一种容性设备在线监测装置全系统校验方法研究及校验系统开发

王 赋,王 任,王作松

(云南电力试验研究院(集团)有限公司电力研究院,昆明 650217)



一种容性设备在线监测装置全系统校验方法研究及校验系统开发

王 赋,王 任*,王作松

(云南电力试验研究院(集团)有限公司电力研究院,昆明 650217)

在总结分析容性设备在线监测装置现有校验方法的基础上,提出一种新型的全系统校验方法,并开发相应的校验系统,实现容性设备在线监测装置离线条件下泄漏电流和介损值准确性的全量程校验以及在线条件下实际运行点的校验。通过量值溯源和现场验证试验,证明该校验系统的介损测量绝对误差<0.1%,电容比率测量相对误差<2%,满足校验需求。

高电压测量技术;容性设备在线监测装置校验;介质损耗;泄漏电流

电力系统中,高压容性设备约占变电站设备总量的40%～50%,其绝缘状态是否良好直接关系到整个变电站能否安全运行,因而对其绝缘状态进行监测具有重要的意义。长期以来,绝缘监测的主要方法是在设备停电的基础上进行常规预防性试验。近年来,随着电力系统朝着高电压、大容量方向发展,容性设备的在线监测较之传统的预防性试验在提高系统供电的可靠性、提高电力系统经济效益、增加人身安全性等方面均具有明显的优势,因此被广泛安装和应用[1-4]。但从目前国内容性设备在线监测装置的安装和运行情况来看,效果并不理想[5],尚存在许多技术问题亟待进一步解决:

(1)传感器通常采用高导磁材料作铁芯的高灵敏度电流互感器,此类互感器为提高小信号测量的灵敏度,大多采用软磁芯,因此,其磁性易受外界条件(如温度、压力、冲击等)影响,进而影响测量的准确性[6-7]。

(2)介损测量稳定性差和重复率高,测量误差大。

(3)由于在线监测的实时连续性,现场环境中强烈的电磁干扰一直是影响在线监测系统安全可靠运行的重要因素。

因此,为对容性设备在线监测装置的运行情况,尤其是测量稳定性和准确性进行有效评价,对其开展校验势在必行。

1 容性设备在线监测装置的校验方法现状分析

容性设备在现场运行中存在许多干扰因素,造成测量数据出现较大误差,对其进行现场校验是校正误差的有力手段。目前,国内对容性设备在线监测装置的校验尚处于探索阶段,已有的校验方法可归纳为以下几种[8-10]:

(1)传统校验方法,采用实验室模拟试验的方法。在高压实验室通过电容、电阻组成的串并联网络模拟容性设备,通过改变阻容网络参数改变在线监测装置监测量(如泄漏电流、介质损耗等)的大小,将阻容网络的标准值(介损、电容等)与在线监测装置测量值进行对比,从而判断在线监测装置测量的准确性及灵敏度,试验原理如图1(a)所示。此种方法由于在实验室内进行,与现场实际运行环境相差甚远,无法考核在线监测装置的现场抗干扰能力。且由于电容的接入,不可避免地对电网的谐波进行放大,进而对校验结果产生较大的影响。

图1 容性设备在线监测装置校验原理图

(2)在变电站现场将高压容性设备退出运行,并在其末屏串接阻容网络,对容性设备进行10kV离线绝缘试验,利用高压电桥等标准测试设备测得实际绝缘状态参数,试验接线原理如图1(b)所示。另用在线监测装置同测对应的数据,试验接线原理如图1(c)所示。将两次得测得结果进行变化量的对比,从而判断在线监测装置测量的准确性及灵敏度。此种方法虽在现场进行,但由于承受一定的电压后,末屏对地的绝缘呈现非线性特性,造成测量数据呈现不稳定性,为测量结果带来较大的误差。

(3)在带电情况下通过断开被试设备末屏线,串接电阻器件,改变被试容性设备的介损值大小,然后将理论值与线监测装置的测量值对比,判断在线监测装置的准确性及灵敏度,试验原理如图1(d)所示。由于末屏耐受电压值有限,此种方法串接的电阻器阻值允许范围很小,因此测量点选取非常有限(至多2～3个点),无法对在线监测装置进行宽范围或全量程测试。

