电力设备介质损耗在线监测技术

贺佳

摘 要：电力设备介质损耗是反映电力设备绝缘性能的重要指标，通过对其进行时时监测，可以对电力设备绝缘性能的强弱做出准确判断，根据实际情况采取针对性改善措施，对保证电力设备的安全、稳定运行具有重要意义。文章分析了电力设备介质损耗在线监测原理及其重要性，指出了影响在线监测的主要因素，并对当前常用在线监测技术进行了详细分析，希望可以对该项工作的科学开展起到指导和借鉴作用。

关键词：电力设备 介质损耗 绝缘性能 影响因素 在线监测技术

中图分类号：TM93 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）04（c）-0033-02

电力设备绝缘性能是否满足工作要求，会直接影响到电力系统运行的稳定性和安全性，要想提高供电质量，为用户提供更加可靠的用电，就需要时刻了解到电力设备工作状态下绝缘性能的好坏，及时发现并科学处理绝缘隐患。所以就需要提高介质损耗在线监测的精准性，对电力设备的绝缘性能做出正确判定，确保绝缘性能的良好性。

1 电力设备介质损耗在线监测原理及其重要性

电力设备在运行过程中，会有电场产生，作用在绝缘材料上发生电导和极化现象，此时便会损耗绝缘材料的内部能量，使其绝缘性能逐渐降低。在对介质损耗大小进行判断时，主要是以介质损耗因数tanδ为重要依据的，一般情况下，在对交流电压作用下的电气设备绝缘性能进行分析时，可以视作并联或串联电路进行分析，通过对介质损耗相量图进行分析，则可以用公式来表示介质损耗，其中U、C和ω分别表示电力设备电压、介质电容量和电源角频率，根据公式可以知道介质损耗与设备电压平方成正比关系，与介质电容量和电源角频率成反比关系[1]。如果设备运行电压、绝缘材料和电源角频率保持不变，则介质损耗情况可以根据介质因数进行判断。介质损耗相量图如图1所示，其中δ、φ分别表示介质损耗角和功率因数角。

2 电力设备介质损耗在线监测主要影响因素

2.1 传感器

在对电力设备介质损耗进行在线检测时，所用到的电力设备运行参数主要有电压和电流，这些都需要借助电流传感器得到的。但是，电流传感器自身存在角差，并且当电流信号不同时，角差大小也是不一样的，往往会处于动态变化状态，无法将其进行有效消除。同时，电场和温度等众多因素会降低电流传感器工作性能的良好性，在采集电流、电压信号时出现误差现象，难以保证电力设备介质损耗监测的准确性[2]。

2.2 电压测量

在对基准电压进行测量时，高压端和低压端之间会有一个相角误差，并且，在电力设备持续工作过程中，相角误差并不是固定不变的，会根据实际电压大小做出相应改变，具有较强的不稳定性，很难将其改变范围控制在介质损耗角以下，不能根据测量所得的低压端电压对高压端电压大小进行准确判断，基准电压测量存在较大的误差。

2.3 周围环境

电力设备介质损耗并不是固定不变的，一般会呈现周期性变化趋势，所以，要想获取准确的监测结果，就需要通過增多监测次数来降低误差，利用多次监测结果对介质损耗情况做出准确判断。但是，电力设备在运行过程中，外界环境中的温度、湿度等都是不断发生变化的，无法保证介质损耗在线监测环境的一致性，多次监测结果存在较大差异，难以对其损耗情况做出准确判断。

2.4 信号干扰

信号干扰也是影响电力设备介质损耗在线监测结果的一种常见因素。常见的干扰信号主要有连续的周期性干扰信号、非周期性干扰信号以及脉冲性干扰信号灯几种，其中载波通信信号、高次谐波分量、高频保护等，都属于连续的周期性干扰信号；电力设备电压变化和频率变化，会以非周期信号形式，对电力设备介质损耗在线监测造成干扰；而脉冲干扰信号最主要的表现形式为电晕放电信号。这些都会影响介质损耗在线监测的精准性。

3 电力设备介质损耗在线监测常用技术

根据电力设备介质损耗在线监测实现途径的不同，可以将其分为硬件监测技术和软件监测技术两种类型。

3.1 硬件监测技术

电力设备介质损耗硬件监测技术主要有过零点电压比较法和过零点时差比较法两种。过零点电压比较法的应用原理，是以电压子在一个变化周期内，两次位于零点位置时之间的差值为依据，对介质损耗进行推算的。过零点时差比较法是以相位比较法为基础发展而来的，其基本原理是对电力设备电压、电流波形正负值一个变化周期内，两次过零点时之间的时间间隔进行测定，将其转化为电压和电流之间的功率因数角，以此来推算出介质损耗角大小，再对介质损耗情况进行判断[3]。

过零点电压比较法法只需测量电压差即可，操作方便，难度较低，并且测量点选在零点附近位置即可，可以有效排除多种因素的干扰，但是波形出现不正规变化时，会对测量结果的准确性造成较大影响。过零点时差比较法有测量分辨率高，线性好，易数学化的优点，但是需要对零点位置进行精准选择，并且测量结果也会受波形变化较大影响。

3.2 软件监测技术

谐波分析法和正弦波参数法，都是电力设备介质损耗常用的软件监测技术。谐波分析法是以离散傅里叶变换原理为理论依据，采用谐波分析法对电力设备的电压、电流信号进行处理，依据分析结果得到基波，以此作为依据，推算介质损耗因数大小，进而得到介质损耗具体情况。正弦波参数法将电力设备的电压、电流信号波形理想化为正弦变化趋势，利用三角函数理论知识，结合数学方程，对多个信号点之间的角度关系进行计算，得到介质损耗角的正切值，完成介质损耗在线监测。

谐波分析法精准度较高，但是测量结果会因为频率波动发生较大变化，并且需要借助高分辨率转换器，经常会因为电压变化趋势线不够一个周期，而出现频谱泄露现象。正弦波参数法在进行假设时，会因为高频谐波分量的存在而受到限制，假设结果与实际结果之间存在较大偏差。

4 结语

在电网规模不断扩大、用电需求不断提高的背景下，人们对电力系统运行性能提出了更高要求，确保电力设备绝缘性能的良好性也变得更加重要。所以就应该不断加大对电力设备介质损耗在线监测技术的研究力度，改善其中的不足与缺陷，实现电力设备绝缘性能的精准判断，为减低用电安全事故的发生概率提供可靠依据。

参考文献

[1] 李飞舟.关于电力设备在线监测对安全生产的影响[J].供电企业管理，2012（3）：43-45.

[2] 刘胜军，段志国，冯正军，等.基于虚拟仪器技术的容性设备介质损耗检测装置设计[J].科技创新与应用，2016（5）：57.

[3] 张帅.电容型电力设备介质损耗在线测量技术的研究[D].吉林大学，2012.