[发明专利]一种基于等效模型的介质损耗因数测量方法

说明书

技术领域

本发明属于电气设备测试技术领域，尤其涉及一种基于等效模型的介质损耗因数测量方法。

背景技术

介质损耗因数是介质在正弦交变电场作用下总的有功功率与总的无功功率的比值，有功功率通常由有损极化和绝缘电阻导致的损耗所组成，若电气设备的绝缘存在受潮、穿透性导电通道、气泡电离、分层、脱壳、老化、劣化等情况，此时电介质的绝缘电阻下降、有损极化增加，对应介质损耗将增大。因此，测量介质损耗因数能有效反映电气设备绝缘的情况。对于高压电气设备，绝缘的损坏是其发生故障的主要原因。据统计，由电气设备绝缘的损坏直接引发的电网事故约占事故总量的23.1％。因此，电气设备介质损耗因数的检测对电力系统的安全运行有重大的理论意义和经济价值。

正常情况下，电气设备绝缘中的损耗相对无功来说非常小，因此介质损耗因数值较小，所以外界的干扰容易对其测量结果产生影响，其中频率的波动的影响较为突出。按照电力系统规定，信号的频率允许在49.5～50.5赫兹范围内变化，如果无法获得频率信息且频率偏离50赫兹达到一定程度时，常规的傅里叶算法等在计算介质损耗因数时都存在较大误差。

发明内容

针对上述背景技术中提到的现有计算介质损耗因数方法由于频率波动导致 计算误差较大的不足，本发明提出了一种基于等效模型的介质损耗因数测量方法。

本发明的技术方案是，基于等效模型的介质损耗因数测量方法，其特征是所述方法包括下列步骤：

步骤1：获得设备绝缘上的电压信号和电流信号；

步骤2：根据步骤1的数据，获得电压信号和电流信号的频率及信号各次谐波；

步骤3：将设备绝缘考虑为等效电路模型，利用线性最小二乘算法获得了模型中的电阻、电容参数，然后直接计算获得介质损耗因数。

所述电压信号是通过电压互感器或电容分压器获得的。

所述电流信号是通过穿心式电流传感器或串入式电流传感器获得的。

所述获得信号频率及信号各次谐波的过程为：

先用加汉宁窗插值傅里叶算法获得信号频率，若信号频率在49.9～50.1赫兹范围内，则用快速傅里叶算法获得电压信号和电流信号的各次谐波；否则根据获得的信号频率用修正理想采样频率法获得信号的各次谐波。

所述等效电路模型为电阻和电容并联。

所述等效电路模型为电阻和电容串联。

所述介质损耗因数的计算公式为：

电阻和电容并联时，计算公式为：tgδ＝1/ωRC；

其中：tgδ为介质损耗因数；ω为角频率；R为绝缘的等效电阻；C为绝缘的等效电容。

所述介质损耗因数的计算公式为：

电阻和电容串联时，计算公式为：tgδ＝ωRC。

本发明的有益效果包括：

(1)准确性高

因为本发明方法在计算介质损耗因数时，不仅考虑了电压和电流信号基波分量，而且也考虑了各次谐波分量，减少了不考虑谐波分量导致的计算误差，得到的结果更加准确和可靠；

(2)能准确获得等效电阻和电容

电容型设备绝缘的电阻和电容也是其重要的参数，获得其电阻值和电容值有助于对电容型设备绝缘状态进行监测，以更好地维护它的运行；

(3)抗频率波动和谐波干扰能力强

由于对频率偏离理想值时采用了加窗插值的傅里叶算法，故本发明可以抑制信号频率波动和谐波存在给介质损耗因数测量导致的误差，抗干扰能力更强。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为套管泄漏电流用串联简化模型拟合的结果；

图3为套管泄漏电流用并联简化模型拟合的结果。

具体实施方式

下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

本发明的步骤如附图1所示：

1.利用电压互感器或电容分压器获得施加于电容型设备绝缘上的电压信号，利用穿心式电流传感器或串入式电流传感器获得电容型设备绝缘中流过的电流信号。

2.利用加窗插值傅里叶算法获得信号频率，然后利用快速傅里叶算法或修正理想采样频率法获得信号各次谐波。

2.1获得信号的频率

该方法使用加汉宁窗插值傅里叶算法获得信号频率，原理如下：

设信号x(n)的离散傅里叶变换DFT(Discrete Fourier Transformer)所得结果为X(n)，则加汉宁窗后信号的离散傅里叶变换DFT所得结果为：