第02章-電器的測量基礎

1、 按監(jiān)測功能可分為按監(jiān)測功能可分為： 1單參數(shù) 選擇某類或某個能反映絕緣狀態(tài)的物理量進 行監(jiān)測，例如局部放電量，介質損耗等。其監(jiān)測功能比較 單一，是當前廣泛使用的機型。 2多參數(shù)綜合性監(jiān)測系統(tǒng) 可以監(jiān)測能反映設備狀態(tài)的 各類參數(shù)，對設備進行全面的狀態(tài)監(jiān)測，這是發(fā)展方向。 按診斷方式可分：按診斷方式可分： 1人工診斷 目前多數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)的診斷還是根據運行經 驗由試驗人員最后作出診斷。 2自動診斷 由監(jiān)測系統(tǒng)自動地進行診斷，這也是系統(tǒng) 發(fā)展趨勢。 2.1.2 信號的變送信號的變送 1電壓與電流轉換電壓與電流轉換 電壓與電流的相互轉換實質上是恒壓源與恒流源的相互轉換4，一般說來， 恒壓源的內阻遠小于負

2、載電阻，恒流源內阻遠大于負載電阻。因此，將電壓轉 換為電流應采用輸出阻抗高的電流負反饋電路，而將電流轉換為電壓則應采用 輸出阻抗低的電壓負反饋電路。 （1）V/I轉換器 隨著微電子技術及加工技術的發(fā)展，在實現(xiàn)05V，010V與 010mA，420mA電流的轉換時，可直接采用諸如AD693、AD694、XTRll0、 ZF2B20等集成電壓電流轉換電路(V/I轉換器)來完成。 （2）IV轉換器 當變送器的輸出信號由電流信號轉化為電壓信號時，需經I/V 轉換。最簡單的IV轉換可以利用一個500的精密電阻，將010mA的電流信 號轉換為05V的電壓信號。 2電壓與頻率轉換電壓與頻率轉換 實現(xiàn)電壓頻率

3、（V / F）轉換的方法主要有積分復原型和電荷平衡型兩種。積 分復原型VF轉換器主要用于精度要求不高的場合；電荷平衡型精度較高，頻 率輸出可較嚴格地與輸入電流成比例，目前大多數(shù)的集成VF轉換器均采用這 種方法。VF轉換器常用的集成芯片主要有VFC32和LM31系列。 圖2-10 組合式帶通濾波器結構框圖 圖2-11 組合式濾波器輸出波形 圖2-1l為組合式濾波器用于110kV變壓器在線監(jiān)測局部放電的實 例，比較圖中二輸出信號的波形可知，當選用了合適帶通(2 250kHz)后，周期性干擾信號被抑制，局部放電信號可清晰地辨 識出來。 (4) 差動平衡系統(tǒng) 主要用以抑制共模干擾，當來自線路的共模干擾

4、進入 電氣設備Cx1，Cx2（圖2-12）時，其電流方向是相同的，在 電流傳感CT1，CT2上輸出同方向信號，故進入差動放大器 A后這兩個相當于共模信號的干擾信號就被抑制。若Cx1或 Cx2內部有放電故障，則在Cx1，Cx2上流過的電流方向相反， 進入差動放大器后這二個信號相當于差模信號而被放大， 從而提高了監(jiān)測的信噪比。圖2-12中實線箭頭為干擾信號； 虛線箭頭為放電故障信號。 差動系統(tǒng)是否有效的關鍵是要求二路共模信號的相位、 波形完全一致，才可獲得高的抑制比。這就不僅要求電流 傳感器CTl、CT2以及兩個監(jiān)測通道的特性基本一致，更主 要的是Cx1，Cx2的結構、組成基本相同。否則抑制作用會

