一种基于次末屏电压测量的介质损耗在线监测系统的制作方法

1.本实用新型涉及一种基于次末屏电压测量的介质损耗在线监测系统，属于电力物联网技术领域。


背景技术：

2.在交变电场作用下，电介质内流过的电流相量和电压相量之间的夹角(功率因数角φ)的余角δ称为介质损耗角。目前在电容性输变电设备的监测环节，介质损耗测量是必须的内容。为了测量δ，需要同时测量设备施加电压和设备泄露电流信号。传统解决方法一是测量在线监测装置的交流电源电压，提取出相位信息和泄露电流进行比对。在线监测装置的交流电源来自于站用变，而站用变和电容设备的一次电压往往不对应一致，会对分析产生影响，甚至带来错误的判断。传统解决方法二是采用母线电压集中采样模块，采集到母线电压互感器信号后分享给各个电流采集模块使用。但电压互感器的二次输出端口数量有限，基本用于继电保护、计量电表、故障录波、测控等装置，很难有多余端口。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于次末屏电压测量的介质损耗在线监测系统，将电容器次末屏接线引出，通过测量次末屏电压信号获得一次电压信号的相位信息，解决了传统方法对电压互感器的依赖问题，方便易行。
4.为达到上述目的，本实用新型是采用下述技术方案实现的：
5.本实用新型提供了一种基于次末屏电压测量的介质损耗在线监测系统，包括介质损耗测量装置，所述介质损耗测量装置包括：
6.模拟-数字转换回路，获取电容型设备末屏引出线的电流相位和次末屏引出线的电压相位后进行模数转换，得到电压信号和电流信号的相位信息；
7.介质损耗角计算模块，基于电压信号和电流信号的相位信息计算介质损耗角。
8.进一步的，所述模拟-数字转换回路包括：
9.传感器，获取电容型设备的输入模拟信号；
10.运放调理回路，对输入模拟信号进行滤波处理；
11.模数转换器，对处理后的输入模拟信号进行模数转换。
12.进一步的，所述传感器包括：
13.电流测量回路，连接电容型设备末屏引出线，获取电容型设备的输入模拟电流信号；
14.电压测量回路，连接电容型设备次末屏引出线，获取电容型设备的输入模拟电压信号。
15.进一步的，所述次末屏引出线采用双层屏蔽方式，且外层屏蔽两点接地，内层屏蔽在介质损耗测量装置侧单点接地。
16.进一步的，所述次末屏引出线与电压测量回路之间采用交叉输出方式。
17.进一步的，所述次末屏引出线的a相次末屏电压连接电压测量回路的b相接口，所述次末屏引出线的b相次末屏电压连接电压测量回路的c相接口，所述次末屏引出线的c相次末屏电压连接电压测量回路的a相接口。
18.进一步的，所述介质损耗角由介质损耗测量装置的微控制器基于电压信号和电流信号的相位信息计算得出，表达式为：
19.φ＝φ
ua
+270-φb20.其中，φ为介质损耗角，φ
ua
为a相的次末屏电压，φb为b相的泄露电流相位。
21.进一步的，所述介质损耗测量装置包括微控制器和通信回路，所述电压信号和电流信号的相位信息由微控制器读取转换数据进行存储打包后，通过通信回路送出至变电站后台。
22.与现有技术相比，本实用新型所达到的有益效果：
23.本实用新型属于电容型设备电压信号的介质损耗测量方法，大部分工作可在出厂前完成，不依赖于电压互感器，不受现场设计方案和施工条件的限制；同时，电流和电压采集在一台装置中实现，没有采样同步的问题，降低成本的同时，提高了可靠性。
附图说明
24.图1是本实用新型实施例提供的介质损耗测量实现框图；
25.图2是本实用新型实施例提供的次末屏引出线双层屏蔽示意图；
26.图3是本实用新型实施例提供的有源二阶低通滤波器示意图。
具体实施方式
27.下面结合附图对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
28.实施例：
29.一种基于次末屏电压测量的介质损耗在线监测系统，基于本专利的介质损耗测量实现框图见附图1，包括由微控制器、模拟-数字转换回路、通信回路组成的介质损耗测量装置，其中模拟-数字转换回路包括传感器、运放调理回路和模数转换器(adc)。传感器包括独立的电流传感回路和电压传感回路两部分，将外部需要采集的信号转换为合适的输入模拟信号。
30.电流传感回路实现方式同传统模式，电压传感回路是本专利的核心内容。运放调理回路将输入模拟信号进行滤波处理，模数转换器对处理后信号进行模数转换，微控制器发出转换指令、读取转换数据、存储并打包通过通信回路送出至变电站后台。次末屏引出在电容型设备生产时完成，不属于本专利内容；次末屏输出到测量装置的信号引出线采用双层屏蔽方式，外层屏蔽两点接地，内层屏蔽在测量装置侧单点接地，以提高抗电磁干扰性能，如图2所示。
31.介损测量所用的电压、电流信号均为工频信号，为了防止采样混叠的影响，采用低通滤波器，同时为了实现信号回路阻抗匹配，运放调理回路采用有源二阶低通滤波器，如图3所示，图中：vi为运放调理回路输入，vo为运放调理回路输出，r1、r2、r3、r4为滤波器电阻，c1、c2为滤波器电容。
32.考虑到电容型设备绝缘受损后，次末屏电压也会受影响，因此次末屏电压采用交叉输出方式，即a相的次末屏电压给b相测量装置用，b相的次末屏电压给c相测量装置用，c相的次末屏电压给a相测量装置用。
33.本专利采用的技术方案为基于次末屏测量法的介质损耗在线监测方法，包括：
34.1)从电容型设备中引出次末屏接线，解决好密封问题；
35.2)将次末屏信号线引到介质损耗测量装置。信号线采用双层屏蔽。外层屏蔽两点接地，内层屏蔽靠近装置侧单点接地；
36.3)相对于施加在电容型设备上的一次电压来说，次末屏引出线上的电压相当于其分压信号。由于介损测量只关心电压的相位信息，因此不需要将其幅值还原；
37.4)电流测量方法和接线形式同传统方式，即采用末屏电流测量；
38.5)同时测量设备电压和泄露电流信号的相位信息，介质损耗测量装置的微控制器依据以上信息计算得到介质损耗角，并根据测量设备对应行业标准要求对健康状态进行判断。假设根据a相的次末屏电压的相位为φ
ua
，b相的泄露电流相位为φb，则b相设备的介质损耗角φ为：φ＝φ
ua
+270-φb，单位为角度。
39.本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
40.本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
41.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
42.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
43.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。

