電容型設(shè)備在線監(jiān)測(cè)與診斷

1、第三章第三章 電容型設(shè)備在線監(jiān)電容型設(shè)備在線監(jiān)測(cè)與診斷測(cè)與診斷On-line monitoring and fault diagnosis for capacitive equipment 1本章內(nèi)容 概述 測(cè)量三相不平衡電流Ik 介質(zhì)損耗角正切的監(jiān)測(cè) 介質(zhì)損耗角正切的異頻檢測(cè) 電力電容器的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷23.1 概述3 通常絕緣介質(zhì)的平均擊穿場(chǎng)強(qiáng)隨其厚度的增加通常絕緣介質(zhì)的平均擊穿場(chǎng)強(qiáng)隨其厚度的增加而下降。在較厚的絕緣內(nèi)設(shè)置均壓電極，將其分隔而下降。在較厚的絕緣內(nèi)設(shè)置均壓電極，將其分隔為若干份較薄的絕緣，可提高絕緣整體的耐電強(qiáng)度。為若干份較薄的絕緣，可提高絕緣整體的耐電強(qiáng)度。由于結(jié)構(gòu)上的

2、這一共同點(diǎn)，電力電容器、耦合電容由于結(jié)構(gòu)上的這一共同點(diǎn)，電力電容器、耦合電容器、電容型套管、電容型電流互感器以及電容型電器、電容型套管、電容型電流互感器以及電容型電壓互感器等，統(tǒng)稱為壓互感器等，統(tǒng)稱為電容型設(shè)備電容型設(shè)備。 750kV 電容式電壓互感器電容式電壓互感器5支撐絕緣均壓環(huán)中心導(dǎo)體懸浮電位屏蔽接地屏蔽法蘭瓷套750kV斷路器充斷路器充SF6引線套管結(jié)構(gòu)圖引線套管結(jié)構(gòu)圖6電力電容器電力電容器電容式套管電容式套管高壓電流互感器（高壓電流互感器（CT）高壓電壓互感器（高壓電壓互感器（PT）電容式電壓互感器（電容式電壓互感器（CVT）數(shù)量約占變電站設(shè)備總臺(tái)數(shù)的數(shù)量約占變電站設(shè)備總臺(tái)數(shù)的40%

3、40%50%50%。 電容型設(shè)備在變電站中具有重要地位，它們的絕緣狀電容型設(shè)備在變電站中具有重要地位，它們的絕緣狀態(tài)是否良好直接關(guān)系到整個(gè)變電站能否安全運(yùn)行，因而對(duì)態(tài)是否良好直接關(guān)系到整個(gè)變電站能否安全運(yùn)行，因而對(duì)其絕緣狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)具有重大意義。其絕緣狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)具有重大意義。變電站中的主要電容性設(shè)備變電站中的主要電容性設(shè)備7結(jié)構(gòu)單元結(jié)構(gòu)單元電容器剖面圖電容器剖面圖電力電容器結(jié)構(gòu)電力電容器結(jié)構(gòu)8 CVT：電磁單元變壓器二次失壓；電容分壓囂電容量變化；電磁單元受潮等 電磁式電壓互感器：鐵磁諧振故障 電容型CT：一次導(dǎo)電回路過熱故障、受潮故障及電容芯子內(nèi)局部放電故障 SF6氣體絕緣CT：電容屏缺陷

4、、蔽罩缺陷、撐件缺陷、異物 電容型設(shè)備故障統(tǒng)計(jì)電容型設(shè)備故障統(tǒng)計(jì)9 耦合電容器：電容芯子受潮、密封不良、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理、夾板在制造和加工時(shí)有缺陷、現(xiàn)用的電容器油所含芳香烴成價(jià)偏少、元件開焊、設(shè)備引線有放電現(xiàn)象等 并聯(lián)電容器：滲漏油、電容器外殼膨脹、電容器溫升過高、電容器瓷瓶表面閃絡(luò)放電、聲音異常、電容器爆破等 集合式電容器：電容器制造質(zhì)量不良、電容器絕緣老化、不平衡電壓保護(hù)動(dòng)作10絕緣介質(zhì)的能量損耗絕緣介質(zhì)的能量損耗絕緣介質(zhì)在外部場(chǎng)強(qiáng)的作用下存在能量損耗：絕緣介質(zhì)在外部場(chǎng)強(qiáng)的作用下存在能量損耗：n電導(dǎo)引起的損耗電導(dǎo)引起的損耗n介質(zhì)極化引起的損耗介質(zhì)極化引起的損耗 電介質(zhì)的能量損耗簡(jiǎn)稱介質(zhì)損耗，

5、它是影響絕電介質(zhì)的能量損耗簡(jiǎn)稱介質(zhì)損耗，它是影響絕緣劣化和熱擊穿的一個(gè)重要因素。緣劣化和熱擊穿的一個(gè)重要因素。11 在直流電場(chǎng)作用下，由于介質(zhì)沒有周期性的在直流電場(chǎng)作用下，由于介質(zhì)沒有周期性的極化過程，介質(zhì)中的損耗僅由電導(dǎo)引起。極化過程，介質(zhì)中的損耗僅由電導(dǎo)引起。 在交流電壓下，除電導(dǎo)損耗外，還存在由于在交流電壓下，除電導(dǎo)損耗外，還存在由于周期性的極化而引起的能量損耗，因此需要引入周期性的極化而引起的能量損耗，因此需要引入新的物理量加以描述。新的物理量加以描述。電介質(zhì)的損耗電介質(zhì)的損耗 電流相量圖電流相量圖絕緣介質(zhì)工作圖絕緣介質(zhì)工作圖13引入引入tan 的原因的原因 使用介質(zhì)損耗使用介質(zhì)損耗P

6、表示絕緣介質(zhì)的品質(zhì)好壞是不方便表示絕緣介質(zhì)的品質(zhì)好壞是不方便的，因?yàn)榈?，因?yàn)镻值與試驗(yàn)電壓、介質(zhì)尺寸等因素有關(guān)，不同值與試驗(yàn)電壓、介質(zhì)尺寸等因素有關(guān)，不同設(shè)備間難以進(jìn)行比較。設(shè)備間難以進(jìn)行比較。 所以改用介質(zhì)損耗角正切所以改用介質(zhì)損耗角正切 來判斷介質(zhì)的品質(zhì)。來判斷介質(zhì)的品質(zhì)。 tg 與與 類似，是僅取決于材料的特性與材料尺寸無類似，是僅取決于材料的特性與材料尺寸無關(guān)的物理量。關(guān)的物理量。 因?yàn)橐驗(yàn)閠g 為電流阻性分量和容性分量之比，而電流阻為電流阻性分量和容性分量之比，而電流阻性分量引起介質(zhì)中能量的損耗，所以性分量引起介質(zhì)中能量的損耗，所以tg 值能反映介質(zhì)損值能反映介質(zhì)損耗的大小。耗的大小

7、。討論介質(zhì)損耗角正切討論介質(zhì)損耗角正切tg 的意義的意義n 絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須注意到絕緣材料的絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須注意到絕緣材料的tg 。如。如果果tg 過大會(huì)引起嚴(yán)重發(fā)熱，是絕緣材料迅速老化，過大會(huì)引起嚴(yán)重發(fā)熱，是絕緣材料迅速老化，進(jìn)而導(dǎo)致熱擊穿。進(jìn)而導(dǎo)致熱擊穿。n 在絕緣預(yù)防性試驗(yàn)中，在絕緣預(yù)防性試驗(yàn)中， tg 是基本測(cè)試項(xiàng)目，當(dāng)絕是基本測(cè)試項(xiàng)目，當(dāng)絕緣受潮或劣化時(shí)，緣受潮或劣化時(shí)， tg 將急劇上升。絕緣內(nèi)部是否存將急劇上升。絕緣內(nèi)部是否存在可疑的放電現(xiàn)象，也可以通過測(cè)量在可疑的放電現(xiàn)象，也可以通過測(cè)量 tg - U的關(guān)系的關(guān)系曲線加以判斷（隨電壓增高，曲線加以判斷（隨電壓增高， tg

