[發明專利]高壓電力容性設備絕緣在線監測的高精度信號處理方法

無效

• 申請號: 201010119387.4
• 申請日: 2010-03-08
• 公開（公告）號: CN102095938A
• 公開（公告）日: 2011-06-15
• 發明（設計）人: 李娟
• 申請（專利權）人: 北京信息科技大學
• 主分類號: G01R27/26
• 分類號: G01R27/26
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及高壓電力容性設備的絕緣在線監測，屬于高壓電力設備狀態檢修和在線監測領域和智能電網的設備全壽命周期監控管理領域。

背景技術

電力行業是能源行業的主體，超高壓、特高壓輸電能夠實現更遠距離和更高效率的能量傳輸，高壓絕緣技術是其中的關鍵技術。特高壓、超高壓電網的絕大多數故障表現為絕緣遭受破壞。除輸電線以外的高壓電力設備都集中放置在變電站內，包括主變壓器、高壓斷路器、電流互感器(CT)、電容式電壓互感器(CPT)、套管、耦合電容器、避雷器等，其中絕大多數設備是容性設備。實現高壓容性設備的狀態監測能夠預防由于容性設備絕緣導致的電網故障。當今，電網和電力系統正在建設智能電網，智能電網的一個關鍵內容就是電力設備的全壽命周期管理，即依托于高壓電力設備的狀態監測實現預防性控制和狀態檢修。實時的絕緣監測及診斷技術是狀態檢修的基礎，對高壓電力設備進行在線監測，及時預測并診斷故障，對確保電力設備的正常運行、提高電網的可靠性以及對設備和運行人員的安全都具有重要的意義。

高壓電力設備絕緣狀況的監測目前通常基于對其介質損耗因數tanδ、介質泄漏電流I_P和電容量C的監測。介質損耗的測試原理可以簡述為將被測對象的電流信號和電壓信號傳送到測量裝置，然后將兩個信號的相位進行比較，從而得到設備的介損值。現有的容性設備絕緣監測技術難以實用。容性設備的泄漏電流為10mA級，屬于微小信號。而容性設備都是高壓設備，現場有大量高壓閃絡和放電，電磁干擾非常嚴重，采樣信號中含有大量干擾信號；監測容性設備絕緣需要該設備的泄漏電流信號和設備電壓信號，后者的傳感器(電壓互感器)位置與該容性設備距離很遠，如果將容性設備的泄漏電流信號經電纜接線傳遞到電子設備間再測量微小的泄漏電流，將進一步進入大量誤差和干擾信號，使得該方案很難實用，測量結果缺乏可信度。

因此，采用新型微小信號測量技術，實現不同位置信號的關聯采集和處理是解決高壓容性設備絕緣監測的關鍵。

本專利提出一種采用IIRG無限沖擊響應濾波器組的高精度、抗干擾的絕緣監測信號處理方法和算法，通過分布式就地采集微小信號改善信號的傳感能力，通過Zigbee無線通信實現泄漏電流和電壓的異地同步采樣，通過信號處理和IIRG濾波算法獲得更好的抗干擾效果，能夠解決高壓容性設備泄漏電流相量的準確測量問題，在相量相位和幅值方面都得獲得較高的分辨率和穩定性。該算法要求有特殊的數據采集和通信方式，能夠作為關鍵技術融入智能電網高壓容性設備狀態監測系統中。

發明內容

本發明涉及在智能電網的設備全壽命周期管理中，針對高壓電力容性設備實現絕緣在線監測技術，公開了一種具有高精度、對電磁干擾免疫特征的絕緣介質損耗因數計算方法。該方案基于分布式異地信號采集，利用不同的泄漏電流采集單元和母線電壓采集單元分別實現高壓容性設備的泄漏電流和母線電壓采樣，通過采集單元的時鐘同步實現不同采集單元的同步采樣，定時對高壓容性設備的離散泄漏電流和母線電壓做整周波的離散采樣，通過信號延拓獲得與模態濾波器組時間常數相適應的信號輸入序列，針對高壓電力設備的干擾特征，設置由點通濾波器、低通濾波器、高通濾波器和點阻濾波器組成的無限沖擊響應濾波器組(IIRG)，通過IIRG獲得50Hz工頻信號的濾波輸出，通過電力相量算法，獲得高壓容性設備泄漏電流和母線電壓的相量相位差，進而獲得高精度的絕緣介質損耗因數。該方法采用Zigbee無線傳感器網絡作為分布式測量單元之間的通信方式，配置母線電壓節點為Zigbee協調器節點、泄漏電流節點和主站節點為Zigbee路由節點。

本發明適用于電力系統(電網和發電廠)和冶金、化工、鐵路等工業行業的各種電壓等級變電站的高壓容性電力設備的絕緣監測，可以實現智能電網的高壓容性設備狀態監測、安全預警和全壽命周期管理功能。

實現高壓電力容性設備絕緣在線監測的高精度信號處理方案的具體步驟和技術要點如下：

1)采用分布式就地測量單元分別實現對高壓容性設備泄漏電流和對應的母線電壓的就地測量。其中母線電壓測量單元安放在控制室內或專門的電子設備間，直接測量母線電壓互感器(PT)的二次側輸出信號。分布式泄漏電流測量單元安裝在容性設備附近的現場，采用穿心式小電流傳感器測量容性設備的末屏接地線的電流。傳感器鐵芯采用屏蔽并將屏蔽層接地、傳感器的信號輸出線采用屏蔽且盡可能短地連接到泄漏電流測量單元。各分布式測量單元可以實現單相電流、電壓的測量，也可以實現三相電流、電壓的測量。在電子設備間中設置容性設備在線監測的主站，兼做該系統的工程師站。