CN203025253U - 容性设备介质损耗带电测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种容性设备介质损耗带电测试装置，它包括电流传感器（1），其特征在于：电流传感器（1）通过测试电缆与信号调理单元（2）连接，信号调理单元（2）与处理器（3）连接，在处理器（3）上连接有显示输出单元（4）。本实用新型通过专业测量电路和***软件能够完成变电站内容性设备（包括电容式电压互感器、电流互感器、高压套管、氧化锌避雷器、耦合电容器等）介质损耗，电容量等参数的测量，能够在不停电下的情况下对容性设备的交流绝缘情况进行定量分析，实现了变电站设备绝缘状况的状态检修。

Description

容性设备介质损耗带电测试装置

技术领域

本实用新型涉及一种容性设备介质损耗带电测试装置，属于电力行业检测装置技术领域。

背景技术

电力设备内部如果出现因制造不良、受潮、老化及机械和热破坏等因素造成的绝缘缺陷，就会发生影响高压设备和电网正常运行的绝缘事故。电力行业发展现阶段常用的检修手段为预防性试验。预防性试验是在设备投运后，定期停电对设备进行试验和检修。预防性试验发展多年虽然成熟，但也有一些无法克服的局限性：（1）需要停电测量，损失一定经济效益。（2）测试时需要全部或者部分拆卸操作，费时费力。（3）预防性试验的试验条件（比如电压）与运行状态相差较大；（4）两次预防性试验间隔时间较长。

所以随着科学技术的发展，电力***状态检修肯定会逐步取代预防性试验。本专利所涉及的便携式测试装置克服了以上所述的局限性，很好地结合了预防性试验和状态检修，即可用于与在线监测***互相验证，也可用于不停电测试。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种检测不停电，检测精度高、速度快的容性设备介质损耗带电测试装置，可以克服现有技术的不足。

本实用新型的技术方案是：一种容性设备介质损耗带电测试装置，它包括电流传感器，电流传感器通过测试电缆与信号调理单元连接，信号调理单元与处理器连接，在处理器上连接有显示输出单元。

信号调理单元包括滤波放大器和模数转换器。

电流传感器选用起始导磁率高，损耗小的坡莫合金做铁芯。

信号调理单元还包括反相器和加法器。

与现有技术比较，本实用新型找到一种可以在不停电的情况下随时可以对电力***电容型设备进行交流绝缘参数进行测试的装置。其主要是这样来实现：首先通过两个电流传感器将参***和被测设备的末屏电流信号输入到装置内部的信号调理单元，经过信号幅值放大，滤波，相位放大后，经由高速模数转换器（A/D)转换成计算机能够直接处理的数字信号。然后经过软件一系列的控制与运算，得出计算结果，最后由液晶显示器显示输出。其中采用的关键技术和算法有：（1）数字信号处理（DSP）技术，采样速率为10kHz/s（2）应用傅立叶级数,提取信号中基波含量，低通数字滤波算法消除脉冲干扰。（3）应用三角函数以及向量运算计算介质损耗角。（4）反向叠加相位放大技术确保微小角差测量的准确性与稳定性（5）屏蔽处理的开口式钳形电流传感器。

本***包括的专业测量电路和***软件能够完成变电站内容性设备（包括电容式电压互感器、电流互感器、高压套管、氧化锌避雷器、耦合电容器等）介质损耗，电容量等参数的测量，能够在不停电下的情况下对容性设备的交流绝缘情况进行定量分析，实现了变电站设备绝缘状况的状态检修。本***主要由如下功能模块构成：信号传感器模块，高速采样模块，数字信号处理与算法模块，数据存储与显示模块等构成。本测试***具有如下技术特点：

1．测试***采用嵌入式微处理器（cpu），外扩16位、高速、多路同步采样模拟数字转换器（A/D），实现对监测量的实时测量与高精度计算。

    2．提供两种介质损耗在线检测方式，既可测量两个同相电容型设备的介质损耗差值和电容量比值，又可用PT二次侧电压作基准信号，对设备的电容量及介质损耗值进行测量。

    3. 采用高速数字采样，减小量化误差。

    4. 采用傅里叶级数分离谐波分量，利用数字滤波技术，较好地解决了介损测试精度及其稳定性问题，可确保介质损耗测试结果不受谐波干扰及脉冲干扰的影响，具有高达±0.05%的绝对检测精度。

    5．增加了同相电容型设备介损差值及电容量比值的检测功能，不但可避免因使用PT二次侧电压作为基准信号所导致的介损测试结果失真，还有助于减弱相间电场干扰的影响程度。

    6．***可以检测容性设备的电压、电流、介损、阻性电流、容性电流等数据，并通过液晶显示器进行显示输出。

7．采用补偿算法消除避雷器相间电容耦合对阻性电流的影响。对电场分布较为规则的“一”字形排列避雷器，可正确测得两个边相的阻性电流及其基波分量的峰值。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为软件流程图

图3为信号采样示意图；

图4为阻容滤波电路/低通滤波物理模型图；

图5为相位放大示意图。

具体实施方式

实施例，如图1所示，容性设备介质损耗带电测试装置，是由电流传感器1通过测试电缆与信号调理单元2连接，信号调理单元2与处理器3连接，在处理器3上连接有显示输出单元4构成，同时在其上配有充电***、存储模块；信号调理单元2包括滤波放大器5、模数转换器6、反相器7、加法器8和放大器9。