5、降 低甚至消失，為此當具體使用于在線監(jiān)測時需采取相應的 技術措施，例如信號的幅度和相位可調節(jié)等。 圖2-12 差動平衡系統(tǒng)原理圖 (5) 電子鑒別系統(tǒng) 用脈沖極性鑒別系統(tǒng)來監(jiān)測局部放電是根據干擾 信號和待測信號某些特征的差異進行抑制的典型例子 （圖2-13）。和差動平衡系統(tǒng)類似，若設備內部Cx2放 電，則電流傳感器CTl、CT2將輸出兩個極性相反的脈 沖，經放大器A放大并分別經整形和反相整形后，加于 與門1和2上，于是與門2開啟，電子門G打開，放電信 號將通過時延單元D和電子門G送至監(jiān)測系統(tǒng)。同理， 若Cx1放電，則與門1開啟而送出放電信號。由于鑒別系 統(tǒng)的動作總需要一定的時間，故需監(jiān)測的信號

6、也需經D 延遲一定時間后由G送出。若為外界(例如線路上電暈 放電)干擾信號，則將在CTl、CT2上輸出同極性的脈沖， 于是與門關閉，干擾信號將被阻止而不會送到監(jiān)測系 統(tǒng)。 圖2-13 脈沖極性鑒別系統(tǒng)原理框圖 + 脈沖正向整形 脈沖負向整形 實線箭頭 干擾信號 虛線箭頭 放電故障信號 圖2-14 極性鑒別系統(tǒng)對電容性試品的抑制效果 a)抑制前 b)抑制后 圖2-14是上述脈沖極性鑒別系統(tǒng)在電容性試品上鑒別的結果。此時， Cx1，Cx2是兩個電容值相同的電容器，Cx1并聯(lián)-油間隙產生一模擬的局 部放電，線路上同時并有尖板空氣間隙以產生電暈放電。傳感器選用清 華研制的JFY1型窄帶諧振型傳感器，中

7、心頻率為250kHz，采樣率為 1MHz由圖可知，電暈干擾信號被抑制而與之相隔僅20s的局部放電 信號通過電子門進入監(jiān)測系統(tǒng)，抑制比為20dB。 1 1時閾分析時閾分析 時閾分析是根據顯示或記錄信號的波形，來分析幅值和時間或 相位的關系、出現(xiàn)的次數(shù)等。為此，需按波形的采集要求確定其 所需的采樣率和采集的數(shù)據長度。 2頻域頻域(頻譜頻譜)分析分析 頻域(頻譜)分析是分析信號的某些特征在頻域上的變化，如幅 度譜，相位譜，能量譜，功率譜等。現(xiàn)今的離散傅里葉變換(DFT) 的快速算法即快速傅里葉變換(EFT)的出現(xiàn)，使頻譜計算易于實現(xiàn)。 電氣設備在線監(jiān)測上用得較多的是幅度譜（幅頻特性）。基本方 法是將

8、時域波形經采樣、AD變換后變成一組相同時間間隔的離 散值，再經過EFT變成一組有相同頻率間隔的頻域內的離散值。 3 3相關分析相關分析 相關分析是在時域上研究兩個信號間或信號自身間 的相互關系，前者稱為互相關，后者稱為自相關，所謂 相互關系指的是波形的相似性?；ハ嚓P函數(shù)定義如下： （2-10） 數(shù)學化（即離散化）后為： （2-11） tthtfRd)()()( fh tmnhnfmRd )()()( fh 圖2-15 相關函數(shù)計算分析 4 4統(tǒng)計分析統(tǒng)計分析 對監(jiān)測到的隨機性信號可進行統(tǒng)計分析，統(tǒng)計分析的主要 內容有： (1) 均值計算 不僅可了解信號取值的集中程度而且可提 高其信噪比。 (2

9、) 直方圖 以局部放電的監(jiān)測為例，可統(tǒng)計其放電量Q 隨時間t或相位分布的直方圖（即Q圖），或放電次 數(shù)N隨放電量Q分布的直方圖（即NQ圖）。 (3) 三維圖 例如局部放電的NQ圖。通過統(tǒng)計分 析可以了解故障的嚴重程度或發(fā)展階段以及故障的性質和 模式。 n nx axaxaaxfy 2 210 )( %100 )( max FS L L Y Y max )( L Y %100 )( max FS H H Y Y x y K %100 max FS Y R xb dt dx b dt xd b dt xd bya dt dy a dt yd a dt yd a m m m m m m n in n n n n01 1 1 101 1 1 零階傳感器： 一階傳感器： 二階傳感器： xbya 00 xbya dt dy a 001 xbya dt dy a dt yd