CN114113734A - 一种用于电容式电压互感器绝缘带电检测方法及装置 - Google Patents
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Abstract
Description
技术领域
本发明涉及电气设备检测领域,特别是一种用于电容式电压互感器绝缘带电检测方法及装置。
背景技术
电容式电压互感器,简称CVT,是由串联电容器分压,再经电磁式互感器降压和隔离,作为表计、继电保护等的一种电压互感器,电容式电压互感器还可以将载波频率耦合到输电线用于长途通信、远方测量、选择性的线路高频保护、遥控、电传打字等。因此和常规的电磁式电压互感器相比,电容式电压互感器器除可防止因电压互感器铁芯饱和引起铁磁谐振外,在经济和安全上还有很多优越之处。
CVT具有绝缘强度高、能够降低雷击冲击波头陡度、不会与系统发生铁磁谐振且能兼作耦合电容器使用等优点被大量应用于变电站。对于CVT的带电测试或在线监测工作已经广泛开展,主要是检测或监测其C2端的接地电流,通过接地电流得到互感器电容单元的电容量或介质损耗,通过比较运行中互感器的电容量及介质损耗的变化量,可分析CVT电容单元的电容量变化。
其方法为分别在CVT的C2末端安装电流取样装置,在母线PT(Potentialtransformer,电压互感器)处安装电压取样装置,通过比较电压与电流相位的差,可计算出被测电压互感器的介损及电容量,也可通过对比同一母线下电容式电压互感器(作为基准相)C2尾端电流的相位差及变比值,可以得到被测CVT相对于基准相的相对介损及相对电容量。两者之间电流相位差得到两者之间的相对介损,同时也可通过两者变比得到。
但目前该方法存在以下问题:一是此方法检测量不全,只能监测电容单元C2的电容量及介质损耗变化值,由于没有检测到分压电容C1流过的电流,所以该方法不能监测到电容量C2的变化量;二是此方法检测结果不灵敏,当分压电容C1或C2因绝缘故障发生电容量变化时,流过C1与C2的电流变化较小,降低了互感器的灵敏度,以C1为例,当C1内电容单元击穿造成C1电容量增大时,但C1之间电压减小,C2电压增大,导致的C2的电流变化小,所以当上部电容量及介质损耗的变化较大时,整体反映到电流上的变化并不大。
因此,亟需提供一种解决上述问题的用于电容式电压互感器绝缘带电检测方法及装置。
发明内容
本发明针对CVT主电容及分压电容介损及电容量无法带电检测准确的难题,提出了一种用于电容式电压互感器绝缘带电检测方法及装置。
包括以下步骤:
步骤一,测量基准相、被测量互感器各部分的电流;
步骤二,计算高压主电容C1的电流幅值及相位;
步骤三,采用多支互感器纵差差值判断方法判断电容式电压互感器状态是否存在异常;
步骤三中,采用多支互感器纵差差值判断方法判断电容式电压互感器状态过程如下:
首先进行数据计算,假设位于同一变电站的多支同相电压互感器编号为T0、T1,T2……TN,由上述公式可知,选取其中一支作为基准相T0,选定一组质量稳定的电容式电压互感器作为参考的基准,此时基准电容式电压互感器主电容的电流为流过分压电压的电流为流过电磁单元一次侧的电流为将其他互感器所测值与基准相进行比对,此时其它互感器的相对介损及电容量比值为:
相对电流比INC1=ITNC1/IT0C1;
相对介损比KN=tan(βN-β0);
KN的含义为其他互感器所测值与基准相进行比对后的相对介损比,参数K的计算方法为电容式电压互感器C1、C2电容之间相对介损差;βN的含义为其他互感器主电容的电流相位角,β0的含义为基准电容式电压互感器主电容的电流相位角;流过电磁单元一次侧的电流为将其他互感器所测值与基准相进行比对,此时其它互感器的相对介损及电容量比值为:I=|IN-I0|;
I的含义为其他被测互感器电磁单元的一次相对电流值变化量,IN的含义为其他被测互感器电磁单元的一次相对电流值,I0的含义为基准互感器电磁单元的一次相对电流值;
电磁单元一次电流相角介损为T=|TN-T0|;
