本實(shí)用新型涉及電力設(shè)備測(cè)試領(lǐng)域，特別是涉及一種電容式電力設(shè)備介質(zhì)損耗在線檢測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

電容式電力設(shè)備是表現(xiàn)為電容的電力設(shè)備，如套管、電流互感器、電容式電壓互感器CVT等，其在電力系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用，數(shù)量約占變電站設(shè)備總臺(tái)數(shù)的40％～50％。統(tǒng)計(jì)資料表明，導(dǎo)致電容式電力設(shè)備故障的主要原因是絕緣性能劣化，而絕緣劣化的一個(gè)主要表現(xiàn)是介質(zhì)損耗上升。介質(zhì)損耗tanδ是反映絕緣介質(zhì)損耗大小的特征參量，它僅取決于絕緣材料的介電特性，與介質(zhì)的尺寸無關(guān)。經(jīng)驗(yàn)表明，對(duì)于電容式電力設(shè)備，測(cè)量其整體絕緣介質(zhì)損耗因數(shù)可以較靈敏地發(fā)現(xiàn)設(shè)備中發(fā)展性的局部缺陷及設(shè)備絕緣整體受潮和劣化變質(zhì)等缺陷，因而測(cè)量tanδ對(duì)于判斷電容型設(shè)備的絕緣狀況十分重要。

在傳統(tǒng)的現(xiàn)有技術(shù)中，為了避免離線檢測(cè)需要停電和不能連續(xù)監(jiān)測(cè)的問題，目前通常采用介質(zhì)損耗在線檢測(cè)(在線監(jiān)測(cè)或帶電檢測(cè))的方法，即在電力設(shè)備正常運(yùn)行的條件下，測(cè)量介質(zhì)損耗tanδ和電容量C，但已有的系統(tǒng)需要同步測(cè)量，存在準(zhǔn)確同步的困難，也很容易帶來測(cè)量誤差。

因此如何在不改變?cè)须妷弘娏髟诰€檢測(cè)設(shè)備和方法的前提下，從非同步測(cè)量(存在一定時(shí)間差異)的電壓電流信號(hào)中，準(zhǔn)確的獲取電容式電力設(shè)備介質(zhì)損耗信息，對(duì)于判斷電容型設(shè)備的絕緣狀況具有重大的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于此，有必要針對(duì)電壓電流信號(hào)測(cè)量不同步情況下，現(xiàn)有介質(zhì)損耗測(cè)量方法測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確的問題，提供一種電容式電力設(shè)備介質(zhì)損耗在線檢測(cè)系統(tǒng)。

一種電容式電力設(shè)備介質(zhì)損耗在線檢測(cè)系統(tǒng)，包括電流電壓檢測(cè)設(shè)備、分析設(shè)備、諧波分量幅值計(jì)算設(shè)備、等效電容和等效電阻計(jì)算設(shè)備和介質(zhì)損耗角正切計(jì)算設(shè)備，所述電流電壓檢測(cè)設(shè)備連接所述分析設(shè)備，所述分析設(shè)備連接所述諧波分量幅值計(jì)算設(shè)備，所述諧波分量幅值計(jì)算設(shè)備連接所述等效電容和等效電阻計(jì)算設(shè)備，所述等效電容和等效電阻計(jì)算設(shè)備連接所述介質(zhì)損耗角正切計(jì)算設(shè)備。

上述電容式電力設(shè)備介質(zhì)損耗在線檢測(cè)系統(tǒng)，基于電力系統(tǒng)電壓存在諧波分量，通過電容式電力設(shè)備電壓和電流的基波和諧波的同時(shí)測(cè)量，根據(jù)各次諧波分量的幅值計(jì)算得到電容式電力設(shè)備的等效電容和等效電阻，不需要改變?cè)须妷簻y(cè)量和電流測(cè)量的設(shè)備和手段，實(shí)施簡(jiǎn)單，安全可靠，不需要準(zhǔn)確同步也可準(zhǔn)確計(jì)算得到電容式設(shè)備的介質(zhì)損耗，避免電壓和電流同步測(cè)量的困難，在電壓電流信號(hào)測(cè)量不同步情況下也可確保介質(zhì)損耗的測(cè)量準(zhǔn)確度。。