8、 應(yīng)不變，若變化，應(yīng)不變，若變化，則存在放電現(xiàn)象）。則存在放電現(xiàn)象）。可見可見 tg 既是絕緣劣化的原因，也是絕緣劣化的特征。既是絕緣劣化的原因，也是絕緣劣化的特征。介質(zhì)損耗角正切介質(zhì)損耗角正切tg 所能反映的缺陷所能反映的缺陷n 絕緣受潮絕緣受潮。n 絕緣臟污。絕緣臟污。n 絕緣中存在氣隙放電。絕緣中存在氣隙放電。代表較多氣隙開始放電代表較多氣隙開始放電時(shí)所對(duì)應(yīng)的外加電壓。時(shí)所對(duì)應(yīng)的外加電壓。()從從增長的陡度可反映絕增長的陡度可反映絕緣劣化的程度。緣劣化的程度。 另外，當(dāng)外施電壓超過起另外，當(dāng)外施電壓超過起始放電電壓時(shí)，將發(fā)生局部始放電電壓時(shí)，將發(fā)生局部放電，損耗急劇增加。放電，損耗急劇增

9、加。介質(zhì)損耗角正切介質(zhì)損耗角正切tg 的不足的不足 tg 是反應(yīng)絕緣功率損耗大小的特性參數(shù)，與是反應(yīng)絕緣功率損耗大小的特性參數(shù)，與絕緣體積無關(guān)。這一點(diǎn)并非總是有利的。絕緣體積無關(guān)。這一點(diǎn)并非總是有利的。 如果絕緣內(nèi)的缺陷不是分布性的而是集中性如果絕緣內(nèi)的缺陷不是分布性的而是集中性的，則的，則tg 反映不靈敏。反映不靈敏。CrIItg IC幾乎是不變的。幾乎是不變的。tg 取決于缺陷對(duì)取決于缺陷對(duì)Ir的影響。的影響。 這相當(dāng)于不同的絕緣部分相并聯(lián)的情況，總這相當(dāng)于不同的絕緣部分相并聯(lián)的情況，總絕緣損耗為完好部分與缺陷部分介質(zhì)損耗之和。絕緣損耗為完好部分與缺陷部分介質(zhì)損耗之和。XXXCtgCtgC

10、CUtgCUtgCUtgtgCUtgCUtgCUP110021120021120022 這樣如果缺陷部分（這樣如果缺陷部分（C1）越小，則）越小，則C1CX，所以在測(cè)量整體絕緣，所以在測(cè)量整體絕緣tg 時(shí)越難以發(fā)現(xiàn)缺陷部時(shí)越難以發(fā)現(xiàn)缺陷部分（分（ tg ）的影響。）的影響。發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)電力電纜電力電纜變壓器繞組變壓器繞組tg 反映不靈敏的設(shè)備反映不靈敏的設(shè)備反映靈敏的設(shè)備反映靈敏的設(shè)備套管套管PTCT3.2 測(cè)量三相不平衡電流Ik19 在電力系統(tǒng)中，三相分體設(shè)備，通常都是相同型號(hào)且同在電力系統(tǒng)中，三相分體設(shè)備，通常都是相同型號(hào)且同批生產(chǎn)的。各類性能應(yīng)當(dāng)基本一致。批生產(chǎn)的。各類性能應(yīng)當(dāng)基本一致。

11、 因此可以利用設(shè)備的這一特點(diǎn)，通過檢測(cè)各相設(shè)備間特因此可以利用設(shè)備的這一特點(diǎn)，通過檢測(cè)各相設(shè)備間特征參量的差異，來監(jiān)測(cè)設(shè)備內(nèi)部缺陷的發(fā)展情況。征參量的差異，來監(jiān)測(cè)設(shè)備內(nèi)部缺陷的發(fā)展情況。20YUYYUIII)(00CjRCjCjRCjYCCCCjY1100000絕緣特征參量分析絕緣特征參量分析 如取如取x=1/ C，k=C/C0，則，則2222220) 1() 1() 1(1kxkRxkxkRjxRYxkjY 當(dāng)運(yùn)行電壓恒定的情況下，電流的變化既反映了導(dǎo)納的當(dāng)運(yùn)行電壓恒定的情況下，電流的變化既反映了導(dǎo)納的變化。變化。222000011RxkkkRxYYYYYII 缺陷部分的損耗為缺陷部分的損耗

12、為RxCRtg/1 所以所以220011tgkkktgYYII 由此產(chǎn)生整個(gè)試品的介質(zhì)損耗增量（初始為由此產(chǎn)生整個(gè)試品的介質(zhì)損耗增量（初始為0）22211) 1(tgkkktgkxkRxRtg 缺陷導(dǎo)致的整個(gè)試品的電容量增量為缺陷導(dǎo)致的整個(gè)試品的電容量增量為2220011tgkkktgYYCCj 當(dāng)絕緣內(nèi)部出現(xiàn)缺陷后，這三個(gè)參量（當(dāng)絕緣內(nèi)部出現(xiàn)缺陷后，這三個(gè)參量（， ， ）是可被測(cè)量的。但哪一個(gè)對(duì)缺陷反應(yīng)更靈敏？是可被測(cè)量的。但哪一個(gè)對(duì)缺陷反應(yīng)更靈敏？0CC0IItg 可見當(dāng)缺陷層可見當(dāng)缺陷層tg 開始開始增大時(shí)，測(cè)量增大時(shí)，測(cè)量0IItg 和和更靈敏更靈敏 而當(dāng)缺陷層而當(dāng)缺陷層tg 100%

13、時(shí)，測(cè)量時(shí)，測(cè)量和和更靈敏更靈敏0II0CC三相電流之和的在線檢測(cè)三相電流之和的在線檢測(cè) 上述分析表明上述分析表明 ，與介質(zhì)損耗因數(shù)或電容量變化相比，監(jiān)，與介質(zhì)損耗因數(shù)或電容量變化相比，監(jiān)測(cè)流經(jīng)絕緣電流的變化對(duì)發(fā)現(xiàn)絕緣缺陷更為敏感。測(cè)流經(jīng)絕緣電流的變化對(duì)發(fā)現(xiàn)絕緣缺陷更為敏感。 如果三相電壓平衡，且三相設(shè)備的電容及損耗相同，則如果三相電壓平衡，且三相設(shè)備的電容及損耗相同，則無電流通過其中性點(diǎn)；但如果有一項(xiàng)設(shè)備出現(xiàn)缺陷，則中性無電流通過其中性點(diǎn)；但如果有一項(xiàng)設(shè)備出現(xiàn)缺陷，則中性點(diǎn)有電流流過。點(diǎn)有電流流過。UUUYYY影響因素影響因素n 三相電壓不平衡。三相電壓不平衡。n 各相設(shè)備間對(duì)地阻抗有差異。

14、各相設(shè)備間對(duì)地阻抗有差異。一般電容性設(shè)備在出廠一般電容性設(shè)備在出廠時(shí)，允許其電容量存在時(shí)，允許其電容量存在10%的誤差。所以只有當(dāng)缺陷使其的誤差。所以只有當(dāng)缺陷使其等值導(dǎo)納變化很大時(shí)，這種方法才是有效的。等值導(dǎo)納變化很大時(shí)，這種方法才是有效的。n 雜散電流干擾。雜散電流干擾。UUUYYYYYYIIddIIIIIk00 為了補(bǔ)償臨近設(shè)備造成的感應(yīng)電流的影響等，提高信噪比，為了補(bǔ)償臨近設(shè)備造成的感應(yīng)電流的影響等，提高信噪比，實(shí)際測(cè)量的是中性點(diǎn)的不平衡電壓。實(shí)際測(cè)量的是中性點(diǎn)的不平衡電壓。中性點(diǎn)三相不平衡電壓法中性點(diǎn)三相不平衡電壓法UUUYYYRRRRr RRB和和RC可調(diào)可調(diào)是補(bǔ)償用電阻。是補(bǔ)償用

15、電阻。UUUYYYRRRRr 在三相設(shè)備正常情況下，先調(diào)節(jié)補(bǔ)償電阻，使三相不平衡在三相設(shè)備正常情況下，先調(diào)節(jié)補(bǔ)償電阻，使三相不平衡電壓電壓U0降到零或極小值。降到零或極小值。 當(dāng)某一相設(shè)備出現(xiàn)缺陷時(shí)，當(dāng)某一相設(shè)備出現(xiàn)缺陷時(shí)， U0將顯著增長，其靈敏度比將顯著增長，其靈敏度比三相不平衡電流法高得多。三相不平衡電流法高得多。 以以70層電容層相串聯(lián)的電容套管為例，電容量為層電容層相串聯(lián)的電容套管為例，電容量為800pF，正常情況下正常情況下tg =0.3%。當(dāng)某一電容層。當(dāng)某一電容層tg 增大時(shí)。各參量均有增大時(shí)。各參量均有增長，但以三相不平衡電壓增長最為明顯。增長，但以三相不平衡電壓增長最為明顯