T的含义为其他被测电容式电压互感器电磁单元一次电流相角相对介损值,TN的含义为其他被测电容式电压互感器电磁单元一次电流相角介损值,T0的含义为基准电容式电压互感器电磁单元一次电流相角介损值;
而后根据计算所得数据,依据C相对值的变化量来判断,当变化率到一定值时,电容式电压互感器内部出线绝缘缺陷,该定值的数值范围为0.02-0.04;
当K增大达到一定值时,互感器C1存在异常;K减少到一定值时,互感器C2存在异常或电磁单元发生异常,该定值的数值范围为0.002-0.004;
当I变化量大于一定值或者T变化量大于一定值时,变压器的电磁单元出现绝缘缺陷,I变化量大于一定值的数值范围为0.02-0.04,T变化量大于一定值的数值范围为0.002-0.004。
作为该方法的进一步优化,步骤二中,基于所测及计算得到的流过C1、C2的电流,得到运行条件下C1、C2电容的相对电容量值:
则
则C1、C2电流的相角差γ为:
γ=β-α=β (14);
C1、C2电容之间相对介损差K为:
K=tan(γ)=tan(β) (15);
作为该方法的进一步优化,所述高灵敏度电流互感器的电流信号检测范围为:Ix=70μA~650mA并且In=70μA~650mA;
其中,Ix的含义为安装于被测互感器尾端的零磁通互感器的电流,In的含义为安装于基准互感器尾端的零磁通互感器的电流。
一种用于电容式电压互感器绝缘带电检测装置,以实现权利要求1功能的带电检测功能,其包括至少四通道数据采集接口和差值计算单元。
作为该装置的进一步改进,四通道数据采集接口由高精度电流互感器采集CVT各部分的电流信息,其中通道1、通道3分别采集被测两支电容式电压互感器的电磁单元的电流信息V1、V2;通道2、通道4分别采集被测两支电容式电压互感器C2的电流信息。
作为该装置的进一步改进,所述高精度电流互感器采用零磁通电流互感器,其包括一个工作铁芯和一个工作电路两部分;所述工作铁芯选用坡莫合金材料;工作电路包括检测线圈、二次侧线圈和屏蔽层;二次线圈和检测线圈间、检测线圈与工作铁芯之间采用屏蔽层,检测线圈接上补偿电路模块,补偿电路模块输出端与二次线圈的一端连接,二次线圈的另一端接输出电路模块,并且接入信号基准单元模块。
作为该装置的进一步改进,所述电流信息包括电流幅值和电流相位的信息。
作为该装置的进一步改进,差值计算单元通过采集到的电容式电磁单元及电容器C2的电流信息计算C1中流过的电流;并计算电容式电压互感器V1、V2之间的C1、C2及电磁单元的电流的相互差值。
作为该装置的进一步改进,相互差值包括电流信息的幅值比例;电流信息的相位差以及由相位差计算得到的介损值。
与现有技术相比,本发明所取得的有益效果如下:
本发明以首次将流过电容式电压互感器高压电容的电流纳入评估范围,比较C1、C2及电磁单元的电流之间的差值,通过差值的变化判断电容式互感器的运行状态,与原有采用该二次电压相比判断互感器缺陷方法相比,具有灵敏度高、准确度高、抗干扰能力强等优点,避免了母线电压、电磁单元等环境因素给检测带来的影响。
附图说明
图1是CVT的结构原理图。
图2是电容式互感器缺陷检测及判断流程图。
图3是本发明互感器的检测流程示意图。
图4是试品的相位图。
图5是CVT等效电路图。
图6是向量关系图。
图7是单支互感器电流采集及计算原理图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的,决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明,否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时,应当明白,为了便于描述,附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论,但在适当情况下,所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中,任何具体值应被解释为仅仅是示例性的,而不是作为限制。因此,示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在本申请的描述中,需要理解的是,方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本申请和简化描述,在未作相反说明的情况下,这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本申请保护范围的限制;方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
