介质损耗角正切的监测

7.3　介质损耗角正切的监测

7.3.1　电桥法

电桥法测tanδ原理如图7－3所示。其中，C_N为低压标准电容；S₁是用于选择A、B、C不同电压互感器的选相开关，S₂是选通同相或不同相设备的切换开关；R1用于PT₁短路时的限流保护；对PT₁的角差作校正，由R₁、C₁移相电路完成；PT₁是被测设备同相变比为127kV/58V的电压互感器；PT₂是变比为58V/100V的隔离用变压器，它的设置是为了解决个别PT次级不直接接地，而桥路是需要直接接地的情况。另外，当R3桥臂上的电压极性与PT₁的次级电压C_X相反时，也可用PT₂校正；S₃用于不工作时将设备短接；P是用来限制过电压；C₄、R₄、R₃均为低压桥臂上的元件。

图7－3　电桥法测tanδ原理接线图

（a）电压互感器测量法　（b）电流互感器测量法

工作时，调节C₄、R₃使桥路平衡，电流表G归零，此时C₄相当于设备的tanδ值。实验时调节C₄，使G的值达到最小，此时电路中的C₄仍为实时的tanδ，而G值等于实时C_X和调试时电容值的差值ΔC_X，将ΔC_X和C₄值经A/D转换分别送入微机处理，用于显示、储存和打印。

由于C₄、R₄、R₃、C_N均可选择稳定可靠的标准元件，因此电桥法准确、可靠、线性度好，且与电源频率变化没关系。缺点是由于R₃的介入，改变了设备原有的运行状态，R₄、C₁、R₁，C₄、C_N的接入也使PT₁发生故障的概率增加。另外，可用低频电流传感器来代替相应的电阻R₃等元件，如图7－3（b）所示。图中CT匝数大小由C_X而定，铁芯由玻莫合金制成，变比为1∶1，采用电桥法对220kV套管和500kV电流互感器的在线监测结果见表7－1，其数据有较大的分散性。

表7－1　电桥法监测结果

7.3.2　相位法

相位法原理框图如7－4所示，它是直接测量介质损耗角的正切值tanδ。其电流信号由设备本身接地线上的低频电流传感器测得并变为电压信号输入计算机。由同相的电压互感器提供电压信号，由电阻器分压后输出。

图7－4　相位法监测tanδ原理框图

电流与电压信号经过低通滤波器、放大器后，进入过零整形电路。用正相整形电流信号，反相整形电压信号，送入相位鉴别单元，通过计数脉冲进行计数，tanδ与其计数值成线性关系。

假如有个4MHz计数脉冲，则n_T＝8×10⁴为一个工频周期的脉冲数，n_δ＝δnT/（2π）为相位δ的脉冲数，即δ＝πn_δ/40　000≈0.8×10^－4为监测系统的最小分辨率，测量tanδ的灵敏度已足够。但由于tanδ实际值一般在1×10^－3～5×10^－2间，比较小，因此各种因素会影响测量的灵敏度。这些因素包括频率f引起的误差、电压互感器引起的固有相差、谐波的影响、两路信号在处理过程中存在时延差。

相位法由于不需要更改设备的运行情况，因此国内应用较广，不足之处是影响误差的因素较多，需要选择可靠性高的电子器件。

7.3.3　全数字测量法

由于影响tanδ测量误差的因素很多，因此通过改善硬件电路来提供可靠性有很大的局限性。随着计算机与各种算法的不断发展，人们提出了一种全数字化处理的应用软件计算相位差的tanδ在线监测技术，并在电容型设备中得到了应用。

一种分布式电容性设备在线监测系统图7－5所示，由清华大学研制完成，它可以监测同一个变电所内所有的电容型设备。可以监测电容型设备的电容电流、电容量、三相不平衡电流和介质损耗角正切tanδ等参数。

数字化测量法主要包括零点时差比较法、过零点电压比较法、自由电压矢量法、正弦波参数法、谐波分析法和异频电源法。其中谐波分析法和异频电源法由于充分考虑到在实际电压、电流中含有干扰成分，有较大的实用价值。

采用数字测量法，应注意两个问题：①应同时采集电压、电流两路信号，由采样保持电路完成；②为防止出现频谱泄漏导致误差，应保证在一个工频周期内均匀采集到整数个点数（一般为2的整数次幂），通过锁相环倍频电路完成。

由于湿度、温度、电压、负荷以及电压互感器一、二次侧的相位差是影响测量值的主要因素，因此即使绝缘状况良好的设备每次测得数值也是不同的，实际应用中，应根据它们之间的变化规律适当予以修正，才能比较真实地反映设备的绝缘状况。

图7－5　全数字化电容型设备在线监测系统原理框图