技术特征：
1.一种基于次末屏电压测量的介质损耗在线监测系统，其特征是，包括介质损耗测量装置，所述介质损耗测量装置包括：模拟-数字转换回路，获取电容型设备末屏引出线的电流相位和次末屏引出线的电压相位后进行模数转换，得到电压信号和电流信号的相位信息；介质损耗角计算模块，基于电压信号和电流信号的相位信息计算介质损耗角。2.根据权利要求1所述的基于次末屏电压测量的介质损耗在线监测系统，其特征是，所述模拟-数字转换回路包括：传感器，获取电容型设备的输入模拟信号；运放调理回路，对输入模拟信号进行滤波处理；模数转换器，对处理后的输入模拟信号进行模数转换。3.根据权利要求2所述的基于次末屏电压测量的介质损耗在线监测系统，其特征是，所述传感器包括：电流测量回路，连接电容型设备末屏引出线，获取电容型设备的输入模拟电流信号；电压测量回路，连接电容型设备次末屏引出线，获取电容型设备的输入模拟电压信号。4.根据权利要求3所述的基于次末屏电压测量的介质损耗在线监测系统，其特征是，所述次末屏引出线采用双层屏蔽方式，且外层屏蔽两点接地，内层屏蔽在介质损耗测量装置侧单点接地。5.根据权利要求3所述的基于次末屏电压测量的介质损耗在线监测系统，其特征是，所述次末屏引出线与电压测量回路之间采用交叉输出方式。6.根据权利要求5所述的基于次末屏电压测量的介质损耗在线监测系统，其特征是，所述次末屏引出线的a相次末屏电压连接电压测量回路的b相接口，所述次末屏引出线的b相次末屏电压连接电压测量回路的c相接口，所述次末屏引出线的c相次末屏电压连接电压测量回路的a相接口。7.根据权利要求6所述的基于次末屏电压测量的介质损耗在线监测系统，其特征是，所述介质损耗角由介质损耗测量装置的微控制器基于电压信号和电流信号的相位信息计算得出，表达式为：φ＝φ
ua
+270-φ
b
其中，φ为介质损耗角，φ
ua
为a相的次末屏电压，φ
b
为b相的泄露电流相位。8.根据权利要求1所述的基于次末屏电压测量的介质损耗在线监测系统，其特征是，所述介质损耗测量装置包括微控制器和通信回路，所述电压信号和电流信号的相位信息由微控制器读取转换数据进行存储打包后，通过通信回路送出至变电站后台。

技术总结
本实用新型公开了电力物联网技术领域的一种基于次末屏电压测量的介质损耗在线监测系统，包括介质损耗测量装置，所述介质损耗测量装置包括：模拟-数字转换回路，获取电容型设备末屏引出线的电流相位和次末屏引出线的电压相位后进行模数转换，得到电压信号和电流信号的相位信息；介质损耗角计算模块，基于电压信号和电流信号的相位信息计算介质损耗角。本实用新型能够将电容器次末屏接线引出，通过测量次末屏电压信号获得一次电压信号的相位信息，解决了传统方法对电压互感器的依赖问题，方便易行。方便易行。方便易行。


技术研发人员：张丹丹 郭乐 高晓洁
受保护的技术使用者：南京国电南自电网自动化有限公司
技术研发日：2021.11.17
技术公布日：2022/5/25