单元407。优选地，电压采集单元401，对与所述在线监测装置的电压传感器相关联的电压互感器二次侧电压进行采集，并且采集的数据转化为数字信号。优选地，无线发射单元402用于将数字信号发送给无线接收单元。优选地，无线接收单元403用于从无线发射单元接收数字信号。优选地，GPS时钟单元404用于输出时钟序列。优选地，控制器405，用于按照GPS时钟单元404输出的标准时序，将数字信号通过数模转换单元转换为电流信号。优选地，数模转换单元406用于将数字信号转换为电流信号。优选地，功率放大单元407，对电流信号进行放大并且设置电流信号与电压互感器二次侧电压信号之间的关联关系，然后通过调节功率放大单元的放大倍数和相位，输出生成幅值和相位可控的标准电流信号。

优选地，标准电流源单元400的标准电流模块的工作方式为：首先通过电压采集单元401对容性设备绝缘在线监测装置连接的电压传感器相关联的电压互感器二次侧电压进行采集，采集数据转化为数字信号，再将数字信号通过无线发射单元402传送到无线接收单元403。控制器405对接收到的数字信号按GPS时钟单元404输出的标准时序，将其输入数模转换单元406以转换为模拟信号。接着，将模拟信号输入到功率放大单元407，功率放大单元407输出的电流信号与PT二次侧电压信号之间存在特定的关联关系。最后，通过调节功率放大单元407的放大倍数和相位，即可输出所需电流信号。优选地，标准电流源单元的主要参数为：电压测量范围：50V～120V，电流幅值输出范围：1mA～10mA，以及角度输出范围：0°～90°。

图5为根据本发明实施方式的校准方法500的流程图。如图5所示，校准方法500可以有效地解决容性设备绝缘参数在线监测装置在电力现场不停电状态下难以有效校验的技术难题。校准方法500通过测量容性设备输出电流并注入与其大小相等且相位相反的补偿电流，使得容性设备电流测量回路的工作磁通接近零。校准方法500通过叠加幅值和相位可控的标准电流，实现在电力现场不停电状态下对容性设备绝缘参数在线监测装置的有效校验。

优选地，校准方法500从步骤501处开始。

在步骤501，对所述在线监测装置的泄漏电流信号进行取样以获得取样信号，对所述取样信号进行处理以得到与所取样的泄漏电流信号的幅值相同并且相位相反的电流信号。

在步骤502，将所述幅值相同并且相位相反的电流信号接入所述在线监测装置的电流测量回路。

在步骤503，生成幅值和相位可控的标准电流信号，以在电力现场不停电状态下对所述在线监测装置进行校验。

优选地，校准方法500还包括：对取样信号进行放大和滤波处理；以及对经过信号处理单元处理的取样信号进行放大和相位修正，以得到与所取样的泄漏电流信号的幅值相同并且相位相反的电流信号。

优选地，校准方法500还包括：对与所述在线监测装置的电压传感器相关联的电压互感器二次侧电压进行采集，并且采集的数据转化为数字信号。

优选地，校准方法500还包括：按照GPS时钟输出的标准时序，将数字信号数模转换为电流信号。

优选地，校准方法500还包括：对电流信号进行放大并且设置电流信号与电压互感器二次侧电压信号之间的关联关系，然后通过调节功率放大单元的放大倍数和相位，输出生成幅值和相位可控的标准电流信号。

已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。

通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。