CN108872711A - 一种基于同一交流电源的介质损耗同步测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于同一交流电源的介质损耗同步测量方法,包括利用同一交流电源分别向电压测量单元和电流测量单元供电;电压测量单元测量相应位置的母线电压信号和第一交流电源电压信号;电流测量单元测量相应位置的容性设备接地电流信号和第二交流电源信号电压;参照同一交流电源的电压信号,计算第一交流电源电压信号和第二交流电源电压信号的采样触发时间差;通过采样触发时间差对母线电压信号和接地电流信号的时间差进行校正,获得同步的母线电压信号和接地电流信号。本发明技术方案的方法,针对现有技术中母线电压和流过容性设备的接地电流测量不同步的情况,基于同一交流电源测量电流和电压,可以减小乃至消除两者之间的测量时间误差。
Description
技术领域
本发明属于高电压测量领域,具体涉及一种基于同一交流电源的介质损耗同步测量方法。
背景技术
变电站是电力系统中变换电压、接受和分配电能、控制电力的流向和调整电压的电力场所,它通过变压器将各级电压的电网联系起来。容性设备是变电站中的重要设备,其安全稳定运行是保障电力系统正常运行的重要因素,因此实现变电站内容性设备绝缘的可靠监测是极其重要的。以往电力系统中采用预防性停电试验来进行高压容性设备的绝缘测试,由于预防性试验是在低电压下展开的,故试验结果不能真实反映电容型设备的绝缘状况。在交流电场作用下,由于介质电导和介质极化效应在其内部引起能量损耗,即介质损耗,简称介损。在无需断电的情况下,通过介质损耗大小即可对高压容性设备绝缘状态进行评估,因此对介质损耗的检测逐渐成为变电站高压容性设备绝缘状态检测的首选方案。介质损耗的大小是衡量变电站高压容性设备绝缘状态好坏的一个重要指标。如果介电损耗较大,会引起介质的过热而加速绝缘破坏,所以从这种意义上讲,介质损耗越小越好。
测量介质损耗时,需要严格同步获取母线电压和流过容性设备的接地电流。但现场情况不满足这个条件,这两个参数测试点根本就不在一个地方,最多相距可达几百米。传统办法利用低压电缆将两个微弱信号引到同一地点,再利用一个AD同步采样。这样得到的测试结果受现场电磁环境影响大,几乎无法使用。在以前的就地数字化方案中,即使采取了一些硬同步措施,但由于现场电磁环境复杂,经常导致非同步误触发,给测量结果带来了许多不确定因素,导致测量结果飘忽不定,严重影响后台的状态监测结果,测量结果意义不大。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求,本发明提供了一种基于同一交流电源的介质损耗同步测量方法,至少可以部分解决上述问题。本发明技术方案的方法,针对现有技术中母线电压和流过容性设备的接地电流测量不不能严格同步采样的情况,基于同一交流电源的介质损耗同步测量电流和电压,结合硬件和软件进行精确的数据处理,可以减小乃至消除两者之间采样触发时刻的测量时间误差。
为实现上述目的,按照本发明的一个方面,提供了一种基于同一交流电源的介质损耗同步测量方法,其特征在于,包括
S1利用同一交流电源分别向电压测量单元和电流测量单元供电;
S2电压测量单元测量相应位置的母线电压信号和第一交流电源电压信号;电流测量单元测量相应位置的容性设备接地电流信号和第二交流电源信号电压;
S3以同一交流电源的电压信号为参照,计算第一交流电源电压信号和第二交流电源电压信号的采样触发时间差,获取电压测量单元和电流测量单元之间信号同步采样触发的时间差;
S4通过所述采样触发时间差对母线电压信号和接地电流信号的时间差进行校正,获得同步的母线电压信号和接地电流信号,以计算介质损耗。
作为本发明技术方案的一个优选,步骤S3中优选根据第一交流电源电压信号和第二交流电源电压信号的相位差,计算第一交流电源电压信号和第二交流电源电压信号的同步采集时间差,从而获得电压测量单元和电流测量单元同步采样触发的时间差。
作为本发明技术方案的一个优选,步骤S2中所述电压测量单元、电流测量单元优选采用16位高速AD。