16、。 當(dāng)當(dāng)70層中有一層缺陷增大時(shí)總體參數(shù)的變化。層中有一層缺陷增大時(shí)總體參數(shù)的變化。 一般當(dāng)此三相不平衡電壓一般當(dāng)此三相不平衡電壓U0升高到數(shù)百微伏時(shí)，往往反映升高到數(shù)百微伏時(shí)，往往反映可能有明顯缺陷。可能有明顯缺陷。U0與缺陷與缺陷tg 的關(guān)系的關(guān)系 對(duì)比結(jié)果表明，當(dāng)對(duì)比結(jié)果表明，當(dāng)一層缺陷進(jìn)一步惡化時(shí)，一層缺陷進(jìn)一步惡化時(shí)，| C/C0|和和| I/I0|的變化都的變化都不超過不超過2%，而三相不，而三相不平衡電壓卻增大若干倍。平衡電壓卻增大若干倍。 因此三相不平衡電因此三相不平衡電壓對(duì)缺陷的反應(yīng)遠(yuǎn)比測(cè)壓對(duì)缺陷的反應(yīng)遠(yuǎn)比測(cè)量電流或電容靈敏。量電流或電容靈敏。影響因素影響因素n 因是三相電流

17、的匯總，所以三次諧波影響嚴(yán)重。因是三相電流的匯總，所以三次諧波影響嚴(yán)重。 n目前電網(wǎng)三次諧波分量較大，有時(shí)可達(dá)目前電網(wǎng)三次諧波分量較大，有時(shí)可達(dá)I的的15%。如果要求信噪比至少為如果要求信噪比至少為2（SNR2）則則時(shí)，才能較準(zhǔn)確地測(cè)量，這顯然是時(shí)，才能較準(zhǔn)確地測(cè)量，這顯然是不合要求的。不合要求的。 因此在實(shí)際測(cè)量中，需將諧波濾去，尤其是三次諧波，抑制因此在實(shí)際測(cè)量中，需將諧波濾去，尤其是三次諧波，抑制比應(yīng)為比應(yīng)為300倍倍(50dB) ，才能保證，才能保證 時(shí)時(shí), 既可測(cè)出。既可測(cè)出。hhhIYIYIUYIISNR3133IISNRYYh39 . 015. 032YY003. 0YY影響因素

18、影響因素n 由于這種方法必須在一次回路中接入取樣電阻由于這種方法必須在一次回路中接入取樣電阻R，雖然已并，雖然已并有保護(hù)元件，但一次側(cè)接地線一旦斷開，則設(shè)備浮地，后果有保護(hù)元件，但一次側(cè)接地線一旦斷開，則設(shè)備浮地，后果不堪設(shè)想。不堪設(shè)想。3.3 介質(zhì)損耗角正切的監(jiān)測(cè)33電橋法電橋法絕對(duì)法絕對(duì)法相對(duì)法相對(duì)法硬件法硬件法軟件法軟件法監(jiān)測(cè)監(jiān)測(cè) tg 過零檢測(cè)法過零檢測(cè)法在線檢測(cè)在線檢測(cè)tan 的電橋法的電橋法 在停電試驗(yàn)中用電橋法測(cè)量在停電試驗(yàn)中用電橋法測(cè)量tg 是一種常用的、是一種常用的、高精度的測(cè)量方法。高精度的測(cè)量方法。 如果能夠在運(yùn)行狀態(tài)下進(jìn)行如果能夠在運(yùn)行狀態(tài)下進(jìn)行檢測(cè)，則有效性更高。檢測(cè)

19、，則有效性更高。傳統(tǒng)電橋法傳統(tǒng)電橋法(a) 正接法；正接法； (b)反接法反接法西林電橋測(cè)西林電橋測(cè)tan的基本線路的基本線路被測(cè)量被測(cè)量設(shè)備設(shè)備被測(cè)量被測(cè)量設(shè)備設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)電容電容標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)電容電容n 電橋工作電壓一般為電橋工作電壓一般為10kV；n 正接法由于調(diào)節(jié)部分處于低壓臂，操作比較安全；正接法由于調(diào)節(jié)部分處于低壓臂，操作比較安全；n 當(dāng)被測(cè)設(shè)備必須一端接地時(shí)，則須采用反接法。此當(dāng)被測(cè)設(shè)備必須一端接地時(shí)，則須采用反接法。此時(shí)應(yīng)注意電橋調(diào)節(jié)部分處于高壓側(cè)。時(shí)應(yīng)注意電橋調(diào)節(jié)部分處于高壓側(cè)。 無論是正接法還是反接法，電橋平衡時(shí)無論是正接法還是反接法，電橋平衡時(shí)G中的電流中的電流IG = 0，所

20、以所以 IDA = IAC = IX ， IDB = IBC= INUDA = UDB ， UAC = UBC= UX 以反接法為例，以反接法為例，IX Z3= IN Z4IX ZX= IN ZN43ZZZZNX)1(1114444433NNXXXCjZCjRZCjRCjRZRZ34444111)1(RCjRCjRCjRCjXXN43ZZZZNX上式虛實(shí)部分別相等，上式虛實(shí)部分別相等，NXNXCRCRRRCC443444RCRCtgXX通常取通常取 ，f =50Hz，則有，則有4410R446441010100CCCtg（單位微法）（單位微法） 現(xiàn)場(chǎng)的電場(chǎng)及磁場(chǎng)常會(huì)影響電橋的平衡及現(xiàn)場(chǎng)的電場(chǎng)及

21、磁場(chǎng)常會(huì)影響電橋的平衡及準(zhǔn)確的讀數(shù)，消除干擾的方法有：準(zhǔn)確的讀數(shù)，消除干擾的方法有：n 可采用改變?cè)囼?yàn)電源極性的做法：如進(jìn)行正、反相兩可采用改變?cè)囼?yàn)電源極性的做法：如進(jìn)行正、反相兩次測(cè)量。次測(cè)量。n 近期也有采用近期也有采用45或或55Hz異頻電源的方法，這樣可避開異頻電源的方法，這樣可避開50Hz頻率的干擾。頻率的干擾。n 磁場(chǎng)干擾往往對(duì)電橋檢流計(jì)回路的影響明顯，可將檢磁場(chǎng)干擾往往對(duì)電橋檢流計(jì)回路的影響明顯，可將檢流計(jì)移出磁場(chǎng)干擾區(qū)，或采用更好的磁屏蔽措施。流計(jì)移出磁場(chǎng)干擾區(qū)，或采用更好的磁屏蔽措施。傳統(tǒng)電橋法傳統(tǒng)電橋法消除現(xiàn)場(chǎng)干擾的方法消除現(xiàn)場(chǎng)干擾的方法在線檢測(cè)在線檢測(cè)tg 電橋法電橋法

22、一般采用正接法，對(duì)運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行一般采用正接法，對(duì)運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)。 CN為高壓標(biāo)準(zhǔn)電容，通常存在一為高壓標(biāo)準(zhǔn)電容，通常存在一定的損耗定的損耗tg N（已知已知）。當(dāng)電橋平衡。當(dāng)電橋平衡時(shí)，測(cè)量值為時(shí)，測(cè)量值為tg m，有有NXNXNXmtgtgtgtgtgRCtg1)(44由于由于tg N1, tg X1，故，故NXmtgtgtgNNmXtgRCtgtgtg44在線電橋法的困難在線電橋法的困難n 需要耐壓等級(jí)比運(yùn)行電壓更高的標(biāo)準(zhǔn)電容器。需要耐壓等級(jí)比運(yùn)行電壓更高的標(biāo)準(zhǔn)電容器。n 由于設(shè)備運(yùn)行電壓很高，在電橋調(diào)節(jié)過程中，由于設(shè)備運(yùn)行電壓很高，在電橋調(diào)節(jié)過程中，R4上會(huì)出現(xiàn)上會(huì)出現(xiàn)比較高的電

23、壓。比較高的電壓。n 電橋難以平衡。電橋難以平衡。n 可能出現(xiàn)流經(jīng)設(shè)備的電流可能出現(xiàn)流經(jīng)設(shè)備的電流IX過大，而使過大，而使R3過熱的情況。過熱的情況。 為解決現(xiàn)場(chǎng)不愿意在一次側(cè)增加標(biāo)準(zhǔn)電容的情況，可采用為解決現(xiàn)場(chǎng)不愿意在一次側(cè)增加標(biāo)準(zhǔn)電容的情況，可采用電壓互感器配以低壓標(biāo)準(zhǔn)電容的方式電壓互感器配以低壓標(biāo)準(zhǔn)電容的方式 由于流經(jīng)由于流經(jīng)CN橋臂的橋臂的電流很小，宜增大電流很小，宜增大CN,一般為一般為10003000pF。還應(yīng)考慮電壓互感器還應(yīng)考慮電壓互感器引入的角差引入的角差tg c。cNNmXtgtgRCtgtg4 早期普遍采用的帶電測(cè)量早期普遍采用的帶電測(cè)量tgtg 和電容的西林電橋法和電容