附圖說明

圖1為一實(shí)施例中電容式電力設(shè)備介質(zhì)損耗在線檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；

圖2為電容式電力設(shè)備的等效電路圖；

圖3為電容式電力設(shè)備中電壓和電流的相量圖；

圖4為電容式電力設(shè)備中電壓和電流的時(shí)域波形圖。

具體實(shí)施方式

為了便于理解本實(shí)用新型，下面將參照相關(guān)附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行更全面的描述。附圖中給出了本實(shí)用新型的較佳的實(shí)施例。但是，本實(shí)用新型可以以許多不同的形式來實(shí)現(xiàn)，并不限于本文所描述的實(shí)施例。相反地，提供這些實(shí)施例的目的是使對(duì)本實(shí)用新型的公開內(nèi)容的理解更加透徹全面。

除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語與屬于本實(shí)用新型的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本實(shí)用新型的說明書中所使用的術(shù)語只是為了描述具體的實(shí)施例的目的，不是旨在于限制本實(shí)用新型。本文所使用的術(shù)語“或/和”包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)的所列項(xiàng)目的任意的和所有的組合。

如圖1所示，本發(fā)明提供了一種電容式電力設(shè)備介質(zhì)損耗在線檢測(cè)系統(tǒng)，包括電流電壓檢測(cè)設(shè)備110、分析設(shè)備120、諧波分量幅值計(jì)算設(shè)備130、等效電容和等效電阻計(jì)算設(shè)備140和介質(zhì)損耗角正切計(jì)算設(shè)備150，所述電流電壓檢測(cè)設(shè)備110連接所述分析設(shè)備120，所述分析設(shè)備120連接所述諧波分量幅值計(jì)算設(shè)備130，所述諧波分量幅值計(jì)算設(shè)備130連接所述等效電容和等效電阻計(jì)算設(shè)備140，所述等效電容和等效電阻計(jì)算設(shè)備140連接所述介質(zhì)損耗角正切計(jì)算設(shè)備150。

電流電壓檢測(cè)設(shè)備110用于在線測(cè)量電容式電力設(shè)備的接地線上的電流，以及電容式電力設(shè)備母線電壓互感器上的電壓。

分析設(shè)備120用于通過傅里葉分析獲得電壓和電流的各次諧波分量的系數(shù)。在其中一個(gè)實(shí)施例中，分析設(shè)備120包括電壓諧波分量計(jì)算裝置和電流諧波分量計(jì)算裝置，電壓諧波分量計(jì)算裝置連接電流電壓檢測(cè)設(shè)備110和諧波分量幅值計(jì)算設(shè)備130，電流諧波分量計(jì)算裝置連接電流電壓檢測(cè)設(shè)備110和諧波分量幅值計(jì)算設(shè)備130。

具體地，電壓諧波分量計(jì)算裝置通過傅里葉分析獲得電壓各次諧波分量的系數(shù)，具體為：

電流諧波分量計(jì)算裝置通過傅里葉分析獲得電流的各次諧波分量的系數(shù)，具體為：

其中，N為時(shí)域周期信號(hào)一周期采樣點(diǎn)數(shù)，I(k)和U(k)為電流或電壓第k次的采樣值，n為奇數(shù)，a_n、b_n分別為電壓的n次諧波的余弦系數(shù)和正弦系數(shù)，a_n'、b_n'分別為電流的n次諧波的余弦系數(shù)和正弦系數(shù)。

諧波分量幅值計(jì)算設(shè)備130用于根據(jù)電壓和電流的各次諧波分量的系數(shù)計(jì)算出電壓和電流的各次諧波分量的幅值。具體地，在其中一個(gè)實(shí)施例中，諧波分量幅值計(jì)算設(shè)備130包括電壓諧波分量幅值計(jì)算裝置和諧波分量幅值計(jì)算裝置，電壓諧波分量幅值計(jì)算裝置連接電壓諧波分量計(jì)算裝置和等效電容和等效電阻計(jì)算設(shè)備140；電流諧波分量幅值計(jì)算裝置連接電流諧波分量計(jì)算裝置和等效電容和等效電阻計(jì)算設(shè)備140。