作为本发明技术方案的一个优选,步骤S2中所述电压测量单元、电流测量单元采样速率优选在50kHz~200kHz,所述电压测量单元和电流测量单元中每个通道的采样速率优选相同。
作为本发明技术方案的一个优选,同步的母线电压信号和接地电流信号计算参数通过站内交换机存储到状态检修数据中心,以实现对高压容性设备绝缘状态的实时监测。
按照本发明的一个方面,提供了一种基于同一交流电源的介质损耗同步测量系统,其特征在于,包括
电压测量单元,用于测量母线电压信号和驱动电压测量单元的交流电源电压信号;
电流测量单元,用于测量流过高压容性设备的接地电流和驱动电流测量单元的交流电源电压信号;且驱动电压测量单元和电流测量单元的是同一交流电源;
同步管理单元,用于向电压测量单元和电流测量单元同步发送采样触发信号;
信号同步单元,用于采样完成后,根据电压测量单元采集的交流电源电压信号与电流测量单元采集的交流电源电压信号计算同步采样触发的时间差,对母线电压信号和接地电流信号进行同步校正,计算介质损耗。
作为本发明技术方案的一个优选,信号同步单元优选根据电压测量单元采集交流电源电压信号与电流测量单元采集交流电源电压信号的相位差获得两者之间同步采样触发的时间差。
作为本发明技术方案的一个优选,电压测量单元和/或电流测量单元优选采用16位高速AD。
作为本发明技术方案的一个优选,电压测量单元和/或电流测量单元采样速率优选50kHz~200kHz,所述电压测量单元和电流测量单元中每个通道的采样速率优选相同。
作为本发明技术方案的一个优选,还包括状态检修数据中心,用于将同步的母线电压信号和接地电流信号通过站内交换机存储起来,以实现对高压容性设备绝缘状态的实时监测。
总体而言,通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比,具有以下有益效果:
1)本发明技术方案的方法,通过利用同一交流电源驱动电压测量单元和电流测量单元,电压测量单元和电流测量单元除了分别测量母线电压和接地电流外,还需要测量交流电源的母线电压,通过比较电压测量单元和电流测量单元测得同一交流电源的时间差(相位差),可以对测得的母线电压信号和接地电流信号进行同步。
2)本发明技术方案的方法,电压测量单元、电流测量单元采样速率优选在50kHz~200kHz,从而,在利用同一交流电源的电压信号作为参照的情况下,利用电压测量单元、电流测量单元的相位差即可换算出测量的时间差,准确、可靠。
3)本发明技术方案的方法,相较于传统的介质损耗测量方法,实现了测量信号就地数字化,测量信号受外界干扰小,测量结果更加准确可靠,实际使用中的同步误差小于0.02μs,在搭建多点高压容性设备的介质损耗在线监测系统时更为便捷。
附图说明
图1是本发明技术方案的实施例中介质损耗角δ的定义;
图2是本发明技术方案的实施例中容性设备的介质损耗测量电路;
图3是本发明技术方案的实施例中采集的容性设备接地电流、电源电压信号曲线;
图4是本发明技术方案的实施例中基于同一交流电源的介质损耗同步测量系统结构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。此外,下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面结合具体实施方式对本发明进一步详细说明。
本发明技术方案的实施例中提供了一种基于同一交流电源的介质损耗同步测量方法,以准确测量一个容性设备的介质损耗需要在时间上严格同步测量容性设备的母线电压和流过容性设备的接地电流。如图1所示是介质损耗角δ的定义。
由于母线电压只能在母线PT处获取,导致一个设备的介质损耗测量需要两个测量单元,一个用来测量母线电压,一个用来测量设备接地电流,如图2所示,这就导致实际测量中会出现采样不同步的问题。进一步地,在通过同步管理单元向电压测量单元和电流测量单元发出信号采集指令的时候,由于电压测量单元和电流测量单元距离同步管理单元的位置不同,电压测量单元和电流测量单元收到信号采集指令的时间会存在一定的差异,电压测量单元和电流测量单元现场电磁环境复杂,不同的电压测量单元、电流测量单元的数据采集存在同步时间误差。这个时间差严重影响了介质损耗的测量精度。