其中:ZT为调压器,ST为升压变压器,CT为电流传感器,PT为电压互感器,R1为分压器高压臂电阻,R2为分压器低压臂电阻,R1、R2、Rn为阻容网络中的标准电阻,Rs为串接的电阻元件,R、C为串接的电阻和电容,C1、C2、Cn为阻容网络中的标准电容,Cx为容性设备。

上述3种校验方法由于各自存在缺陷,均无法对容性设备在线监测装置进行全面校验,且不能有效考核测量系统的抗干扰能力,无法评定现场的干扰对测量系统造成的影响。因此,有必要研究一种新的更为行之有效的校验方法,可以兼顾校验过程的整体性、完整性,从而实现对在线监测装置的全量程、全系统校验和有效评价。

2 容性设备在线监测装置的全系统校验系统开发

2.1 系统组成

为实现容性设备在线监测装置的全系统校验,开发了相应的校验系统,组成原理框图如图2所示,校验系统由控制单元、信号发生单元及在线测量单元3部分组成。

图2 校验系统组成原理框图

2.2 系统整体技术参数

系统整体技术参数如表1所示。

表1 容性设备在线监测装置校验系统各组成单元的技术参数

2.3 抗干扰技术的实现

容性设备在线监测装置的运行环境比较复杂,多种干扰因素并存[19],采用有效的措施消除校验过程的干扰,成为校验系统开发过程的技术难点和重点。

(1)过采样抗干扰技术

在线监测装置所受到的干扰是一系列的宽频信号:50 Hz～1 MHz,以往普遍认为加装一级低通硬件滤波器即可以排除高频干扰。但是,现场调试经验表明:杂散电容与电感引发谐振,造成被测量信号畸变,导致相位测量数据产生波动。校验系统中采取的解决方案为:提高数据采集器的采样频率至100 kHz/s,对信号进行过采样,将高频信号滤除,从而得到准确稳定的结果。此种技术可使介损测量结果稳定性大大提高,介损绝对值分散性不大于0.03%。

(2)数字滤波及模拟滤波技术的结合运用

由于多种干扰因素并存,欲有效消除干扰,仅靠单一的方法无法达到理想的效果。校验系统中的在线测量单元,通过采用高稳定滤波和陷波带通电路相结合,将大部分干扰信号被滤过,再利用改进的傅利叶数字滤波方式对残余干扰信号进行过滤,最后送计算机处理,从而有效滤除干扰信号,提高测量结果准确性。

图3 校验系统在线测量单元滤波电路原理框图

3 容性设备在线监测装置的全系统校验

校验过程分为离线条件下的低信号全量程校验和在线条件下的实际运行点校验。

(1)离线条件下的低信号全量程校验。校验及接线原理如图4所示。信号发生单元由信号发生模块、计算机及外围D/A模块组成。控制单元由控制模块产生所需的数据,调节控制信号发生单元输出不同幅值和相位的电压和电流信号,送至容性在线监测装置进行测量。由在线监测装置测出被测信号对应的绝缘参量(如泄漏电流、介损等),并与模拟信号代表的电流大小与介损进行直接比较。校验系统发出的模拟信号,可以覆盖被试在线监测装置电流、电压以及相位的整个测量范围,从而实现对容性在线监测装置现场离线条件下电流和介损值的全量程校验。

图4 离线条件下的低信号全量程校验试验原理图

其中:CT为电流传感器,U为标准电压信号,I为标准电流信号。

(2)在线条件下的实际运行点校验

在容性设备带电运行条件下,利用相对法,实际测量该在线监测装置的测量对象——容性设备的介损和电流值,校验接线原理如图5所示。将校验系统在线测量单元的测试值与在线监测装置的测试值进行对比,实现容性在线监测装置实际运行点的准确性校验。其中:CT、CT1、CT2为电流传感器,Cx1、Cx2、Cx3、Cxn为容性设备,PT1、PT2为电压互感器。