具體地，電壓諧波分量幅值計(jì)算裝置根據(jù)電壓的各次諧波分量的系數(shù)計(jì)算出電壓的各次諧波分量的幅值，具體為：

電流諧波分量幅值計(jì)算裝置根據(jù)電流的各次諧波分量的系數(shù)計(jì)算出電流的各次諧波分量的幅值，具體為：

其中，U_n為電壓的各次諧波分量的幅值，I_n為電流的各次諧波分量的幅值。

等效電容和等效電阻計(jì)算設(shè)備140用于根據(jù)電壓和電流的各次諧波分量的幅值，計(jì)算電容式電力設(shè)備的等效電容和等效電阻。

如圖2所示，為電容式電力設(shè)備的等效電路圖，其中，C為電容式電力設(shè)備對(duì)外表現(xiàn)出的等效電容，R為等效電阻，為施加在電容式電力設(shè)備上的端電壓，為流過電容式電力設(shè)備的總電流，為流過電容的容性電流，為流過電阻的阻性電流。

根據(jù)圖2所示的電容式設(shè)備的等效電路，基波和各次諧波的幅值應(yīng)滿足：

在其中一個(gè)實(shí)施例中，具體為：

其中，U_n為電壓的各次諧波分量的幅值，I_n為電流的各次諧波分量的幅值，w_n為n次諧波的角頻率，n為奇數(shù)，R為等效電阻，C為等效電容。

當(dāng)n取不同值時(shí)，聯(lián)立這些方程中的任意兩個(gè)(如基波和三次諧波的方程)，即可求得電容式電力設(shè)備的等效電阻R和等效電容C的值。

介質(zhì)損耗角正切計(jì)算設(shè)備150用于根據(jù)電容式電力設(shè)備的等效電容和等效電阻計(jì)算得到介質(zhì)損耗角正切。

如圖3所示，為電容式電力設(shè)備中電壓和電流的相量圖。如圖4所示，為電容式電力設(shè)備中電壓和電流的時(shí)域波形圖。其中，C為電容式電力設(shè)備對(duì)外表現(xiàn)出的等效電容，R為等效電阻，為施加在電容式電力設(shè)備上的端電壓，為流過電容式電力設(shè)備的總電流，為流過電容的容性電流，為流過電阻的阻性電流，為功率因數(shù)角，δ為介質(zhì)損耗角。

根據(jù)基爾霍夫定律，各相量之間應(yīng)滿足：

功率因數(shù)角和介質(zhì)損耗角δ二者之間應(yīng)滿足介質(zhì)損耗角正切tanδ的計(jì)算方法為：

在其中一個(gè)實(shí)施例中，具體為：

其中，δ為介質(zhì)損耗角，w_n為n次諧波的角頻率，n為奇數(shù)，R為等效電阻，C為等效電容。

上述電容式電力設(shè)備介質(zhì)損耗在線檢測(cè)系統(tǒng)，基于電力系統(tǒng)電壓存在諧波分量，通過電容式電力設(shè)備電壓和電流的基波和諧波的同時(shí)測(cè)量，根據(jù)各次諧波分量的幅值計(jì)算得到電容式電力設(shè)備的等效電容和等效電阻，不需要改變?cè)须妷簻y(cè)量和電流測(cè)量的設(shè)備和手段，實(shí)施簡(jiǎn)單，安全可靠，不需要準(zhǔn)確同步也可準(zhǔn)確計(jì)算得到電容式設(shè)備的介質(zhì)損耗，避免電壓和電流同步測(cè)量的困難，在電壓電流信號(hào)測(cè)量不同步情況下也可確保介質(zhì)損耗的測(cè)量準(zhǔn)確度。

以上所述實(shí)施例的各技術(shù)特征可以進(jìn)行任意的組合，為使描述簡(jiǎn)潔，未對(duì)上述實(shí)施例中的各個(gè)技術(shù)特征所有可能的組合都進(jìn)行描述，然而，只要這些技術(shù)特征的組合不存在矛盾，都應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是本說明書記載的范圍。

以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本實(shí)用新型的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)實(shí)用新型專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。因此，本實(shí)用新型專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。