24、的西林電橋法沿用了傳統(tǒng)停電預(yù)試中測(cè)量沿用了傳統(tǒng)停電預(yù)試中測(cè)量tg 的高壓西林電橋的測(cè)量的高壓西林電橋的測(cè)量原理。由于必須另配更高耐壓的高壓標(biāo)準(zhǔn)電容器，并原理。由于必須另配更高耐壓的高壓標(biāo)準(zhǔn)電容器，并需要對(duì)一次線路進(jìn)行改造，難以在現(xiàn)場(chǎng)推廣。需要對(duì)一次線路進(jìn)行改造，難以在現(xiàn)場(chǎng)推廣。電橋法的無法克服的缺點(diǎn)電橋法的無法克服的缺點(diǎn)過零檢測(cè)法基本原理過零檢測(cè)法基本原理 以高壓套管為例。由于絕緣介質(zhì)并非理想介質(zhì)，故此以高壓套管為例。由于絕緣介質(zhì)并非理想介質(zhì)，故此流經(jīng)高壓套管末屏的電流流經(jīng)高壓套管末屏的電流i與高壓套管電壓與高壓套管電壓U的相位差將小于的相位差將小于/2。若將電壓。若將電壓U U的相位向前移的

25、相位向前移/2，會(huì)與電流，會(huì)與電流i i形成一小的相形成一小的相角差（角差（），如圖所示。這個(gè)相角差（），如圖所示。這個(gè)相角差（）的正切值（）的正切值（tg）就是絕緣介質(zhì)的介損。電容量就是絕緣介質(zhì)的介損。電容量 。 隨著研究的進(jìn)一步深入，電容型設(shè)備絕緣在線檢測(cè)技隨著研究的進(jìn)一步深入，電容型設(shè)備絕緣在線檢測(cè)技術(shù)已發(fā)展到了一個(gè)新的水平。目前，電容型設(shè)備術(shù)已發(fā)展到了一個(gè)新的水平。目前，電容型設(shè)備的的tg 在線在線檢測(cè)方法基本上采取如圖的原理。檢測(cè)方法基本上采取如圖的原理。 比較反映被試品電流的電壓信號(hào)比較反映被試品電流的電壓信號(hào)ui波形和作為標(biāo)準(zhǔn)電壓波形和作為標(biāo)準(zhǔn)電壓的信號(hào)的信號(hào)uv波形之間的過零點(diǎn)

26、相位；波形之間的過零點(diǎn)相位；Cx(a)前向通道前向通道傳感器傳感器信號(hào)處理系統(tǒng)uiuvui(b)tan 數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)uvui脈沖測(cè)相位差法原理波形圖將從傳感器獲得的兩信號(hào)將從傳感器獲得的兩信號(hào)波形通過過零轉(zhuǎn)換變成幅波形通過過零轉(zhuǎn)換變成幅值相同的兩個(gè)方波，再將值相同的兩個(gè)方波，再將ui信號(hào)和移相信號(hào)和移相90 后的后的uv信信號(hào)相與，得到的方波寬度號(hào)相與，得到的方波寬度由單片機(jī)或計(jì)算機(jī)內(nèi)時(shí)鐘由單片機(jī)或計(jì)算機(jī)內(nèi)時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)，所得結(jié)果便反脈沖計(jì)數(shù)，所得結(jié)果便反映了介質(zhì)損耗角映了介質(zhì)損耗角 的大小，的大小，繼而可以得到繼而可以得到tg 。 硬件法硬件法脈沖測(cè)相位差法脈沖測(cè)相位差法 電容型設(shè)備的介質(zhì)損耗

27、角電容型設(shè)備的介質(zhì)損耗角 很?。ㄍǔ２淮笥诤苄。ㄍǔ２淮笥? ），因），因此如何保證其測(cè)量精度就十分重要。如果此如何保證其測(cè)量精度就十分重要。如果ui和和uv信號(hào)波形過信號(hào)波形過零的瞬間稍有干擾，將直接影響到過零轉(zhuǎn)換后方波的起始零的瞬間稍有干擾，將直接影響到過零轉(zhuǎn)換后方波的起始位置，妨礙了對(duì)位置，妨礙了對(duì) tg 的準(zhǔn)確測(cè)量。的準(zhǔn)確測(cè)量。 而硬件線路對(duì)于外界引入的電磁干擾、諧波干擾等十分而硬件線路對(duì)于外界引入的電磁干擾、諧波干擾等十分敏感，因此脈沖計(jì)數(shù)法易受敏感，因此脈沖計(jì)數(shù)法易受零點(diǎn)漂移零點(diǎn)漂移和和信號(hào)波形畸變信號(hào)波形畸變的影的影響，往往造成較大的誤差和分散性。盡管其中的脈沖計(jì)數(shù)響，往往造成較

28、大的誤差和分散性。盡管其中的脈沖計(jì)數(shù)電路經(jīng)歷了由單板機(jī)到單片機(jī)、再到計(jì)算機(jī)的發(fā)展過程，電路經(jīng)歷了由單板機(jī)到單片機(jī)、再到計(jì)算機(jī)的發(fā)展過程，使使tg 的測(cè)量精度逐步提高，但現(xiàn)場(chǎng)干擾對(duì)測(cè)量精度的影響的測(cè)量精度逐步提高，但現(xiàn)場(chǎng)干擾對(duì)測(cè)量精度的影響及測(cè)量穩(wěn)定性問題始終是一個(gè)亟待解決的難題。及測(cè)量穩(wěn)定性問題始終是一個(gè)亟待解決的難題。 用硬件法用硬件法易受外界干擾的影響，從而降低了整個(gè)測(cè)易受外界干擾的影響，從而降低了整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的穩(wěn)定性和測(cè)量精度；而要使測(cè)量的性能有所提試系統(tǒng)的穩(wěn)定性和測(cè)量精度；而要使測(cè)量的性能有所提高，又將增加硬件線路設(shè)計(jì)的難度和復(fù)雜性。鑒于這些高，又將增加硬件線路設(shè)計(jì)的難度和復(fù)雜性。鑒于

29、這些難以避免的缺點(diǎn)，促使難以避免的缺點(diǎn)，促使 tg 在線檢測(cè)方法的研究逐漸向在線檢測(cè)方法的研究逐漸向軟件化方向發(fā)展。軟件法的研究主要集中在諧波分析法軟件化方向發(fā)展。軟件法的研究主要集中在諧波分析法上。上。傳感器 1傳感器 2多通道波形采集裝置微機(jī)結(jié)果RS232uvuiui軟件法軟件法 諧波分析法的主要特點(diǎn)是基于傅立葉變換（諧波分析法的主要特點(diǎn)是基于傅立葉變換（FT）對(duì)被）對(duì)被測(cè)電壓及電流進(jìn)行分析。傅立葉變換求解電壓、電流信號(hào)測(cè)電壓及電流進(jìn)行分析。傅立葉變換求解電壓、電流信號(hào)基波時(shí)不受高次諧波和儀器電子線路所產(chǎn)生的零漂的影響?；〞r(shí)不受高次諧波和儀器電子線路所產(chǎn)生的零漂的影響。同時(shí)該方法還充分應(yīng)

30、用數(shù)字化測(cè)量方法克服了傳統(tǒng)的模擬同時(shí)該方法還充分應(yīng)用數(shù)字化測(cè)量方法克服了傳統(tǒng)的模擬測(cè)量方法抗干擾能力差的缺點(diǎn)，提高了測(cè)量精度及測(cè)量結(jié)測(cè)量方法抗干擾能力差的缺點(diǎn)，提高了測(cè)量精度及測(cè)量結(jié)果的穩(wěn)定性。果的穩(wěn)定性。tan 在線檢測(cè)中的數(shù)字化信號(hào)處理方法在線檢測(cè)中的數(shù)字化信號(hào)處理方法 由傳感器系統(tǒng)檢測(cè)到的反映被測(cè)電容型設(shè)備電流的電壓由傳感器系統(tǒng)檢測(cè)到的反映被測(cè)電容型設(shè)備電流的電壓ui(t)及基準(zhǔn)電壓及基準(zhǔn)電壓u v(t)的信號(hào)波形（基準(zhǔn)電壓波形已進(jìn)行了的信號(hào)波形（基準(zhǔn)電壓波形已進(jìn)行了90 移相），兩個(gè)波形之間的相角差即為設(shè)備的介質(zhì)損耗角移相），兩個(gè)波形之間的相角差即為設(shè)備的介質(zhì)損耗角 。0utui(t)

