[发明专利]用于确定电气特性的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于确定电气设备的电气特性(诸如阻抗或传递函 数)的装置和方法。该装置包括：信号注入单元，被配置为向第一 电路注入第一主频率的第一测试信号，以及向第一电路或第二电路 注入第二主频率的第二测试信号；信号转换电路，被配置为测量由 第一测试信号引起的在第一电路中第一电量和第二电量，诸如电流 和电压，以及用来测量由第二测试信号引起的在第一电路或第二电 路中的第一电量和第二电量；以及处理设备，包括至少两个模拟输 入通道，被配置为接收所测量的电量并基于所测得的电量而确定电 气特性。

第一电气设备是这样一种设备，其操作电压和/或操作电流足 够高而在电气故障的情况下对操作员构成危险或引起周围装置中的 一些损坏。因此，必须监控第一电气设备的电气性能，以便在故障 的情况下足够快速地做出反应。在一些情况下，一旦检测到故障， 将尽快切断电源。

背景技术

在发电、输电和配电领域，对诸如发电机、变压器或输电线的 对应电气设备的监控，对于确保电网的可靠性和稳定性是至关重要 的。在“Dielectric Spectroscopy in Time and Frequency Domain for HV Power Equipment，Part 1：Theoretical Considerations”(by Zaengl，W.S.； IEEE Electrical Insulation Magazine，vol.19，issue 5，pages 5-19)中， 介绍了电介质光谱学(dielectric spectroscopy)方法作为诊断在电力 工程中采用的绝缘材料的手段。电介质光谱学也可称作阻抗光谱学 (impedance spectroscopy)，并且其基于材料对以特定频率而施加的 电磁场的反应。最概括地而言，通过同时地测量材料上的复电压和 复电流以及通过确定材料在特定频率的阻抗，而确定材料对所施加 的交流(AC)场的响应。电介质光谱学技术(或者如同其可以被称 作的电介质响应测量技术)在″Straight Dielectric Response Measurements with High Precision″(conference proceedings from Nord-IS 2005，paper 27by J Hedberg and T Bengtsson.)中有进一步描 述。

在欧洲专利申请06445061.2中，使用电介质光谱学的方法来 改进应用于多相发电机定子绕组的接地故障检测方法的精度。在定 子绕组中的接地故障是内部故障，其可由绕组的绝缘材料的物理损 坏或老化而引起，接地故障一般先于诸如定子的相间故障的所有其 它可能的发电机故障而发生。因而，重要的是检测绕组中的接地故 障来防止发电机中的更严重的故障。将发电机的定子以及中性点通 过阻抗连接到地。对于电介质光谱学，将AC测试信号注入到中性 点和地之间，并测量定子绕组对该AC信号的响应。根据该测量， 确定对地的故障阻抗，其中故障阻抗被建模为并联于绕组电容的故 障电阻。

WO96/05516公开了用于监控双电压未接地系统(dual voltage ungrounded system)的系统。将监控系统配置为通过向接地端注入测 试电流而生成跨过故障阻抗的测量电压来确定故障阻抗。通过使用 测量电压和测量电流而计算阻抗。为了确定双电压系统中的两个相 的阻抗，注入具有不同频率的两个测试电流，以生成两个测量电压。 电流的频率是系统频率的倍数。将测试电流和所测量的电压提供到 被配置为计算两个相的阻抗的微控制器单元。将所测量的电流和电 压的每个提供到微控制器的模拟输入通道。因而，所需要的输入通 道的数量依赖于测量值的数量。在此情况下，需要四个输入通道。 然而，输入通道的数量是有限的。例如，在继电器箱中，输入通道 的数量被限制为12或24。大部分这些输入通道用于其它目的。具有 更多的通道会造成成本增加。