为了便于描述,在这里可以使用空间相对术语,如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等,用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是,空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如,如果附图中的器件被倒置,则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而,示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位),并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外,需要说明的是,使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件,仅仅是为了便于对相应零部件进行区别,如没有另行声明,上述词语并没有特殊含义,因此不能理解为对本申请保护范围的限制。
绝缘材料在电场作用下,由于介质电导和介质极化的滞后效应,在其内部引起的能量损耗,叫介质损耗。介质损耗的定义是:介质损耗因数(tan(γ))=被测试品的有功功率/被测试品的无功功率Q*100%。
在CVT未发生异常时候,如无补偿电抗器的补偿作用,C1流过的电流与C2流过的电流大小基本相同,输出的电压U2将基本与UL同向,超前系统电压Us,成正向角差;在补偿电抗器作用下,U2落后UL,当补偿电抗“全补偿”时,U2与Us同向,角差为零。由于补偿电抗器和中间变压器等效电阻R1,R2的存在,CVT存在固定比差,该比差可通过CVT出厂时通过调节中间变压器的变比进行修正。
如图1所示,电容分压器由主电容C1和分压电容C2组成,C1、C2都组装在瓷套内,从外形看是一个单节或多节串联的耦合电容器。每节电容都由几十个或上百个电容单元组成。综合考虑电容器的介质损耗及对电容式电压互感器流过电流的变化如图4所示。
不同电压等级的电容式电压互感器,其主电容节数不同,主电容均可看成C1,分压电容可看成C2,其等效电路如图5所示。其中C1和R1为主电容的等值电容和绝缘电阻,C2和R2为分压电容的等值电容和绝缘电阻,一般来说CVT表面泄漏电流较小,因此在相对介损测试中受外绝缘影响较小。
假设系统的总电压为US,主电容分得的电压为U1,分压电容分得的电压为U2,流过C1的电流为I1,流过C2的电流为I2,由于CVT的整体呈容性,所以I1超前U1,但小于90度。流过电磁电源的电流为IL,此时其三者向量关系如图6所示。
电容式互感器存在3类故障,一是C1绝缘异常,伴随的结果是C1电容量增大,介质损耗也会明显变化,二是C2绝缘异常,伴随的结果是C2的电容量增大,介质损耗增大,三是电磁单元一次侧的耦合电抗出现异常,此时流过IL的电流增大,并且伴随两者之间的角度发生变化。当C1、C2、电磁单元出线故障时,流过相应电磁单元你的电流幅值及相位均会发生变化。且其变化量与缺陷的严重程度呈正向关系,为此所以可检测运行中流过C1、C2及电磁单元的电流变化,间接反映电容式电压互感器的绝缘状态。
如图2所示,一种用于电容式电压互感器绝缘带电检测方法,包括以下步骤:
步骤一,测量基准相、被测量互感器各部分的电流;
步骤二,计算高压主电容C1的电流幅值及相位;
步骤三,采用多支互感器纵差差值判断方法判断电容式电压互感器状态是否存在异常。