31、uv(t)tan 算法的基本原理算法的基本原理ui(t)及及uv(t)可由可由Fourier級(jí)數(shù)表示級(jí)數(shù)表示u tUUk tiiikmikk( )sin()01utUUk tvvvkmvkk( )sin()01 要得到被測(cè)設(shè)備的介質(zhì)損耗角要得到被測(cè)設(shè)備的介質(zhì)損耗角 ，進(jìn)而求得，進(jìn)而求得tg ，首先必，首先必須獲得兩個(gè)信號(hào)波形的基波分量，即工頻須獲得兩個(gè)信號(hào)波形的基波分量，即工頻50Hz的信號(hào)。的信號(hào)。utUtii mi111( )sin()utUtvv mv111( )sin()其中其中 1和和 2分別為兩信號(hào)波形的基波初相角。由此便可分別為兩信號(hào)波形的基波初相角。由此便可以得到被測(cè)設(shè)備的介質(zhì)

32、損耗角為以得到被測(cè)設(shè)備的介質(zhì)損耗角為vi11 因此，求解電容型設(shè)備介質(zhì)損耗角因此，求解電容型設(shè)備介質(zhì)損耗角 的關(guān)鍵就在于的關(guān)鍵就在于去除系統(tǒng)諧波干擾的影響，準(zhǔn)確地求得去除系統(tǒng)諧波干擾的影響，準(zhǔn)確地求得ui(t)及及uv(t)的基的基波分量及其初相角。波分量及其初相角。 在實(shí)際的檢測(cè)系統(tǒng)中，這一過程是通過快速傅立葉在實(shí)際的檢測(cè)系統(tǒng)中，這一過程是通過快速傅立葉變換變換(FFT)實(shí)現(xiàn)的。特點(diǎn)是：計(jì)算速度快、計(jì)算量小，但實(shí)現(xiàn)的。特點(diǎn)是：計(jì)算速度快、計(jì)算量小，但當(dāng)系統(tǒng)頻率波動(dòng)時(shí)會(huì)使得采樣頻率與信號(hào)頻率不一致，當(dāng)系統(tǒng)頻率波動(dòng)時(shí)會(huì)使得采樣頻率與信號(hào)頻率不一致，因而出現(xiàn)頻譜泄漏效應(yīng)和柵欄效應(yīng)，尤其會(huì)影響相位測(cè)

33、因而出現(xiàn)頻譜泄漏效應(yīng)和柵欄效應(yīng)，尤其會(huì)影響相位測(cè)量，因此必須對(duì)算法進(jìn)行改進(jìn)，減少頻譜泄漏。量，因此必須對(duì)算法進(jìn)行改進(jìn)，減少頻譜泄漏。 用于用于tan 在線監(jiān)測(cè)的傳感器在線監(jiān)測(cè)的傳感器 在電容型設(shè)備在電容型設(shè)備 tg 在線檢測(cè)過程中，進(jìn)入測(cè)試系統(tǒng)的所在線檢測(cè)過程中，進(jìn)入測(cè)試系統(tǒng)的所有被測(cè)信號(hào)（反映設(shè)備電流的電壓信號(hào)有被測(cè)信號(hào)（反映設(shè)備電流的電壓信號(hào) ui、基準(zhǔn)電壓信號(hào)、基準(zhǔn)電壓信號(hào)uv ）都是由傳感器獲取的。只有首先從傳感器獲得真實(shí)的被測(cè)信都是由傳感器獲取的。只有首先從傳感器獲得真實(shí)的被測(cè)信號(hào)，才有利于進(jìn)一步對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析、處理，并由此判斷設(shè)號(hào)，才有利于進(jìn)一步對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析、處理，并由此判斷設(shè)備

34、的絕緣狀況。備的絕緣狀況。 因此，傳感器是在線檢測(cè)技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因此，傳感器是在線檢測(cè)技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 傳感器是整個(gè)在線檢測(cè)系統(tǒng)的輸入端，擔(dān)負(fù)著信號(hào)提取傳感器是整個(gè)在線檢測(cè)系統(tǒng)的輸入端，擔(dān)負(fù)著信號(hào)提取的任務(wù)。它處于強(qiáng)電磁場(chǎng)環(huán)境中，容易受到電磁干擾；同時(shí)的任務(wù)。它處于強(qiáng)電磁場(chǎng)環(huán)境中，容易受到電磁干擾；同時(shí)又長期工作在戶外，易受各種環(huán)境因素的影響。為了準(zhǔn)確地又長期工作在戶外，易受各種環(huán)境因素的影響。為了準(zhǔn)確地在電力系統(tǒng)強(qiáng)噪聲干擾環(huán)境下獲取被測(cè)信號(hào)，用于電容型設(shè)在電力系統(tǒng)強(qiáng)噪聲干擾環(huán)境下獲取被測(cè)信號(hào)，用于電容型設(shè)備備 tg 在線檢測(cè)的傳感器應(yīng)能滿足以下要求在線檢測(cè)的傳感器應(yīng)能滿足以下要求n 電流傳

35、感器應(yīng)能滿足測(cè)量微弱電流信號(hào)電流傳感器應(yīng)能滿足測(cè)量微弱電流信號(hào)(mA級(jí)級(jí))的要求，的要求，靈敏度高，使輸出量能夠靈敏地反映輸入量的微小變化。靈敏度高，使輸出量能夠靈敏地反映輸入量的微小變化。n 在測(cè)量范圍內(nèi)應(yīng)具有良好的線性度，輸出波形不畸變，在測(cè)量范圍內(nèi)應(yīng)具有良好的線性度，輸出波形不畸變，被測(cè)信號(hào)與輸出信號(hào)電壓之間的角差變化小。被測(cè)信號(hào)與輸出信號(hào)電壓之間的角差變化小。n 工作穩(wěn)定性好。當(dāng)外界環(huán)境變化時(shí)，輸出量變化應(yīng)限制工作穩(wěn)定性好。當(dāng)外界環(huán)境變化時(shí)，輸出量變化應(yīng)限制在允許范圍內(nèi)。在允許范圍內(nèi)。n 具有較強(qiáng)的抗干擾能力及良好的電磁兼容性能。具有較強(qiáng)的抗干擾能力及良好的電磁兼容性能。i1u1CxN

36、1N2i20內(nèi)部電路取樣出口i1內(nèi)部電路取樣出口0u1Cxi2N2N1電容型設(shè)備的在線檢測(cè)采用的電流傳感器具有以下特點(diǎn)：電容型設(shè)備的在線檢測(cè)采用的電流傳感器具有以下特點(diǎn)：以電磁耦合為基本工作原理，即一次和二次繞組之間沒有以電磁耦合為基本工作原理，即一次和二次繞組之間沒有電氣聯(lián)系，只有磁的聯(lián)系。電氣聯(lián)系，只有磁的聯(lián)系。多匝串入式多匝串入式 (b) 單匝穿芯式單匝穿芯式多匝串入式傳感器多匝串入式傳感器單匝穿芯式傳感器單匝穿芯式傳感器可以提高傳感器二次側(cè)的輸出信號(hào)電壓，有利于提可以提高傳感器二次側(cè)的輸出信號(hào)電壓，有利于提高信號(hào)傳輸?shù)男旁氡龋桓咝盘?hào)傳輸?shù)男旁氡?；但需將被測(cè)設(shè)備的接地端斷開后串入，增加了

37、潛在但需將被測(cè)設(shè)備的接地端斷開后串入，增加了潛在的故障點(diǎn)，不利于設(shè)備的安全運(yùn)行及操作人員的人的故障點(diǎn)，不利于設(shè)備的安全運(yùn)行及操作人員的人身安全。身安全。不改變被測(cè)設(shè)備原有接線方式，安全性高；不改變被測(cè)設(shè)備原有接線方式，安全性高；但單匝穿芯式電流傳感器輸出電壓信號(hào)幅值較小。但單匝穿芯式電流傳感器輸出電壓信號(hào)幅值較小。易受干擾影響，從而導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確。易受干擾影響，從而導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確。 無源傳感器無源傳感器有源傳感器有源傳感器不需要外加任何輔助電路，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、不需要外加任何輔助電路，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、使用壽命長。使用壽命長。輸出電壓信號(hào)通常只有幾十毫伏，在信號(hào)傳輸過輸出電壓信號(hào)