为了解决采样不同步的问题,本实施例中利用同一交流电源给分别处在不同地点(可相差几百米)的多个测量单元(电压测量单元、至少一个的电流测量单元)供电。其中,电压测量单元负责采集母线电压、交流电源电压信号,电流测量单元负责采集容性设备接地电流、电源电压信号,如图3所示是在包括一个电压测量单元和一个电流测量单元具体的实施例中,电压测量单元测得的母线电压信号及其对应的交流电源电压信号(第一电源电压信号),以及接地电流信号及其对应的交流电源电压信号(第二电源电压信号)。
具体来说,本实施例中,每个电压测量单元采集两个信号,即测量该处的母线电压和交流电源电压;电流测量单元则负责采集相应位置的容性设备接地电流和交流电源电压信号。由于电压测量单元和电流测量单元采用同一个交流电源供电,因此电压测量单元和电流测量单元测量的电源电压信号基本是一致的,但是由于电压测量单元和电流测量单元接收到采样信号的时间不一致,因此会存在细小的时间差,反映在图像上就是电压测量单元测得的交流电源电压信号和电流测量单元测得的交流电源电压信号之间存在相位差。通过比较电压测量单元和电流测量单元分别测量得到的电源电压信号(即第一电源电压信号和第二电源电压信号),具体来说是比较其相位差,通过电压测量单元和电流测量单元对于电源电压信号的采样触发时间差,间接获取电压测量单元和电流测量单元采样触发的时间差,通过这个同步采样信号的时间差,对电压测量单元和电流测量单元采集的母线电压信号和接地电流信号进行同步误差消除,获得严格同步的母线电压信号和接地电流信号。
本实施例中,为了提高计算精度,电压测量单元、电流测量单元优选采用16位高速AD,采样速率在50kHz~200kHz。测量时,电压测量单元和电流测量单元每个通道的采样速率优选一致,利用同步管理单元产生电压硬脉冲(同步采样触发信号),将采样信号同时发送给各个测量单元,实现采样时刻同步。
进一步地,根据电压测量单元和电流测量单元的测量结果,利用电源电压作为参考信号,求出两个单元的交流电源电压的相位差,从而计算出电压测量单元和电流测量单元同步测量时间差Δt。利用这一方法,可以巧妙地解决触发时刻不同步所带来的微小时差问题,获得严格同步的母线电压信号和接地电流信号。相较于传统的介质损耗测量方法,该方法实现了测量信号就地数字化,测量信号受外界干扰小,测量结果更加准确可靠,同步误差小于0.02μs,容易搭建多点高压容性设备的介质损耗在线监测系统。
在一个优选的实施例中,如图4所示,一个变电站高压容性设备在线监测系统由多个相对功能独立的监测单元构成。对于ABC三相设备,每一相,一般只有一个电压测量单元,而电流测量单元有多个。各个单元由同一个交流电源供电,它们之间利用现场总线实现互联,实现数字信号的通讯。也就是说,在一个变电站高压容性设备在线监测系统中,可以设有一个或多个电流测量单元,以对高压容性设备中的多个部位的介质损耗进行检测。在此过程中,利用同一交流电源驱动这些电压测量单元和电流测量单元,利用同一交流电源的电源电压作为参照,可以获得电压测量单元与各个电流测量单元之间的信号采样触发时间差,从而获得与母线电压信号同步采样的多个接地电流信号。
如图2所示,准确测量一个容性设备的介质损耗需要同步测量容性设备的母线电压和流过容性设备的接地电流。利用同一交流电源给分别处在不同地点(可相差几百米)的两个测量单元(电压测量单元、电流测量单元)供电。电压测量单元负责采集母线电压、电源电压信号,电流测量单元负责采集容性设备接地电流、交流电源电压信号。为了提高计算精度,电压测量单元、电流测量单元采用16位高速AD,单通道采样频率选为50kHz~200kHz。测量时,利用同步管理单元产生电压硬件脉冲负责采样同步,也就是说,同步管理单元在某一时刻将采样触发指令下发到各个测量单元(包括电压测量单元和电流测量单元),但是需要指出的是,虽然采样指令的下发时刻是一致的,但是由于距离差异和存在电磁干扰,各个测量单元收到采样触发指令的时间却是有差异的。各个采样单元是在收到采样指令后才进行采样,因此实际的采样时间与采样指令的下发时间是不一致的。由于各个测量单元与同步管理单元的距离差异,采样时间之间也是有差异的。波形采集完成后,根据波形计算出相应参数,并把计算结果通过现场总线发给相应单元以完成运算。