作为本发明的进一步改进,所述高压主电容C1的电流值是由CVT中压电容和励磁变压器一次绕组的电流的矢量和得到。
步骤二中,基于所测及计算得到的流过C1、C2的电流,可得到运行条件下C1、C2电容的相对电容量值:
则
则C1、C2电流的相角差γ为:
γ=β-α=β (14);
C1、C2电容之间相对介损差K为:
K=tan(γ)=tan(β) (15);
如图7所示,步骤三中,采用多支互感器纵差差值判断方法判断电容式电压互感器状态过程如下:
首先进行数据计算,假设位于同一变电站的多支同相电压互感器编号为T0、T1,T2……TN,由上述公式可知,选取其中一支作为基准相T0,选定一组质量稳定的电容式电压互感器作为参考的基准,此时基准电容式电压互感器主电容的电流为,流过分压电压的电流为,流过电磁单元一次侧的电流为;将其他互感器所测值与基准相进行比对,此时其它互感器的相对介损及电容量比值为:
相对电流比INC1=ITNC1/IT0C1;
相对介损比KN=tan(βN-β0);
电磁单元的一次相对电流值变化量:I=|IN-I0|;
电磁单元一次电流相角介损为T=|TN-T0|;
而后根据计算所得数据,依据C相对值的变化量来判断,当变化率到一定值时,电容式电压互感器内部出线绝缘缺陷,该定值的数值范围为0.02-0.04;
当K增大达到一定值时,互感器C1存在异常;K减少到一定值时,互感器C2存在异常或电磁单元发生异常,该定值的数值范围为0.002-0.004;
当I变化量大于一定值或者T变化量大于一定值时,变压器的电磁单元出现绝缘缺陷,I变化量大于一定值的数值范围为0.02-0.04,T变化量大于一定值的数值范围为0.002-0.004。
如图3所示,多通道容性设备带电检测装置:高精度的电流互感器采集被测及参考的电容式电压互感器的C2的电流及电磁单元的电流,通过放大及滤波模块进行处理,输入到模数转换单元并将转换结果输入到CVT差值计算单元,分析参考CVT及被测CVT的电流差值,并将CVT的各项计算结果输送到输出单元和横向差值计算模块,横向差值计算模块主要负责横向比较电容式电压互感器电流的偏差值,并将结果输出到输出单元。
电磁单元电流:是指电容式电压互感器电磁单元一次绕组流过的电流,实际操作过程中,需要将电磁单元的接地端引到合适取电流的位置。
电容式电压互感器C2的电流:是指流过电容式电压互感器C2端的电流,一般的,需要将其接地端接入一根引流线,将电流引到合适的取电流的位置。
高灵敏度电流互感器:被测及参考的电容式电压互感器的C2的电流及电磁单元的电流,需要采用高灵敏度、高精度的电流传感器进行检测,上述电流信号较小,一般在mA级,由于现场运行环境电磁干扰等因素,需要电流具有较强的抗干扰能力,能够屏蔽外部干扰信号,该电流互感器的检测范围应满足如下要求:
电流信号检测范围:Ix=70μA~650mA In=70μA~650mA。
最优的方案为零磁通电流互感器,该零磁通电流互感器由一个工作铁芯和一个工作电路两部分组成,结构简单,与被检测的电容式电压互感器完全电气绝缘,可靠性高。工作铁芯选用坡莫合金材料。工作电路由主要由检测线圈、二次侧线圈及屏蔽层组成。二次线圈和检测线圈间、检测线圈与工作铁芯之间采用屏蔽层,检测线圈接上补偿电路模块,补偿电路模块输出端与二次线圈的一端连接,二次线圈的另一端接输出电路模块,并且接入信号基准单元模块。
以上所述实例表达了本发明的优选实施例,描述内容较为详细和具体,但并不仅仅局限于本发明;特别指出的是,对于本领域的研究人员或技术人员来讲,在不脱离本发明的结构之内,系统内部的局部改进和子系统之间的改动、变换等,均属于本发明的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种用于电容式电压互感器绝缘带电检测方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一,测量基准相、被测量互感器各部分的电流;
步骤二,计算高压主电容C1的电流幅值及相位;
步骤三,采用多支互感器纵差差值判断方法判断电容式电压互感器状态是否存在异常;
