電容式電力設備介質損耗在線檢測系統的製作方法
2023-08-10 19:26:56 2
本實用新型涉及電力設備測試領域，特別是涉及一種電容式電力設備介質損耗在線檢測系統。
背景技術：
電容式電力設備是表現為電容的電力設備，如套管、電流互感器、電容式電壓互感器CVT等，其在電力系統中具有廣泛的應用，數量約佔變電站設備總臺數的40％～50％。統計資料表明，導致電容式電力設備故障的主要原因是絕緣性能劣化，而絕緣劣化的一個主要表現是介質損耗上升。介質損耗tanδ是反映絕緣介質損耗大小的特徵參量，它僅取決於絕緣材料的介電特性，與介質的尺寸無關。經驗表明，對於電容式電力設備，測量其整體絕緣介質損耗因數可以較靈敏地發現設備中發展性的局部缺陷及設備絕緣整體受潮和劣化變質等缺陷，因而測量tanδ對於判斷電容型設備的絕緣狀況十分重要。
在傳統的現有技術中，為了避免離線檢測需要停電和不能連續監測的問題，目前通常採用介質損耗在線檢測(在線監測或帶電檢測)的方法，即在電力設備正常運行的條件下，測量介質損耗tanδ和電容量C，但已有的系統需要同步測量，存在準確同步的困難，也很容易帶來測量誤差。
因此如何在不改變原有電壓電流在線檢測設備和方法的前提下，從非同步測量(存在一定時間差異)的電壓電流信號中，準確的獲取電容式電力設備介質損耗信息，對於判斷電容型設備的絕緣狀況具有重大的意義。
技術實現要素：
基於此，有必要針對電壓電流信號測量不同步情況下，現有介質損耗測量方法測量結果不準確的問題，提供一種電容式電力設備介質損耗在線檢測系統。
一種電容式電力設備介質損耗在線檢測系統，包括電流電壓檢測設備、分析設備、諧波分量幅值計算設備、等效電容和等效電阻計算設備和介質損耗角正切計算設備，所述電流電壓檢測設備連接所述分析設備，所述分析設備連接所述諧波分量幅值計算設備，所述諧波分量幅值計算設備連接所述等效電容和等效電阻計算設備，所述等效電容和等效電阻計算設備連接所述介質損耗角正切計算設備。
上述電容式電力設備介質損耗在線檢測系統，基於電力系統電壓存在諧波分量，通過電容式電力設備電壓和電流的基波和諧波的同時測量，根據各次諧波分量的幅值計算得到電容式電力設備的等效電容和等效電阻，不需要改變原有電壓測量和電流測量的設備和手段，實施簡單，安全可靠，不需要準確同步也可準確計算得到電容式設備的介質損耗，避免電壓和電流同步測量的困難，在電壓電流信號測量不同步情況下也可確保介質損耗的測量準確度。。
附圖說明
圖1為一實施例中電容式電力設備介質損耗在線檢測系統的結構圖；
圖2為電容式電力設備的等效電路圖；
圖3為電容式電力設備中電壓和電流的相量圖；
圖4為電容式電力設備中電壓和電流的時域波形圖。
具體實施方式
為了便於理解本實用新型，下面將參照相關附圖對本實用新型進行更全面的描述。附圖中給出了本實用新型的較佳的實施例。但是，本實用新型可以以許多不同的形式來實現，並不限於本文所描述的實施例。相反地，提供這些實施例的目的是使對本實用新型的公開內容的理解更加透徹全面。
除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與屬於本實用新型的技術領域的技術人員通常理解的含義相同。本文中在本實用新型的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施例的目的，不是旨在於限制本實用新型。本文所使用的術語「或/和」包括一個或多個相關的所列項目的任意的和所有的組合。
如圖1所示，本發明提供了一種電容式電力設備介質損耗在線檢測系統，包括電流電壓檢測設備110、分析設備120、諧波分量幅值計算設備130、等效電容和等效電阻計算設備140和介質損耗角正切計算設備150，所述電流電壓檢測設備110連接所述分析設備120，所述分析設備120連接所述諧波分量幅值計算設備130，所述諧波分量幅值計算設備130連接所述等效電容和等效電阻計算設備140，所述等效電容和等效電阻計算設備140連接所述介質損耗角正切計算設備150。
電流電壓檢測設備110用於在線測量電容式電力設備的接地線上的電流，以及電容式電力設備母線電壓互感器上的電壓。
