变压器套管介损在线监测技术和方法的探讨_新闻_

梁书铭

【摘要】本文以变压器套管介损在线监测技术和方法为主题，展开具体探讨。主要从变压器套管介损在线监测技术在实际应用中所遇到的问题以及针对这些问题所采取的有效办法进行具体论述。希望通过本文初步分析，可以引起更多的关注与交流，同时，希望可以为该方面的研究工作提供一些有价值的信息，以供参考。

【关键词】变压器套管介损在线监测数字波形分析法

变压器的高压侧套管易受高介电及热应力影响，一些研究数据表明套管故障占到变压器故障的40%，还有数据显示52%的套管故障都是很严重的，会引起火灾等严重危害而导致变压器被迫停运，因此套管的在线监测是变压器套管在线监测系统不可或缺的一部分。而我们通常根据套管的介质损失角的正切值tgδ（以下简称为介损值）、电容、绝缘电阻、套管油色谱分析、套管末瓶介损及其绝缘电阻来判断套管的绝缘状况。不同的绝缘参数反应了套管不同方面的绝缘状态。而介损值是在交流电压作用下，电介质中的电流有功分量和无功分量的比值，在一定的电压和频率下，它反映电介质内单位体积中能量损耗的大小，它与电介质的体积尺寸大小，因此介损值是评价高压设备绝缘状况的有效方法之一。

1 影响在线监测系统测量介损值的因素

1.1 环境温湿度

绝缘材料的绝缘性能会随着温度的变化而发生变化，空气的相对湿度较大，也会使绝缘表面形成低电阻导电回路，从而使介损值发生明显的变化。对于容性设备，充油套管的介损值会随着温度升高而上升，而对于油纸电容套管的介损值在-40～+60℃的温度范围内，介损值会随着温度的上升而下降，但温度的变化所引起介损值的变化在+5～+40℃的范围内是很小的。

1.2 电网频率的不断变化

在电网的实际运行中，电网的频率并不是一成不变的，经常会在在一定的范围内波动，而整周期采样需要在固定频率下的采样，因此没办法整周期采样，如果采用非整周期采样，又会产生泄露效应和栅栏效应，而导致相位计算误差的增大，进一步影响到介损值的检测。

1.3 间干扰

在变电站里，由于电磁场的影响，三相设备如果并列平行运行，彼此之间会产生明显的相邻耦合的相间容性电流干扰。而变压器套管就常为三相并列方式，因此变压器套管在线监测系统所测的阻性电流肯定会包含了相间容性电流，这就必然会影响到所测介损值的准确性了。而相间干扰的所产生的测量误差主要取决于套管主电流大小与干扰电流大小的比值，因此，当主电流远大于相间干扰电流的时候，就可以忽略相间干扰的影响；否则就必须考虑相间干扰的影响。而对于套管来说，由于主电流一般都会比相间干扰电流大一千倍以上，因此，套管相间干扰的情况基本可以忽略不计。

1.4 系统谐波

谐波是不断地产生，不断地发生变化的，其初相角、波形畸变率和频率都影响在线监测系统对介损值的测量精度，而电力系统中的谐波无处不在。因此，要保证介损值的测量精度，就必须保证测量单元内的三次谐波含量保持在1%以内。在硬件方面可以通过滤波电路过滤掉系统的高次谐波，在软件方面可以通过改进介损值在线监测的算法来增加的测量精度。

1.5 PT角差

介损在线监测系统需要从母线PT二次测量端子抽取电压作为标准电压信号，但PT二次电压相对于一次电压会由于角差的存在而发生相位变化，从而影响介损值的测量。电网的频率、PT的一次负载和二次负载的变化都会引起到角差的变化，其中二次负载变化的影响最明显，过大的角差所造成的测量误差会影响到对设备绝缘真实状况的判断，因此，必须采取措施消除或减小PT角差对测量的影响。

2 介损值的测量方法

根据套管的绝缘特性，套管的结构在电气上可等效为电容与电阻的并联支路。如图2-1所示。

介质值的公式为：tgδ=1/RCω 其中ω是系统电压的角频率，从式中可以看出確定任意的两个量，介损值就确定了。

介质值和电容值目前最有效的检测方法为数字波形分析法，主要原因如下：数字波形分析法通过电流和电压信号的测量，并将电压和电流信号转为数字信号，然后进过数字频谱分析计算出电压和电流基波的幅值，再通过对比基波相位差来求计算出介损值，也就是对电压和电流进行傅里叶级数分解（电压和电流需满足狄里赫利条件），具体表达式如下：

而数字波形分析法的基本原理是在谐波分析法的基础上实现的，其基本原理是对于一个非正弦周期信号f（t）（周期信号满足f（t）= f（t-nT）），其中T为周期，n=1，2，3…，可以展开傅里叶级数。形式为：式中：ω1为基波角频率；、……..为基波和各次谐波的初相角。

通过谐波分析法求得的基波分量可确定初相角和及基波幅值和，因此介质损耗角以及电容量也就确定了。

δ=-

因此，从数字波形分析法的原理可以看出，主要有以下两个优点：（1）数字波形分析法是对从电流、电压信号中分离出的基波成分进行分析的，所以从根本上消除了变电站现场的干扰和谐波对测量结果的影响。（2）由于主要工作是在软件内完成，不需要对波形进行预处理，除传感器外无需额外的硬件，而且容易克服系统的随机误差，可以在分析软件中，可通过重心法和修正积分的方法获得更为准确的基波频率，并通过几次测量结果去平均值消除硬件电路中的随机误差。

数字波形分析法在应用存在以下两个问题：

（1）测量准确度的问题：根据数学测量理论，数字波形分析系统的基本误差是量化误差，其主要表现为幅值误差。数字测量的最大量化误差为：

设A/D转换器的标称电压为U，则最大精度量化误差为

若被测信号的幅值为Um，则由量化误差引起的幅值最大相对误差为

由上可知，提高被测电压的幅值Um，降低A/D转换器的标称电压U。或增加A/D转换器的位数，都可减小幅值误差。

（2）稳定性问题。目前所有在线监测系统中最重要的问题就是系统稳定性的问题，很多系统的测量结果都有较大的分散性，数据稳定性低，这个问题在数字波形分析系统中也存在着。影响系统稳定性的因素有很多。主要因素还是硬件的质量低、电路设计不合理以及装配工艺不良造成的，所以当前解决这个问题的办法就是选用质量高，工艺好的检测装置，并且利用软件对数据进行进一步的辅助处理，如采用多次平均的方法消除随机误差。

3 结语

通过以上分析可见，可通过在数字波形分析系统中提高A/D转换器的位数来减少的量化误差；通过选用质量高，工艺好的检测装置来提高系统的稳定性，其缺点都能较好的得到解决，而优点又非常明显，投资费用小，抗干扰能力强，因此对于变压器套管在线监测系统采用数字波形分析系统是可行的。

参考文献：