电力容性设备介质损耗测量方法及其影响因素分析

国网宁夏电力有限公司固原供电公司 杨剑锋 牛育忠 吕安璞 陈 彪

国网辽宁省电力有限公司 戴 菁

沈阳工程学院电力学院 王琳媛

0.引言

近年来，随着电网结构的不断调整以及使用设备的容量增大，电压等级不断升高。使得近年来电站的停电检修成本不断增大对用户的影响不断加深。所以，电力系统中设备运行的稳定与安全性已经成为了电网质量不可替代的衡量指标。然而电力损耗的不断增加必然使电力系统增加一定的容量，电气设备数量的快速增加以及各个站点之间联系更加紧密，一旦发生大型设备故障，将会使整个网络发生连锁反应，并且会对社会造成严重影响，带来巨大的经济损失。所以对容性设备的在线监测至关重要。目前技术所支持的对容性设备的在线监测主要测量数据包括了电容量大小以及介质损耗值大小等。因此本文通过对影响因素方面对介质损耗测量方法进行分析，通过介绍原理，在线监测分析等方面进行提高和改进。

1.介质损耗因数 tan δ 测量方法

介质损耗因数( tan δ )是用来衡量绝缘介质绝缘性能的因素，必须在交变电压的作用下进行测量。绝缘介质的形状与大小不能够影响该系数的变化。绝缘并非绝对意义上的不导电，因为理想介质是不存在的，在电场或电压的作用下它们总伴随着一定的能量损耗，比如电导损耗、某些有损极化损耗和局放损耗，这些统称为介质损耗。对介质损耗因素进行测量，能够反映出的测量结果有，介质是否受潮，电介质是否变质以及是否被渍物脏污等。在设备电容量较小的前提下，可以通过对介质损耗因素进行测量来确定分布性缺陷与集中性缺陷。由此看来，用tan δ 对作为设备绝缘误差的表示参数是行之有效的。交流电压设备的绝缘特性如下图。电流，由电容电流分量以及有功电流分量两部分相加而成。

图1 电容型设备绝缘等值电路与向量图

2.介质损耗数字化测量方法

将数字化技术运用到介质损耗因数 tan δ 的测量之中。首先通过传感器技术将所测试设备的电压以及泄漏的电流信号进行收集，然后将收集到的信号利用数据采集装置转化为离散信号，运用相关分析方法对数据进行采样处理。最后计算出二者之间的相位差，得到介质损耗因素具体数值。目前数字化测量方法主要采用的有高阶正弦拟合法和正弦波参数法。

(1) 高阶正弦拟合法

该方法在非同步采样条件下，运用了高阶正弦拟合法对δ进行测量。通过考虑，所得的实测数据一般会包括谐波和直流分量，所以该方法将基波频率、直流分量以及基波和谐波分量的幅值以及初相角作为优比对象。对采样数据i和u，运用高阶正弦模型来进行拟合。

假设被测量信号的分量有基波和谐波以及直流等分量。而且限制谐波在M 次内，于是信号可表示为式(1)所示。

当一采样周期Ts内进行采样后得到N点离散序列可以将拟合的目标函数为式(2)所示。

(2) 正弦波参数法

该法首先假设所得电流电压信号全为正弦信号，将信号进行模数转换之后，对所得数字信号进行处理得到相应的正弦波参数。进一步得到相位差φ，之后通过相位差计算得到δ值。设电流i(t )及绝缘体两端电压u(t )的基波分量分别可以由式(3)、(4)表出。

由此可知：

对信号u(t )和i(t )采样并计算求得C0，C1，D0，D1之后，既可根据(5)、(6)算出，之后进一步求得介损角δ的值，设从某一刻起对u( t )和i( t )进行数据采样，采样率为 fs，从而可得到M对采值u( tj)和i( tj)，其中 tj为不同的采样时刻，采用最小二乘法来计算C0，C1，D0，D1时，能够将拟合信号与实际信号误差的平方和缩减到最小，令误差平方和为：

为了使X、Y 为最小值，则下式成立：

通过上式建立出相应的线性方程组，最终能够求出tan δ 的值。

当 fs和 f 两者满足整数倍关系时正交性才能够成立。所以要有相应的硬件同步采样卡才能够保证该运算方法在电网频率波动时能够正常使用。

总结上述各类算法的特点：在线监测系统需要拥有较快的反应时间，高阶正弦拟合法计算量过大不能够很好地满足系统快速性；相关分析法需要噪音消除环节对信号进行处理才能够完成相应流程，系统过于冗杂；正弦波参数法无法良好克服噪声干扰并且采样时间必须为周期性采样所以也不满足要求；谐波分析法可以很好的适用于系统构建。

3.结论

综上所述在线监测所得的介质损耗角 δ 存在一定的波动，主要分为传感器和现场电磁干扰两个方面的影响：

（1）在介损角测试中，要对基准电压以及被测电流两种信号进行获取。电流信号被电流传感器转化为模数转换器可识别的信号，之后传送给模数转换器。电流传感器在转换电流信号的过程之中，都会产生一定的误差，从而使得 tan δ 的测量受到影响。该影响是带电测试中无法改变的误差之一。故一般电流传感器都会在铭牌上将角差标注明确，计算过程之中可以参考。

（2）在检测过程之中，由于待测的设备处于工作状态下，各种干扰信号来源不一。这些干扰信号可以是电晕信号，以及来自外界的电场干扰信号，硅整流型号，以及非测量电气设备内的放电信号，作为广播通讯信号以及电力系统内部的高频保护及载波通信信号等。

本文通过对介质损耗因数值的测量方法进行研究，从而得出设备绝缘状况的好坏可以通过测量介质损耗角来进行反馈。之后将数字化技术运用到介质损耗因数 tan δ 的测量之中，主要包括高阶正弦拟合法和正弦波参数法，在线监测系统需要拥有较快的反应时间，相关分析法需要噪音消除环节对信号进行处理才能够完成相应流程，系统过于冗杂；正弦波参数法无法良好克服噪声干扰并且采样时间必须为周期性采样所以也不满足要求。

[1]张鑫,段本成.一种新型容性设备带电检测系统的研究[J].电力电容器与无功补偿,2013,34(6)：74-79.

[2]王丽宏,杜荣华,赵建利.无线传输技术在容性设备带电检测中的应用[J].电工技术：理论与实践,2015(4)：97-97.

[3]刘光祺,王科,彭晶等.容性设备绝缘状态在线监测与带电检测[J].云南电力技术,2015,43(4)：27-30.

[4]龙凯华,郝震,郭绍伟等.容性设备末屏放电超声检测研究[J].华北电力技术, 2012(12)：11-14.

[5]杜林,刘伟明,司马文霞等.基于容性设备泄漏电流的电网电压测量方法[J].电力系统自动化,2008,32(19)：67-70.