分析設備120用於通過傅立葉分析獲得電壓和電流的各次諧波分量的係數。在其中一個實施例中，分析設備120包括電壓諧波分量計算裝置和電流諧波分量計算裝置，電壓諧波分量計算裝置連接電流電壓檢測設備110和諧波分量幅值計算設備130，電流諧波分量計算裝置連接電流電壓檢測設備110和諧波分量幅值計算設備130。
具體地，電壓諧波分量計算裝置通過傅立葉分析獲得電壓各次諧波分量的係數，具體為：
電流諧波分量計算裝置通過傅立葉分析獲得電流的各次諧波分量的係數，具體為：
其中，N為時域周期信號一周期採樣點數，I(k)和U(k)為電流或電壓第k次的採樣值，n為奇數，an、bn分別為電壓的n次諧波的餘弦係數和正弦係數，an'、bn'分別為電流的n次諧波的餘弦係數和正弦係數。
諧波分量幅值計算設備130用於根據電壓和電流的各次諧波分量的係數計算出電壓和電流的各次諧波分量的幅值。具體地，在其中一個實施例中，諧波分量幅值計算設備130包括電壓諧波分量幅值計算裝置和諧波分量幅值計算裝置，電壓諧波分量幅值計算裝置連接電壓諧波分量計算裝置和等效電容和等效電阻計算設備140；電流諧波分量幅值計算裝置連接電流諧波分量計算裝置和等效電容和等效電阻計算設備140。
具體地，電壓諧波分量幅值計算裝置根據電壓的各次諧波分量的係數計算出電壓的各次諧波分量的幅值，具體為：
電流諧波分量幅值計算裝置根據電流的各次諧波分量的係數計算出電流的各次諧波分量的幅值，具體為：
其中，Un為電壓的各次諧波分量的幅值，In為電流的各次諧波分量的幅值。
等效電容和等效電阻計算設備140用於根據電壓和電流的各次諧波分量的幅值，計算電容式電力設備的等效電容和等效電阻。
如圖2所示，為電容式電力設備的等效電路圖，其中，C為電容式電力設備對外表現出的等效電容，R為等效電阻，為施加在電容式電力設備上的端電壓，為流過電容式電力設備的總電流，為流過電容的容性電流，為流過電阻的阻性電流。
根據圖2所示的電容式設備的等效電路，基波和各次諧波的幅值應滿足：
在其中一個實施例中，具體為：
其中，Un為電壓的各次諧波分量的幅值，In為電流的各次諧波分量的幅值，wn為n次諧波的角頻率，n為奇數，R為等效電阻，C為等效電容。
當n取不同值時，聯立這些方程中的任意兩個(如基波和三次諧波的方程)，即可求得電容式電力設備的等效電阻R和等效電容C的值。
介質損耗角正切計算設備150用於根據電容式電力設備的等效電容和等效電阻計算得到介質損耗角正切。
如圖3所示，為電容式電力設備中電壓和電流的相量圖。如圖4所示，為電容式電力設備中電壓和電流的時域波形圖。其中，C為電容式電力設備對外表現出的等效電容，R為等效電阻，為施加在電容式電力設備上的端電壓，為流過電容式電力設備的總電流，為流過電容的容性電流，為流過電阻的阻性電流，為功率因數角，δ為介質損耗角。
根據基爾霍夫定律，各相量之間應滿足：
功率因數角和介質損耗角δ二者之間應滿足介質損耗角正切tanδ的計算方法為：
在其中一個實施例中，具體為：
其中，δ為介質損耗角，wn為n次諧波的角頻率，n為奇數，R為等效電阻，C為等效電容。
上述電容式電力設備介質損耗在線檢測系統，基於電力系統電壓存在諧波分量，通過電容式電力設備電壓和電流的基波和諧波的同時測量，根據各次諧波分量的幅值計算得到電容式電力設備的等效電容和等效電阻，不需要改變原有電壓測量和電流測量的設備和手段，實施簡單，安全可靠，不需要準確同步也可準確計算得到電容式設備的介質損耗，避免電壓和電流同步測量的困難，在電壓電流信號測量不同步情況下也可確保介質損耗的測量準確度。
以上所述實施例的各技術特徵可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術特徵所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術特徵的組合不存在矛盾，都應當認為是本說明書記載的範圍。
以上所述實施例僅表達了本實用新型的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對實用新型專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本實用新型的保護範圍。因此，本實用新型專利的保護範圍應以所附權利要求為準。