总结来看,本发明技术方案的方法,主要包括以下步骤:
1)利用同一交流电源分别向电压测量单元和电流测量单元供电。
2)电压测量单元测量当前位置的母线电压和交流电源电压,电流测量单元测量当前位置的设备接地电流和交流电源电压。
3)对电压测量单元测得的交流电源电压和电流测量单元测得的交流电源电压进行相位比较,获取相位差,利用相位差求取两个测量单元之间进行数据采样的时间差Δt。
4)利用采样触发时间差Δt,对电压测量单元测得的母线电压信号和电流测量单元测得的接地电流信号进行同步修正,获得采样时刻同步的母线电压信号和接地电流信号。
本领域的技术人员容易理解,以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于同一交流电源的介质损耗同步测量方法,其特征在于,包括
S1利用同一交流电源分别向电压测量单元和电流测量单元供电;
S2电压测量单元测量相应位置的母线电压信号和第一交流电源电压信号;电流测量单元测量相应位置的容性设备接地电流信号和第二交流电源信号电压;
S3以同一交流电源的电压信号为参照,计算第一交流电源电压信号和第二交流电源电压信号的采样触发时间差,获取电压测量单元和电流测量单元之间信号同步采样触发的时间差;
S4通过所述采样触发时间差对母线电压信号和接地电流信号的时间差进行校正,获得同步的母线电压信号和接地电流信号,以计算介质损耗。
2.根据权利要求1所述的基于同一交流电源的介质损耗同步测量方法,其中,步骤S3中优选根据第一交流电源电压信号和第二交流电源电压信号的相位差,计算第一交流电源电压信号和第二交流电源电压信号的同步采集时间差,从而获得电压测量单元和电流测量单元同步采样触发的时间差。
3.根据权利要求1或2所述的基于同一交流电源的介质损耗同步测量方法,其中,步骤S2中所述电压测量单元、电流测量单元优选采用16位高速AD。
4.根据权利要求1或2所述的基于同一交流电源的介质损耗同步测量方法,其中,步骤S2中所述电压测量单元、电流测量单元采样速率优选在50kHz~200kHz,所述电压测量单元和电流测量单元中每个通道的采样速率优选相同。
5.根据权利要求1或2所述的基于同一交流电源的介质损耗同步测量方法,其中,同步的母线电压信号和接地电流信号计算参数通过站内交换机存储到状态检修数据中心,以实现对高压容性设备绝缘状态的实时监测。
6.一种基于同一交流电源的介质损耗同步测量系统,其特征在于,包括
电压测量单元,用于测量母线电压信号和驱动电压测量单元的交流电源电压信号;
电流测量单元,用于测量流过高压容性设备的接地电流和驱动电流测量单元的交流电源电压信号;且驱动电压测量单元和电流测量单元的是同一交流电源;
同步管理单元,用于向电压测量单元和电流测量单元同步发送采样触发信号;
信号同步单元,用于采样完成后,根据电压测量单元采集的交流电源电压信号与电流测量单元采集的交流电源电压信号计算同步采样触发的时间差,对母线电压信号和接地电流信号进行同步校正,计算介质损耗。
7.根据权利要求6所述的基于同一交流电源的介质损耗同步测量系统,其中,所述信号同步单元优选根据电压测量单元采集交流电源电压信号与电流测量单元采集交流电源电压信号的相位差获得两者之间同步采样触发的时间差。
8.根据权利要求6或7所述的基于同一交流电源的介质损耗同步测量系统,其中,所述电压测量单元和/或电流测量单元优选采用16位高速AD。
9.根据权利要求6或7所述的基于同一交流电源的介质损耗同步测量系统,其中,所述电压测量单元和/或电流测量单元采样速率优选50kHz~200kHz,所述电压测量单元和电流测量单元中每个通道的采样速率优选相同。
10.根据权利要求6或7所述的基于同一交流电源的介质损耗同步测量系统,其中,还包括状态检修数据中心,用于将同步的母线电压信号和接地电流信号通过站内交换机存储起来,以实现对高压容性设备绝缘状态的实时监测。
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