容性设备在线监测方法综述(3)

《电气开关》（2011．No．3）

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缺点：硬件处理环节过多，对硬件要求太高，在测

量过程中受电磁干扰、谐波干扰等十分明显，会造成较大的误差和分散性

［15］

脂混合材料浇注成型，多用在35kV及以下电压等级。

（3）油浸式电压互感器，由绝缘纸和绝缘油作为绝缘，是我国最常见的结构形式，常用于220kV及以下电压等级。

（4）气体绝缘电压互感器，由SF6气体作主绝缘，多用在较高电压等级

［9］

。

受基于信号处理的思想的影响，目前可行的方法

多为软件方法。软件方法一方面可以减少硬件线路设计的难度和复杂性；另一方面则能利用算法固有的精确性来提高计算结果的精度。3.2

软件方法

也称为信号重建法，主要以谐波分析法为代表，它u的采样数据重建正弦信号，根据i、再由波形参数求得φ，如正弦波参数法、高阶正弦拟合法和相关系数

［16］

法，谐波加窗改进法等。（1）正弦波参数法：该算法用基波去逼近信号，将基波幅值看成变量，基波频率看成常量，高次谐波看成干扰，根据最小二乘法或三角函数的正交性来获得介

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质损耗角。

优点：该方法原理简单、实现容易、计算量小。缺点：需要获得基波信号的频率，另外，正弦波参但正交性仅在和满足整数法应用了三角函数正交性，

应用正弦波参数法时，需要相应数倍时才成立。因此，

的硬件同步采样卡。

（2）高阶正弦拟合法：非同步采样条件下测量介损的算法，考虑到实测数据可能包含直流和谐波分量，所以它以直流分量幅值、基波频率、基波和谐波分量的幅值和初相角为优化对象，用高阶正弦模型来拟合i、u的采样数据［18］。

优点：在一定程度上解决了非同步采样的问题。

缺点：采用最小二乘拟合法在多数情况下并不能获得问题的全局最优解，同时，高阶正弦拟合法实际上是一种迭代的数值计算方法，即使进行简化该算法的计算量仍然很大，只适用于在工控机上完成计算，而无

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法用于单片机或微处理器系统。

（3）相关系数法：相关函数法利用自相关函数和互相关函数经过一定的算式计算介质损耗角。优点：相关函数法只要求整周期采样，未具体要求采样点数。可以简化硬件设计，并且可以较好地解决FFT在非整周期采样时的频谱泄漏问题。

缺点：对前置的带通滤波器有较高的要求，在非整

［20］

周期采样时容易产生较大误差。

（4）谐波加窗改进法：介质损耗值计算中的谐波分析，通常都是通过快速傅立叶变换实现的。然而，在数据采集时，即使采样频率满足奈奎斯特定理，但如果不是同步采样，就将带来泄漏效应及栅栏效应，为了减

。

电压互感器按照电压变换原理可分为电磁式电压

互感器和电容式电压互感器，当系统中电压等级达到电磁式电压互感器由于绝缘结构制或超过330kV时，约、制造成本大大提高，因此在以上电压等级几乎全部采用电容式电压互感器。它不仅有体积小、重量轻、绝缘结构合理的优点，还可以兼做电力线路高压载波耦66kV、110kV电压等级，合电容器来使用。而在35kV、它虽然价格优势不大，但是具有不与线路谐振的优点，因此也得到使用。但它在准确度和稳定性方面较传统

［10，11］

。的电磁式还有一些不足

当电容式电压互感器忽略其电磁单元的影响，可

其等效电路图应与以近似把它等效看成一个电容器，

支柱绝缘子相似，但其各部分对地电容和对导线电容

及其参数变化会有不同。

3介质损耗因数在线监测方法

常见的测量介损方法主要通过硬件和软件两种途［12］

径实现。3.1

硬件方法

也称为直接测量法，主要有过零比较法和基于电桥平衡原理的介损测量方法等。过零比较法和西林电桥法是最早应用在介损测量中的，在前端信号滤波效果很好的情况下，可以达到较高的精度和分辨率。（1）过零比较法：根据电压、电流信号过零点的时间差或电压、电流归一化后过零点附近两信号幅值差

［13］获得信号的相角差。

优点：原理简单、易于实现、测量分辨率高、线性度

好。

缺点：对过零点的要求极高，易受硬件的影响，比较器的零点漂移会造成过零点不准，从而带来测量误差，硬件通道延时等对测量精确度的影响也较大。另

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外，采用高速计数器计数会增加装置的复杂。（2）西林电桥法：对西林电桥法进行改进，进行数字化处理，同时在系统中用微处理器进行控制，提高了测量的性能。

优点：在前端信号滤波效果很好的情况下，可以达到较高的精度和分辨率。