38、通常只有幾十毫伏，在信號(hào)傳輸過程中極易受到外界大量噪聲信號(hào)的干擾而失真，程中極易受到外界大量噪聲信號(hào)的干擾而失真，從而直接影響到整體測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。從而直接影響到整體測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。在電流傳感器的輸出端就加入有源運(yùn)算放大器，在電流傳感器的輸出端就加入有源運(yùn)算放大器，這樣可以有效地增強(qiáng)傳感器系統(tǒng)的二次輸出電壓這樣可以有效地增強(qiáng)傳感器系統(tǒng)的二次輸出電壓信號(hào)，降低外界干擾信號(hào)對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響信號(hào)，降低外界干擾信號(hào)對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響.傳感器系統(tǒng)在測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)的電磁兼容問題傳感器系統(tǒng)在測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)的電磁兼容問題變電站是一次設(shè)備和二次設(shè)備最集中的場(chǎng)所。變電站是一次設(shè)備和二次設(shè)備最集中的場(chǎng)所。u 一次回路中的開關(guān)

39、操作、雷電流及短路電流等在接地網(wǎng)一次回路中的開關(guān)操作、雷電流及短路電流等在接地網(wǎng)上將引起電位升高；上將引起電位升高；u二次回路中電纜間的電磁耦合會(huì)對(duì)二次回路產(chǎn)生干擾。二次回路中電纜間的電磁耦合會(huì)對(duì)二次回路產(chǎn)生干擾。 現(xiàn)場(chǎng)存在的大量干擾信號(hào)不可避免地會(huì)以各種方式進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)存在的大量干擾信號(hào)不可避免地會(huì)以各種方式進(jìn)入絕緣在線檢測(cè)系統(tǒng)，與被測(cè)信號(hào)混在一起，使在線檢測(cè)的絕緣在線檢測(cè)系統(tǒng)，與被測(cè)信號(hào)混在一起，使在線檢測(cè)的靈敏度和可靠性下降。靈敏度和可靠性下降。 屏蔽、濾波、接地是抑制電磁干擾最基本的方法。而屏蔽、濾波、接地是抑制電磁干擾最基本的方法。而對(duì)傳感器系統(tǒng)而言，主要采取屏蔽的方法抑制電磁干擾。對(duì)傳

40、感器系統(tǒng)而言，主要采取屏蔽的方法抑制電磁干擾。1. 銅銅 通常采用高電導(dǎo)率、低磁導(dǎo)率的銅材作為電場(chǎng)屏蔽材料。通常采用高電導(dǎo)率、低磁導(dǎo)率的銅材作為電場(chǎng)屏蔽材料。試驗(yàn)表明，只要銅屏蔽材料的厚度大于試驗(yàn)表明，只要銅屏蔽材料的厚度大于30 m ，其屏蔽效能，其屏蔽效能在全頻譜范圍內(nèi)均可達(dá)到在全頻譜范圍內(nèi)均可達(dá)到120dB以上。以上。 但銅材料對(duì)于低頻磁場(chǎng)的屏蔽效能很差，同樣厚度為但銅材料對(duì)于低頻磁場(chǎng)的屏蔽效能很差，同樣厚度為30 m ，對(duì)于工頻，對(duì)于工頻50Hz的電源頻率之磁場(chǎng)幾乎沒有屏蔽作用的電源頻率之磁場(chǎng)幾乎沒有屏蔽作用（SEdB 0dB）。如果要求對(duì)工頻磁場(chǎng)的屏蔽效能達(dá)到）。如果要求對(duì)工頻磁場(chǎng)的

41、屏蔽效能達(dá)到40dB，則銅材厚度應(yīng)達(dá)到則銅材厚度應(yīng)達(dá)到1cm以上。以上。 屏蔽材料的選擇屏蔽材料的選擇2. 鐵鐵 鐵材的電屏蔽能力較銅材差很多鐵材的電屏蔽能力較銅材差很多但對(duì)磁場(chǎng)屏蔽能力是銅材的但對(duì)磁場(chǎng)屏蔽能力是銅材的13倍。倍。 材料對(duì)銅的相對(duì)電導(dǎo)率材料對(duì)銅的相對(duì)電導(dǎo)率 r r和相對(duì)磁導(dǎo)率和相對(duì)磁導(dǎo)率r材材 料料 r r r r銅銅11鐵鐵0.171000坡莫合金坡莫合金0.0480,0003. 高導(dǎo)磁率材料（坡莫合金）高導(dǎo)磁率材料（坡莫合金） 坡莫合金是高導(dǎo)磁材料，具有非常高的磁屏蔽能力坡莫合金是高導(dǎo)磁材料，具有非常高的磁屏蔽能力ABCD圖 2.10 傳感器屏蔽結(jié)構(gòu)示意圖x 徑向， y 軸

42、向 A 傳感器鐵芯橫截面、 B 電屏蔽層C 磁屏蔽層、 D 屏蔽層之間的絕緣層xy針對(duì)電力系統(tǒng)電磁干擾的具體特點(diǎn)（工頻為主、高頻范圍針對(duì)電力系統(tǒng)電磁干擾的具體特點(diǎn)（工頻為主、高頻范圍寬），在線監(jiān)測(cè)傳感器多采用多層屏蔽結(jié)構(gòu)。寬），在線監(jiān)測(cè)傳感器多采用多層屏蔽結(jié)構(gòu)。n 在各屏蔽層之間不能相互連接，其間應(yīng)以絕緣材料，在各屏蔽層之間不能相互連接，其間應(yīng)以絕緣材料，否則會(huì)失去多層屏蔽的作用。否則會(huì)失去多層屏蔽的作用。n 另需要注意的是，由于穿芯式傳感器采用的是電磁耦另需要注意的是，由于穿芯式傳感器采用的是電磁耦合工作原理，因此各屏蔽層均應(yīng)留有縫隙，以免形成短合工作原理，因此各屏蔽層均應(yīng)留有縫隙，以免形成

43、短路匝。而為了獲得好的磁屏蔽效果，還必須保證磁路的路匝。而為了獲得好的磁屏蔽效果，還必須保證磁路的暢通，即小的磁阻。所以，當(dāng)屏蔽層需要開狹縫時(shí)，狹暢通，即小的磁阻。所以，當(dāng)屏蔽層需要開狹縫時(shí)，狹縫不能切斷磁路，即狹縫只能與磁通的方向一致，而不縫不能切斷磁路，即狹縫只能與磁通的方向一致，而不能與磁通的方向垂直。能與磁通的方向垂直。電流互感器誤差分析電流互感器誤差分析電流互感器運(yùn)行時(shí)的示意圖：電流互感器運(yùn)行時(shí)的示意圖：在原邊有電流在原邊有電流1 1流入，在鐵心激勵(lì)一交變主磁通流入，在鐵心激勵(lì)一交變主磁通， E E1 1表示主表示主磁通在一次繞組中的感應(yīng)電勢(shì)；主磁通同時(shí)也與副邊繞組匝鏈，由磁通在一次

44、繞組中的感應(yīng)電勢(shì)；主磁通同時(shí)也與副邊繞組匝鏈，由于磁通的交變作用，在副邊繞組中感應(yīng)出電勢(shì)于磁通的交變作用，在副邊繞組中感應(yīng)出電勢(shì)E E2 2。在圖示正方向的情況下，根據(jù)電磁感應(yīng)定律可知：在圖示正方向的情況下，根據(jù)電磁感應(yīng)定律可知： tNEdd22 設(shè)鐵心中的主磁通為：設(shè)鐵心中的主磁通為：tm cos )2/cos(sin222 tNtNEmm 由此上面兩式可見，由此上面兩式可見，超前超前E E2 29090度。度。（a）在一次回路中串聯(lián)）在一次回路中串聯(lián)R1和電抗和電抗X1來代替在一次繞來代替在一次繞組內(nèi)部的電阻和漏電抗；同樣，在二次回路中串聯(lián)組內(nèi)部的電阻和漏電抗；同樣，在二次回路中串聯(lián)R2和

