一种电缆头应力锥暂态地电压、地电流的测量方法.doc

一种电缆头应力锥暂态地电压、地电流的测量方法摘要：随着高压开关柜馈线电缆在电力系统中越来越多的使用，如何有效的检测高压电缆头应力锥绝缘趋势状况，早期发现电缆头运行中绝缘故障，防止电缆头爆炸，影响安全生产。本文详细介绍了暂态地电压测量技术的原理及在电力系统中的应用，进一步说明了该技术的有效性和检测的必要性。 关键词：电缆头应力锥、暂态地电压、在线监测一、引言 电网的发展，设备的更新改造，使得变电站中封闭设备越来越多。新装投运的设备特别是在开关类设备基本都属于封闭式设备。例如目前中压系统中大量使用的金属铠装式开关柜，高压系统中大量使用的封闭式组合电器，均是封闭式设备。对于封闭式设备依靠以往的巡视、试验、监测技术，难以达到及时掌握设备缺陷的要求。传统的巡视及时基本建立在人的视觉、嗅觉、听觉等感觉上，对于封闭式设备的巡视效果不理想；传统的试验技术主要是对设备加以外施电压，这种方法一方面对设备内的固体绝缘件有累计损害效应，另一方面必须将设备停止从而造成可用率和用户供电可靠性的下降；目前较为成熟的检测技术如红外和紫外技术，对于配电装置如变压器、母线等裸露设备原件有一定的检测效果，但是对于封闭式设备由于金属的屏蔽作用，效果不甚理想。 事实上，虽然开关柜等封闭设备相对于敞开式设备具有结构紧凑、安装方便、故障机率小、可靠性高的优点，但是随着设备装用量的增多，故障发生次数也呈上升趋势，而且一旦发生绝缘破坏等故障，造成的损失和修复的时间远比敞开式设备高的多。二、目的理论和实践依据本项目开发的电缆头暂态地电压的在线监测（以下简称测量仪）采用工频50HZ的交流电，接入电压电流互感器，通过激励线圈，把一个特定频率特定幅度的电压信号耦合到接地线上，在接地线产生一个电动势，此电动势除以接地电阻值，得到特定频率的电流值，这个电流通过响应线圈产生响应电流，再通过测量响应电流大小而得出接地电阻大小，从而得出暂态地电压值，示意图如下：Ui为已知交流电压耦合到接地线上，感应电动势E=Ui/N，形成电流I=E/Rx(Rx为接地电阻值)，在响应线圈中感生出感应电流Io=I/n，响应线圈末端电压Uo=IoRo，最终得到的算式为Rx=Ui/(nNUo)Ro，由Uo大小可算得接地电阻值Rx。使用了与电力线上不同频率的Ui，利用滤波器把地线上的电流干扰滤掉，使其运行中能实时监测暂态地电压、地电流。三、项目研究的内容和实施方法测量方法在电缆头接地线穿过监测装置，在待测接地线上通过一定的电流，测出其上的电压和电流，利用欧姆定律就可以计算出电阻的大小，因电缆头接地线和开关柜接地端距离很短，接地电阻值可认为是一个常数，相对不变，而变量是50HZ工频下的暂态地电压、暂态地电流。暂态地电压测量装置，采用电压电流互感器，通过激励线圈，把一个特定频率特定幅度的电压信号耦合到接地线上，在接地线产生一个电动势，此电动势除以接地电阻值，得到特定频率的电流值，这个电流通过响应线圈产生响应电流，再通过响应电流大小和接地阻值的乘积而得出暂态地电压的大小， 暂态地电压信号（mV）与信号输出（dB）公式为：dB20log(mV)。该装置以Mega128L处理器为核心，采用信号放大和有源滤波和软件滤波算法，滤除了电力系统环境中的工频干扰等。3.1 硬件设计测量装置硬件结构如图所示RS485接口Mega128L CPU电源时钟存储器模块信号调节和数据采集激励耦合线圈电路主要由Mega128L单片机和其外围电路构成，Mega128L单片机拥有丰富的端口,内部具有路10位A/D转换器，2个通信口,内部具有E2PROM存储器，可以保存电阻校准参数。功能模块分为RS485接口模块，激励耦合线圈，信号调节和数据采集模块，电源模块，存储器等；RS485接口模块:接收对测量装置的数据采集命令，通过RS485接口实现和无线网络终端的通信连接；同时作为测量的校准配置端口，完成参数修正。激励耦合线圈：作为发送标准1.5K测量信号的输出和接收部件，采用高导磁的坡镆合金材料，实现微弱小信号的检测。信号调节和数据采集模块:完成对电压，电流的调节和采集；数据采集是装置的核心，采集的精度会影响到最终测量结果的准确与否。电流采用精密电流互感器把电流信号转换为电压信号，然后经两级二阶低通有源滤波器，再送入AD转换器;电压信号的采集与电流的略有不同，电压信号的跨度较大，因此要对弱信号进行放大，而大信号原值传送，然后经两级二阶有源滤波器后送转换芯片。二阶低通有源滤波选用了TL072高精度，低温漂的双运放芯片。3.2 软件设计 软件编程采用 Code Vision C语言编程，Mega128L支持在线调试。程序采用模块化设计，主要有中断模块，AD采集模块，通信模块,数字滤波模块，采集存储模块等；主程序比较简单，在完成初始化后即休眠等待中断；程序的主体是定时器中断程序，采集程序中采用去极值平均滤波法进一步增加抗干扰能力，另外在测量时，每次施加激励信号后，需等待一定的时间来使电流稳定；本项目的难点是在于电力系统强干扰环境下采集和处理微弱信号；因此要采用可靠的抗干扰措施才能确保信号采集的准确和精度；除了硬件滤波和一定的软件算法外，在PCB制板方面要注意合理布局和走线，在易受干扰的地方采用屏蔽和隔离技术，确保测量的精度。核心关键技术在于:1、 激励和耦合钳头的设计(磁材料的配制，线圈的绕制)2、 电压电流软件滤波算法的实现3、 信号放大量程自动切换四、性能指标1、 主控CPU：ATMega16L2、 测量范围：11003、 测