具体的讲

1、电流传感器

电流传感器是需要卡在容性设备末屏接地上第一个感知电流信号的器件，传感器的准确度直接决定介损数据的准确性，根据项目本身和现场实验要求测量介损的传感器必须具备以下条件:

（1）初级和次级之间的相角差要足够小<0.01度；

（2）有源零磁通；

（3）由于高压设备如套管，互感器，耦合电容器，避雷器等高压设备的泄漏电流很小均在mA级，传感器测量范围应满足100μA—700mA；

（4）克服现场测试的强电磁干扰；

（5）孔径不小于30mm。

基于以上要求，电流传感器1选用起始导磁率高，损耗小的坡莫合金做铁芯，采用了独特的深度负反馈技术和独特的屏蔽措施，能够对铁芯全自动补偿，使铁芯工作在理想的零磁通状态。互感器要有电流输出,即使外部短路，由于线圈有内阻,势必有电压降。这个电压降需要交变的磁通产生的电动势提供。利用另一个叠加在主互感器上的辅助互感器来提供反电动势，去补偿I*R产生的压降，这样就不需要主互感器的磁通来提供电动势了，实现零磁通目的。理论零磁通电流互感器是没有误差的，但是由于不可能真正的做到零磁通，及分布电容漏感等原因，零磁通电流互感器还有误差的，但比一般的互感器的精度已提高了至少一个数量级。

 2  DSP技术（数字信号处理）

为了减小仪器的体积与重量，提高设备的可靠性，本项目采用纯数字的方法进行信号处理，大大减小元器件的数量，降低了了电子元器件自身损坏造成的设备故障概率。

本项目应用的采样方式是高速数据采样，采样率为10kHz/s，即每个信号周期采样200个点。采样数据波形，如图3所示，其中长虚线为其中一路电流In波形，段虚线为另一路电流Ix波形。

根据所采到的数据序列算出其中全电流In和Ix。

I_X=                                                

                 …………………（公式2-1）

公式2-1虽然具有非常简单的数学结构，但是在计算机上并不适用，必然进行离散化，将公式（2-1）在[0，T]区间内的积分分为N段进行分别处理，得出全电流有效值的计算公式：

I_X=

=

=

=

                         …………………（公式2-2）

两路电流信号的有效值计算公式相同，可算出相对电容量的大小。

 3傅立叶级数

上图所示的波形为理想状态下标准正弦波形，实际上实测的波形都含有不同程度的谐波分量，任何一个周期函数都是由周期性的基波，2，3，4……k次谐波叠加而成如公式3-1所示：

                                                    …（公式3-1）

式中A₀为直流分量，本项目中需要滤掉。公式3-1中：

A_mk=

  （k=1，2，3……）

其中A_mk为基波或k次谐波幅值，a_k为基波或k次谐波相量实部分量，b_k为基波或k次谐波相量虚部分量，分别有：

a_k=

     （k=1，2，3……）           （公式3-2）

b_k=

     （k=1，2，3……）           （公式3-3）

4 利用三角函数计算介质损耗

应用傅立叶级数可以得到一个向量的实部a₁和虚部b₁，另一个向量的实部c₁和虚部d₁根据三角函数可知：

Tgδ=tg（θ₁-θ₂   ）=  

            ………………（公式4-1）

5 低通数字滤波器

     阻容滤波电路如图4所示

根据电路图可得微分方程：

V _i  =  V_O+ 

                            ………………（公式5-1）

 以上微分方程离散化之后得到差分方程

经高速A/D转换器之后可得到离散化数字信号序列Vi（n）, 根据截止频率fH与RC的数值关系算出RC值带入以上差分方程，最终得到经低通滤波的信号序列Vo(n)。

 6相位放大技术

一般电力***容性设备的介质损耗很小，也就是说两个信号之间的相位差（相角）很小，如果不进行放大而直接计算，会造成数据重复性不好，测量准确度下降。所以在进行AD转换之前进行相位放大可以提高***的准确度。

本***采集到的两个电流信号为In和Ix，由于介损值一般不大，根据介损的物理意义公式，其中容性电流（向量虚部）很大，而阻性电流（向量实部）相对很小，无法进行直接放大处理。如图五所示。鉴于此：首先将In信号反向处理，根据Ix信号的幅值，将反向的In信号衰减或者放大至和Ix幅值相仿，再将两个幅值相仿的信号进行加法处理，由于二者幅值大小相仿，二者的相角差近似相反（为180-δ），所以叠加信号实部和虚部都很小，如图五Ix’所示。这时候就可以使用运算放大器进行高倍数放大。

Claims (5)

1.一种容性设备介质损耗带电测试装置，它包括电流传感器（1），其特征在于：电流传感器（1）通过测试电缆与信号调理单元（2）连接，信号调理单元（2）与处理器（3）连接，在处理器（3）上连接有显示输出单元（4）。

2.根据权利要求1所述的容性设备介质损耗带电测试装置，其特征在于：信号调理单元（2）包括滤波放大器（5）和模数转换器（6）。

3.根据权利要求1所述的容性设备介质损耗带电测试装置，其特征在于：电流传感器（1）选用起始导磁率高，损耗小的坡莫合金做铁芯。

4.根据权利要求2所述的容性设备介质损耗带电测试装置，其特征在于：信号调理单元（2）还包括反相器（7）、加法器（8）和放大器（9）。

5.根据权利要求1所述的容性设备介质损耗带电测试装置，其特征在于：电流传感器（1）为屏蔽处理的开口式钳形电流传感器。

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