45、電抗和電抗X2來代替在二次繞組內(nèi)部的電阻和漏電抗，來代替在二次繞組內(nèi)部的電阻和漏電抗，這樣，一次和二次繞組都可以看成是沒有電阻和漏這樣，一次和二次繞組都可以看成是沒有電阻和漏電抗的兩個(gè)理想線圈，線圈中只有因?yàn)橹鞔磐ń蛔冸娍沟膬蓚€(gè)理想線圈，線圈中只有因?yàn)橹鞔磐ń蛔兌袘?yīng)的電勢(shì)而感應(yīng)的電勢(shì)E1及及E2。（b）將二次側(cè)的電阻和電抗及電勢(shì)歸算到一次側(cè)，）將二次側(cè)的電阻和電抗及電勢(shì)歸算到一次側(cè)，分別得到分別得到R2 ，X2及及E2 。這樣，經(jīng)過歸算之后，。這樣，經(jīng)過歸算之后，E1E2。既然歸算之后一二次側(cè)的感應(yīng)電勢(shì)相等，。既然歸算之后一二次側(cè)的感應(yīng)電勢(shì)相等，故可以把它們之間的等電位點(diǎn)連接起來，這樣兩個(gè)故

46、可以把它們之間的等電位點(diǎn)連接起來，這樣兩個(gè)繞組便合并成一個(gè)繞組得到圖（繞組便合并成一個(gè)繞組得到圖（c）（c）顯然這個(gè)繞組中流過的電流便是）顯然這個(gè)繞組中流過的電流便是012 ，它用來產(chǎn)生主磁通它用來產(chǎn)生主磁通，以便在這個(gè)繞組中產(chǎn)生感應(yīng)，以便在這個(gè)繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)電勢(shì)E1E2 。這個(gè)繞組的電抗是。這個(gè)繞組的電抗是X0，為激磁電抗。，為激磁電抗?？紤]到鐵耗的影響后，激磁回路中還應(yīng)串聯(lián)一個(gè)等考慮到鐵耗的影響后，激磁回路中還應(yīng)串聯(lián)一個(gè)等值電阻值電阻R0，于是得到電流互感器的等效電路圖。，于是得到電流互感器的等效電路圖。因?yàn)橐驗(yàn)? 2 =(N =(N2 2/N/N1 1) )2 2，因此可以得到：，因

47、此可以得到：1 1N N1 12 2N N2 20 0N N1 1電流互感器誤差分析電流互感器誤差分析2 I2U 10NI11NI22NIo2 i abcd 2E 由相量圖可見：由相量圖可見：1N1|od|；I2N2|ob|。所以：。所以：I1N1I2N2 |od|ob|bd|。當(dāng)。當(dāng)i i非常小時(shí)非常小時(shí)：|bd|bc|，則：，則：%100)sin(%100|%100%100)/(11101111112211122 NININIbcNININIIINNIfi)(3440)cos(|sin1110 NINIocacii%100)sin(%100|%100%100)/(1110111111221

48、1122 NININIbcNININIIINNIfi)(3440)cos(|sin1110 NINIocaciin 從上面的（從上面的（a a）（）（b b）兩式可以看出，減?。﹥墒娇梢钥闯?，減小0 0可減小電流誤差及角差。影響可減小電流誤差及角差。影響I I0 0的因素包括：的因素包括：1 1）磁路鐵芯的材料、尺寸；）磁路鐵芯的材料、尺寸；2 2）二次負(fù)載大小和性質(zhì)；）二次負(fù)載大小和性質(zhì)；3 3）電網(wǎng)的頻率。）電網(wǎng)的頻率。 制造制造CTCT，首先采用高磁導(dǎo)率的磁性材料（若磁導(dǎo)率趨于無窮大，則，首先采用高磁導(dǎo)率的磁性材料（若磁導(dǎo)率趨于無窮大，則I I0 0趨趨于無窮?。浯卧龃蟠怕访娣e、縮短

49、磁路長度，并使鐵芯工作在磁感應(yīng)強(qiáng)度于無窮?。浯卧龃蟠怕访娣e、縮短磁路長度，并使鐵芯工作在磁感應(yīng)強(qiáng)度不高的情況下，或采用特殊線路和結(jié)構(gòu)提高準(zhǔn)確度。不高的情況下，或采用特殊線路和結(jié)構(gòu)提高準(zhǔn)確度。n I I1 1增大，則電流誤差和角差均減小。因此，使用增大，則電流誤差和角差均減小。因此，使用CTCT時(shí)應(yīng)注意被測(cè)電流時(shí)應(yīng)注意被測(cè)電流I I1 1接近其接近其額定電流，這時(shí)誤差較小。額定電流，這時(shí)誤差較小。n 從等值電路可知：從等值電路可知：I I0 0E E1 1/Z/Zm m；I I1 1I I2 2 E E2 2/(Z/(Z2 2+Z+Z) ) 所以：所以：I I0 0/I/I1 1 0 0/I

50、/I2 2=(Z=(Z2 2+Z+Z)/Z)/Zm m從上式可以看出，二次負(fù)載從上式可以看出，二次負(fù)載Z Z減小，電流誤差及角差均減小。所以，二減小，電流誤差及角差均減小。所以，二次所接阻抗應(yīng)降為最低值，不得超過允許值，否則測(cè)量精度會(huì)降低。次所接阻抗應(yīng)降為最低值，不得超過允許值，否則測(cè)量精度會(huì)降低。（a）（b）電流互感器誤差補(bǔ)償裝置：電流互感器誤差補(bǔ)償裝置： 假設(shè)經(jīng)過歸算后二次繞組的電勢(shì)為假設(shè)經(jīng)過歸算后二次繞組的電勢(shì)為E E2 2 ，那么根據(jù)運(yùn)放的性質(zhì)，運(yùn)，那么根據(jù)運(yùn)放的性質(zhì)，運(yùn)放的輸出端電壓為放的輸出端電壓為AEAE2 2（A A為運(yùn)放的開環(huán)電壓放大倍數(shù)，一給定參數(shù)），為運(yùn)放的開環(huán)電壓放大倍

51、數(shù)，一給定參數(shù)），運(yùn)放負(fù)向輸入端的電壓為二次繞組上的電勢(shì)運(yùn)放負(fù)向輸入端的電壓為二次繞組上的電勢(shì)E E2 2 。所以。所以Z Z 上流過的電上流過的電流：流：)1()1() (2222AZEZEAZEAEIZ 因此這時(shí)等效的二次負(fù)載值為：因此這時(shí)等效的二次負(fù)載值為：AZ 1由于運(yùn)放的由于運(yùn)放的A是一個(gè)比較大的值，所以采用了上述的誤差補(bǔ)償裝置后是一個(gè)比較大的值，所以采用了上述的誤差補(bǔ)償裝置后相當(dāng)于減小了二次負(fù)載值，從而減小了電流誤差及角差相當(dāng)于減小了二次負(fù)載值，從而減小了電流誤差及角差 由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣、干擾嚴(yán)重，采用傳感器提取微弱信號(hào)由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣、干擾嚴(yán)重，采用傳感器提取微弱信號(hào)仍相當(dāng)困難，

52、目前國外的一些公司（如美國的仍相當(dāng)困難，目前國外的一些公司（如美國的AVO AVO 公司、德國公司、德國的的LDIC LDIC 公司）在被測(cè)設(shè)備的地線或末屏直接串入監(jiān)測(cè)電容，利公司）在被測(cè)設(shè)備的地線或末屏直接串入監(jiān)測(cè)電容，利用監(jiān)測(cè)電容電壓與用監(jiān)測(cè)電容電壓與TV TV 電壓之間的相位關(guān)系求取被測(cè)設(shè)備的電壓之間的相位關(guān)系求取被測(cè)設(shè)備的tantan。電容具有電壓不突變的特性，通過選擇合適的電容，可。電容具有電壓不突變的特性，通過選擇合適的電容，可使輸出電壓保持在使輸出電壓保持在303040 V 40 V 之間，這樣可降低外界干擾的影響之間，這樣可降低外界干擾的影響和減少模擬信號(hào)傳輸?shù)乃p，測(cè)量結(jié)果具

53、有較高的穩(wěn)定性。之和減少模擬信號(hào)傳輸?shù)乃p，測(cè)量結(jié)果具有較高的穩(wěn)定性。之所以采用串入電容而非串入電阻，是因?yàn)榇腚娮柙斐傻恼`差所以采用串入電容而非串入電阻，是因?yàn)榇腚娮柙斐傻恼`差要比串入電容所造成的誤差大，而且電容故障多為擊穿，而電要比串入電容所造成的誤差大，而且電容故障多為擊穿，而電阻故障一般為燒斷，會(huì)造成末屏開路。阻故障一般為燒斷，會(huì)造成末屏開路。 缺點(diǎn)：采用直接耦合的方法會(huì)影響一次設(shè)備的接缺點(diǎn)：采用直接耦合的方法會(huì)影響一次設(shè)備的接線結(jié)構(gòu)，為防止末屏開路、測(cè)量回路過電壓，必須設(shè)線結(jié)構(gòu)，為防止末屏開路、測(cè)量回路過電壓，必須設(shè)計(jì)合理的保護(hù)電路以保證測(cè)量回路的安全性。計(jì)合理的保護(hù)電路以保證測(cè)量