通过综合分析离线和在线条件下的校验数据,对被试在线监测装置的基本准确度和抗干扰能力的给出整体评价。

图5 在线条件下的实际运行点校验试验原理图

4 验证试验

4.1 校验系统的量值溯源和误差试验

为检验研发的校验系统各参量测量的准确度等级是否满足现场校验需求[23],进行相应的量值溯源和误差对比试验。调节信号发生单元,发出一系列的标准信号,将高精度的KMSB30电桥与校验装置的测量单元并联后,一并连接到标准信号发生单元输出端,同时对输出信号进行测量,分别记录KMSB30电桥与校验装置的测试数据,试验结果见表2。

表2 校验系统的量值溯源和测量误差试验数据 单位:%

由表2可以看出,校验系统信号发生单元的介损绝对误差<0.05%,电容比率相对误差<0.5%;校验系统测量单元的介损测量绝对误差<0.07%,电容比率测量相对误差<1%。

4.2 现场验证试验

选取三岔变电站220 kV开关站的6组电流互感器作为被试品,利用校验系统的在线测量单元对进行在线状态下的介损、电容比值进行测量,用以验证在线条件下对在线监测装置进行实际运行点校验的准确性和可行性。校验中,以211作为参考项,其余为被测项,每次测量可得到两个电流互感器的介损差值和电容比值。测量数据如表3所示,其中,CN为标准项,CX为被测项,(tanθ2-tanθ1)为实测介损差值,C2/C1为实测电容比值,(tanθ20-tanθ10),C20/C10为相应的设备预防性试验值。

比较两种不同的方法所测结果,可以得出以下结论:与传统的预防性试验数据相比较,校验系统的介损测量误差不大于0.05%,电容比值误差不大于2%。因此,用此种校验方法和相应的校验系统对现场容性设备在线监测装置开展校验工作是可行的。

表3 三岔变电站现场校验数据对比

5 结束语

针对容性设备在线监测装置的运行现状,提出了一种新型的容性设备在线监测装置的全系统、全量程校验方法,并开发了相应的校验系统。较之以往的校验方法,具备以下优点:

(1)对于目前主流的两种容性设备在线监测装置(绝对法和相对法),校验方法均适用;

(2)通过调节校验系统信号发生单元的幅值和相位,可实现对容性设备在线监测装置的全范围、宽量程校验;

(3)校验系统准确度较高,能满足现场校验的需求[3]。校验系统介损测量绝对误差<0.1%,电容比率测量相对误差<2%。

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王赋(1964-),男,汉族,学士,高级工程师,主要从事高电压技术的试验及研究工作,wangjing_765@sina.com;

王任(1982-),女,汉族,辽宁沈阳人,硕士,工程师,主要从事高电压技术的试验及研究工作,wangren9@163.com;

王作松(1968-),男,汉族,学士,高级工程师,主要从事高电压技术的试验及研究工作,1308472901@qq.com。

ResearchofaNewCalibrationMethodfortheWholeSystemofCapacitiveEquipmentOn-LineMonitoringDeviceandDevelopmentofItsCorrespondingCalibrationSystem

WANGFu,WANGRen*,WANGZuosong

(Yunnan Electric Power Test and Research Institute,Kunming 650217,China)

On the basis of analysis of the existing calibration methods for the capacitive equipment on-line monitoring device,a new calibration method is proposed and its corresponding calibration system is developed in order to evaluate the capacitive equipment on-line monitoring device. The calibration process is completed by detecting the measurement accuracy of the leakage current and dielectric loss factor for the full measurement range off-line and the specific actual value of that on-line. It has been verified that the calibration system meets the requirements. The absolute error of dielectric loss of this system is less than 0.1%,and the relative error of capacitance ratio is less than 2%.

high voltage measurement techniques;calibration of capacitive equipment on-line monitoring device;dielectric loss factor;leakage current

2013-11-05修改日期:2013-12-02

TM835

:A

:1005-9490(2014)06-1215-06

10.3969/j.issn.1005-9490.2014.06.041