步骤三中,采用多支互感器纵差差值判断方法判断电容式电压互感器状态过程如下:
首先进行数据计算,假设位于同一变电站的多支同相电压互感器编号为T0、T1,T2……TN,由上述公式可知,选取其中一支作为基准相T0,选定一组质量稳定的电容式电压互感器作为参考的基准,此时基准电容式电压互感器主电容的电流为流过分压电压的电流为流过电磁单元一次侧的电流为将其他互感器所测值与基准相进行比对,此时其它互感器的相对介损及电容量比值为:
相对电流比INC1=ITNC1/IT0C1;
相对介损比KN=tan(βN-β0);
KN的含义为其他互感器所测值与基准相进行比对后的相对介损比,参数K的计算方法为电容式电压互感器C1、C2电容之间相对介损差;βN的含义为其他互感器主电容的电流相位角,β0的含义为基准电容式电压互感器主电容的电流相位角;流过电磁单元一次侧的电流为将其他互感器所测值与基准相进行比对,此时其它互感器的相对介损及电容量比值为:I=|IN-I0|;
I的含义为其他被测互感器电磁单元的一次相对电流值变化量,IN的含义为其他被测互感器电磁单元的一次相对电流值,I0的含义为基准互感器电磁单元的一次相对电流值;
电磁单元一次电流相角介损为T=|TN-T0|;
T的含义为其他被测电容式电压互感器电磁单元一次电流相角相对介损值,TN的含义为其他被测电容式电压互感器电磁单元一次电流相角介损值,T0的含义为基准电容式电压互感器电磁单元一次电流相角介损值;
而后根据计算所得数据,依据C相对值的变化量来判断,当变化率到一定值时,电容式电压互感器内部出线绝缘缺陷,该定值的数值范围为0.02-0.04;
当K增大达到一定值时,互感器C1存在异常;K减少到一定值时,互感器C2存在异常或电磁单元发生异常,该定值的数值范围为0.002-0.004;
当I变化量大于一定值或者T变化量大于一定值时,变压器的电磁单元出现绝缘缺陷,I变化量大于一定值的数值范围为0.02-0.04,T变化量大于一定值的数值范围为0.002-0.004。
6.根据权利要求2所述的一种用于电容式电压互感器绝缘带电检测方法,其特征在于,所述高灵敏度电流互感器的电流信号检测范围为:Ix=70μA~650mA并且In=70μA~650mA;
其中,Ix的含义为安装于被测互感器尾端的零磁通互感器的电流,In的含义为安装于基准互感器尾端的零磁通互感器的电流。
7.一种用于电容式电压互感器绝缘带电检测装置,以实现权利要求1功能的带电检测功能,其特征在于其包括至少四通道数据采集接口和差值计算单元。
8.根据权利要求7所述的一种用于电容式电压互感器绝缘带电检测装置,其特征在于,四通道数据采集接口由高精度电流互感器采集CVT各部分的电流信息,其中通道1、通道3分别采集被测两支电容式电压互感器的电磁单元的电流信息V1、V2;通道2、通道4分别采集被测两支电容式电压互感器C2的电流信息。
9.根据权利要求8所述的一种用于电容式电压互感器绝缘带电检测装置,其特征在于,所述高精度电流互感器采用零磁通电流互感器,其包括一个工作铁芯和一个工作电路两部分;所述工作铁芯选用坡莫合金材料;工作电路包括检测线圈、二次侧线圈和屏蔽层;二次线圈和检测线圈间、检测线圈与工作铁芯之间采用屏蔽层,检测线圈接上补偿电路模块,补偿电路模块输出端与二次线圈的一端连接,二次线圈的另一端接输出电路模块,并且接入信号基准单元模块。
10.根据权利要求9所述的一种用于电容式电压互感器绝缘带电检测装置,其特征在于,所述电流信息包括电流幅值和电流相位的信息。
11.根据权利要求10所述的一种用于电容式电压互感器绝缘带电检测装置,其特征在于,差值计算单元通过采集到的电容式电磁单元及电容器C2的电流信息计算C1中流过的电流;并计算电容式电压互感器V1、V2之间的C1、C2及电磁单元的电流的相互差值。
12.根据权利要求11所述的一种用于电容式电压互感器绝缘带电检测装置,其特征在于,相互差值包括电流信息的幅值比例;电流信息的相位差以及由相位差计算得到的介损值。
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