54、回路的安全性。電流信號(hào)提取的另外一種思路電流信號(hào)提取的另外一種思路數(shù)字采集系統(tǒng)最佳工作點(diǎn)數(shù)字采集系統(tǒng)最佳工作點(diǎn) A/D卡轉(zhuǎn)換位數(shù)的選擇卡轉(zhuǎn)換位數(shù)的選擇 絕緣在線檢測(cè)數(shù)字化測(cè)量系統(tǒng)中，對(duì)絕緣在線檢測(cè)數(shù)字化測(cè)量系統(tǒng)中，對(duì)tg 測(cè)量的精度測(cè)量的精度要求達(dá)到要求達(dá)到 0.1%（此處指絕對(duì)精度）。（此處指絕對(duì)精度）。 如采用如采用12位的位的A/D卡，其滿度電壓為卡，其滿度電壓為10V，雙極性方，雙極性方式工作。式工作。 系統(tǒng)系統(tǒng)A/D轉(zhuǎn)換的分辨率轉(zhuǎn)換的分辨率為為 2.44mV，最大量化誤差，最大量化誤差即為即為 1.22mV，最大相角誤，最大相角誤差約為差約為0.0244%，只占系統(tǒng)，只占系統(tǒng)介質(zhì)損耗

55、測(cè)量精度要求的五介質(zhì)損耗測(cè)量精度要求的五分之一，所以精度滿足測(cè)量分之一，所以精度滿足測(cè)量系統(tǒng)要求。系統(tǒng)要求。0FS0001111LSBMSB模擬輸入模擬輸入數(shù)字輸出數(shù)字輸出2. A/D卡轉(zhuǎn)換速率的選擇卡轉(zhuǎn)換速率的選擇 根據(jù)奈奎斯特（根據(jù)奈奎斯特（Nyquist）采樣定理，當(dāng)采樣頻率大于或）采樣定理，當(dāng)采樣頻率大于或等于信號(hào)中最高頻率的兩倍時(shí)，信號(hào)就完全可由采樣值唯一等于信號(hào)中最高頻率的兩倍時(shí)，信號(hào)就完全可由采樣值唯一確定，并可通過理想低通濾波器重新恢復(fù)原信號(hào)波形。確定，并可通過理想低通濾波器重新恢復(fù)原信號(hào)波形。 為了保證數(shù)據(jù)采集精度，一般選取采樣頻率為信號(hào)中最為了保證數(shù)據(jù)采集精度，一般選取采樣

56、頻率為信號(hào)中最高頻率的高頻率的710倍。倍。 而對(duì)于電容型設(shè)備絕緣在線檢測(cè)波形采集系統(tǒng)，這樣的而對(duì)于電容型設(shè)備絕緣在線檢測(cè)波形采集系統(tǒng)，這樣的采樣速率是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。采樣速率是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。 對(duì)于電容型設(shè)備，其介質(zhì)損耗角對(duì)于電容型設(shè)備，其介質(zhì)損耗角 一般在一般在1%rad左右，左右，換算成工頻換算成工頻50Hz下的時(shí)間間隔，下的時(shí)間間隔，SST 83110501261.% 為了測(cè)出如此一個(gè)小的時(shí)間間隔，為了測(cè)出如此一個(gè)小的時(shí)間間隔，A/D卡的采樣周期卡的采樣周期必須小于必須小于31.8 S，考慮到測(cè)量精度的要求，因此在線檢測(cè)，考慮到測(cè)量精度的要求，因此在線檢測(cè)時(shí)所采用的時(shí)所采用的A/D卡轉(zhuǎn)換速率應(yīng)

57、在卡轉(zhuǎn)換速率應(yīng)在100kHz以上。以上。影響影響tan 在線檢測(cè)結(jié)果的主要因素在線檢測(cè)結(jié)果的主要因素電流、電壓傳感器自身的角差。電流、電壓傳感器自身的角差。獲得基準(zhǔn)電壓的電壓互感器（獲得基準(zhǔn)電壓的電壓互感器（PT）的角差變化。）的角差變化。現(xiàn)場(chǎng)各種干擾的影響?，F(xiàn)場(chǎng)各種干擾的影響。環(huán)境因素的影響。環(huán)境因素的影響。0utui(t)uv(t)tan 的的“綜合相對(duì)測(cè)量法綜合相對(duì)測(cè)量法” PT角差、環(huán)境因素、相間干擾和系統(tǒng)頻率變化是造成角差、環(huán)境因素、相間干擾和系統(tǒng)頻率變化是造成測(cè)量結(jié)果不穩(wěn)定的主要原因。變電站中常用測(cè)量結(jié)果不穩(wěn)定的主要原因。變電站中常用0.5級(jí)的級(jí)的PT，其角差范圍為其角差范圍為20

58、之間，約為之間，約為5.810-3rad，足以淹沒，足以淹沒介損值（一般在介損值（一般在0.0010.02）。正是由于由于）。正是由于由于PT的角差與的角差與很多因素有關(guān)，因此從很多因素有關(guān)，因此從PT二次側(cè)獲取的電壓信號(hào)并不能完二次側(cè)獲取的電壓信號(hào)并不能完全真實(shí)地反映高壓側(cè)電壓的相位，這就會(huì)導(dǎo)致全真實(shí)地反映高壓側(cè)電壓的相位，這就會(huì)導(dǎo)致tg 的測(cè)量的測(cè)量結(jié)果通常存在分散性較大、準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性較差等問題。結(jié)果通常存在分散性較大、準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性較差等問題。 由于在線檢測(cè)實(shí)時(shí)地對(duì)被測(cè)設(shè)備絕緣參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，因由于在線檢測(cè)實(shí)時(shí)地對(duì)被測(cè)設(shè)備絕緣參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，因此現(xiàn)場(chǎng)的各種環(huán)境因素，如季節(jié)、溫度、濕度、降雨

59、等將對(duì)此現(xiàn)場(chǎng)的各種環(huán)境因素，如季節(jié)、溫度、濕度、降雨等將對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生很大影響，使同一臺(tái)正常運(yùn)行的設(shè)備的絕緣參測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生很大影響，使同一臺(tái)正常運(yùn)行的設(shè)備的絕緣參數(shù)在不同環(huán)境下的測(cè)量值也可能發(fā)生較大變化。數(shù)在不同環(huán)境下的測(cè)量值也可能發(fā)生較大變化。 由此可見，當(dāng)環(huán)境因素有顯著變化時(shí)，不能單憑設(shè)備絕由此可見，當(dāng)環(huán)境因素有顯著變化時(shí)，不能單憑設(shè)備絕緣參數(shù)的增大就認(rèn)定設(shè)備存在缺陷。反之，若全歸咎于環(huán)境緣參數(shù)的增大就認(rèn)定設(shè)備存在缺陷。反之，若全歸咎于環(huán)境異常惡劣，而忽視絕緣參數(shù)等的大幅度變化，也有可能忽略異常惡劣，而忽視絕緣參數(shù)等的大幅度變化，也有可能忽略設(shè)備已趨于劣化的苗頭。設(shè)備已趨于劣化的苗頭。 所

60、以如何正確對(duì)待現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境因素給在線檢測(cè)帶來的影所以如何正確對(duì)待現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境因素給在線檢測(cè)帶來的影響是值得注意的問題響是值得注意的問題 不以不以PT低壓側(cè)電壓作為基準(zhǔn)電壓來測(cè)量設(shè)備低壓側(cè)電壓作為基準(zhǔn)電壓來測(cè)量設(shè)備的的“絕對(duì)值絕對(duì)值”而是選擇在相同相別下運(yùn)行的多臺(tái)電容型而是選擇在相同相別下運(yùn)行的多臺(tái)電容型設(shè)備，以它們之間的電流信號(hào)互為基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行比較，設(shè)備，以它們之間的電流信號(hào)互為基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行比較，求出各設(shè)備間求出各設(shè)備間的差值，即的差值，即“相對(duì)介質(zhì)損耗角正切值相對(duì)介質(zhì)損耗角正切值”（ ）。）。 并根據(jù)此多個(gè)相對(duì)介質(zhì)損耗角正切值的變化趨勢(shì)來并根據(jù)此多個(gè)相對(duì)介質(zhì)損耗角正切值的變化趨勢(shì)來綜合判斷設(shè)備的絕緣