一种电容型设备介质损耗角正切的监测方法

卜闪闪

（永城职业学院，河南 永城　476600）

一种电容型设备介质损耗角正切的监测方法

卜闪闪

（永城职业学院，河南 永城476600）

电力系统当中的电力设备按照其绝缘结构分类，电容型设备占有很大一部分。这类设备的特点是高压端对地有较大的等值电容。对于该类设备而言，通过对其介电特性的监测可以发现尚处于早期发展阶段的绝缘缺陷。

电容设备；介质损耗角；监测

1　概述

反映介电特性的参数有介质损耗角tanδ，电容值Cx和电流值I。tanδ是设备绝缘缺陷中，由介质损耗引起的有功电流分量Ir和设备总电容电流Ic之比。它对发现绝缘的整体劣化较为灵敏。

绝缘具有严重缺陷时的等效电路如图1所示，它由绝缘损坏部分电容Cd和其余完好部分的电容C0串联组成。绝缘损坏部分即介质有损耗部分用Cd和Rd的并联等效电路来表示。

图1　电容式绝缘有缺陷时tanδ计算用图

介质损耗角正切可由下式来计算：

tanδd=

2　相位差法

相位差法的原理图如图2所示，电流信号由设备末屏接地线，或设备本身接地线上的低频电流传感器经转换为电压信号后输入监测系统。电压信号则仍由同相的电压互感器提供，并再经过电阻器分压后输出。

图2　相位差法监测tanδ原理图

图2中的C1和C2分别是电容式电压互感器CVT的高压臂和低压臂的电容。两路信号通过低通滤波器后，信号得到适当的放大并虑去高次谐波。而后信号送入预处理单元，信号幅值调整到必要的数值后，进入过零整形电路。电流信号经正向整形，而电压信号经反向整形。整形之后Ix和U两个信号之“与”的脉宽，即为电流电压的相位差φ，则tanδ=δ=0.5π-φ。通过相位鉴别单元，用计数脉冲进行计数，计数值和tanδ成比例关系。

3　误差来源

（1）频率f引起的误差。设nT为8×104，tanδ=δ=1%，则当f=50Hz时，nφ=（0.5π-0.01）40000/π=19873个脉冲。若f=49. 9Hz时，则nφ=19913个。也就是说当实际频率f降低0.1Hz或0.2%时，所测得的φ计数脉冲增加40个，会使tanδ偏小0.32%，相对误差达32%。频率变化增加误差将更大。根据现行国家标准规定，频率的允许变化范围为50±0.5Hz，故由于频率的变化有可能造成误报或漏报。为此，在监测tanδ的同时也要测量f的值，根据f的变化对nT做出相应的调整，以消除频率f变化造成的监测误差。

（2）电压互感器引起的固有误差。该相差是系统误差，可在监测系统的数据处理时加以校正。

（3）谐波的影响。tanδ是由基波来计算的，若信号中存在谐波，特别是电力系统中常有的三次、五次谐波将使相差发生偏差。而谐波本身又常随负载变化而变化，这将影响tanδ测量值的重复性。所以，在监测系统当中必须加装低通滤波单元，以滤去高次谐波。

（4）两路信号在处理过程当中存在时延差。①低通滤波器的建立时间约为10μs，这将造成信号有0.003rad的系统误差。若两路滤波器的建立时间相等，则不会影响tanδ值。实际上二者不可能完全相等，这就会引起tanδ的测量误差。为此要求两路滤波器的特性尽量一致。另外，因组成滤波器电路元器件的温度特性而引起的低通滤波器的建立时间的变化，也是造成tanδ测量误差的原因。②过零整形的时延差引起误差。整形的动作时间不可能恰好在正弦波形的零值点，总会有一定的误差；因而引起一定的时延Δt，若两路信号的整形时延不同，则也将造成tanδ的测量误差。为此应设法减小Δt，并尽量调节两路信号至同样的幅度，选择阈值相同的电子元器件等，以降低时延引起的误差。③整形波形引起的误差。整形后输出的不可能是理想的矩形波，而常常是有一定陡度的梯形波。而一般TTL门电路的电压传输特性是，输入高电平的下限为2.0V，低电平的上限为0.8V，故在输入波形2.0V以下时不会输出高电平，0.8V以上时不会输出低电平。这就会导致在进行脉冲计数时会引起误差，因此应选用性能优良的高速器件以降低误差。④其他因素。例如环境温度的变化将会引起电子元器件性能的变化，进而导致tanδ的测量误差。

4　结语

相位法在国内应用较广，其优点是不更改设备的运行情况，缺点是由于上述众多的误差因素，对电子元器件的要求较高，否则会影响监测数据的重复性，甚至会出现由于重复性差而无法正常诊断的情况。

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［3］狄剑光，高胜友，李福祺，谈克雄.同步采样在电容套管介质损耗因数tanδ测量中的意义［J］.变压器，2005，（8）.

［4］刘英，曹晓珑，李学敏.变间隙不接触电极及其测量绝缘材料ε_r和tanδ的技术［J］.电工技术学报，2005，（1）.

Monitoring Method for Dielectric Loss Angle Tangent of Capacitance Type Equipment

PU Shan-shan
（Yongcheng Vocational College，Yongcheng，Henan 476600，China）

According to the insulation structure classification of the power equipment in power system，capacitance type occupies a large part of the equipment.This kind of equipment is characterized by high pressure side to have bigger equivalent capacitance.For this kind of equipment，and it can find insulation defects at the stage of early development by monitoring its dielectric properties.

capacitive equipment；dielectric loss angle；monitoring

TM764

A

2095-980X（2016）07-0038-01

2016-06-15

卜闪闪（1987-），女，河南夏邑人，大学本科，助教，主要研究方向：控制工程。