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1、泄漏电流传感器的构造原理及实现技术分析Abstract: Several problems about a set of MOA on-line monitoring system are discussed. Anew measuring method of leakage current is put forward.The author′s points of view on the fieldsystem shielding and a general problem of software disposal are discussed.Key words: MOA; on
2、-line monitoring; sensor; shieldMOA摘要:讨论了一套MOA在线监测系统中的几个问题,提出了一种全新的泄漏电流信号的测量方法,就系统屏蔽和软件后处理中的一些普遍问题提出了自己的观点。关键词:MOA;在线监测;传感器;屏蔽1前言近年,很多MOA泄漏电流在线监测系统已经集成到变电站综合绝缘在线监测系统中并得到越来越广泛的应用,为MOA的故障发现和诊断提供了及时而又可靠的判据。笔者就这个系统中的一些常见问题(屏蔽和软件后处理)提出了自己的一些观点,并且提供了一种全新的MOA泄漏电流采集方法,该方法已经在系统中得到应用。2一种新的泄漏电流传感器MOA在正常情况下的泄漏电
3、流很小,只有mA级,现场背景干扰又十分强烈,因此信号的提取十分重要。只有首先获得真实、准确的被测信号,后续缓解才有基础,所以,传感器环节是在线监测系统中的一个关键环节。目前现场使用的信号采集方式有两种1:直接耦合(末屏断开)和磁性耦合(穿芯传感器)。直接耦合的数据采集精度比较高,但其操作对系统的稳定和安全性不利,现在用的很少。磁性耦合的传感器用的比较多,包括有源和无源两种,而且很多工作集中在提高穿芯传感器的抗干扰能力和精度方面。这种传感器存在造价比较高、一次和二次信号之间存在较大的不容易控制的比差和角差。比如现在常用的零磁通方法和二次信号之间存在较大的不容易控制的比差和角差,比如现在常用的零磁
4、通的方法就试图解决角度差的问题,容易受到现场强烈的空间耦合等其他干扰。笔者就MOA的特点提出一种电阻传感器的方法来获取MOA的全电流,不用解开末屏,对高压侧系统没有任何影响,基本原理如下:MOA下端都接有记录MOA动作次数的计数器,其电阻通常为数百欧姆,可通过检测泄漏电流在其上的压降推导出泄漏电流的大小。由于实际运行中,计数器电阻与计数器的生产厂家、型号、现场环境、动作次数等均有关系,其值并非一常数,所以对这个电阻值必须加以监测和实时计算,具体接线如图1所示。R1,R2…,Rn为已知的在线监测中用于测量的电阻,由于计数器的电阻Rj以及R1,R2…,Rn均远小于MOA
5、的阻值(通常为MΩ级以上),所以R1,R2…,Rn的接入对MOA泄漏电流IX的影响可以忽略不计。为防止计数器故障导致RJ阻值太大而影响检测,通常首先将R1并联接入计数器的两端,测R1端的电压为U1,类似地依次通过继电器并接Rn后测得的电压为Un(具体并接个数由要求的精度决定,一般接两个就可以计算出RJ,但是如果多接几个电阻可计算多个计数器电阻值,可以减小误差),泄漏电流IX:IX=(1/R1+1/RJ)×U1=(1/R1+1R2+1RJ)×U2(1)计数器的电阻值RJ为:RJ=R1R2×(U1-U2)/R1×U2-R2&
6、times;(U1-U2) (2)求得计数器电阻以后,通过测量两端的电压,综合以上(1)式和(2)式可求出MOA泄漏电流IX。由于是通过流过采样电阻与计数器电阻上的压降来反推泄漏电流值,所以对采样电阻R1,R2,…,Rn的精度与稳定性要求较高,此处采用了温飘极小的标准电阻。这种方法可完全除去采用磁环式传感器测量时存在的电流相移。由于全是电阻性网络,不存在任何相移的问题,同时也可以减小空间耦合的干扰,这一方法已经成功地应用在一所变电站绝缘在线监测系统中的MOA监测部分,并且取得了很好的效果。3现场屏蔽关于信号线的选择主要应从信号本身的类型、信号通道附近干扰源经耦合所形成的干扰信号的
7、大小和干扰形成的原因来考虑。本系统所传输的信号属于弱模拟信号,从抗静电耦合、磁场耦合的角度出发,选择截面1.0mm2左右的金属屏蔽胶合线效果较好。信号电缆尽量远离现场的干扰源,以降低它们之间的分布电容Cm和互感系数M,减弱干扰强度。信号线与电力线必须尽量避免平行铺设,若必须平行铺设,则尽量保持有一定的间距(其大小根据铺设长度确定)。本系统初始安装于现场时基本依据以上原则铺设信号线于电站电缆沟内。同时,鉴于本系统中弱模拟信号需长距离传输,屏蔽也是系统应充分注意的一个问题,屏蔽主要有电场屏蔽、磁场屏蔽和电磁场屏蔽,电场屏蔽主要能减弱或消除静电场与信号线之间的分布电容Cm,隔离电力线的传播,抑制通过
8、静电感应产生的干扰电压,它必须接地才能发挥作用。磁场屏蔽能消除、减弱干扰源与信号线之间的互感系数M,抑制磁力线的传播,抑制通过磁场耦合形成的干扰电压,它主要通过选择合适的金属屏蔽材料实现。本系统采用的屏蔽一般是二者的结合,即电磁场屏蔽,通过选择合适的外壳屏蔽材料与接地措施实现电场屏蔽与磁场屏蔽的作用。4定点线性插值算法现在的MOA全电流分析大多采用谐波分析法,而现在普通的FFT算法都只能对一周期2i个点的离散数据进行分析,如果不是这个整数点,就会带来截断误差,这显然是不行的,由于采用的FFT算法仅能对一周期有2i(i为正整数)个点的离散数据进行分析,本系统采用自适应同步采集法所得到的整周期采样
9、点数并非是固定的(随电网系统工频波动而波动)。A/D转换器的50kHz的数据通过率保证了最终所得到的整周期采样点数约为1 000点左右。由于FFT计算的精度需要,要求要分析的原始数据列能达到每周期包含211=2 048个点,所以采用一种内插算法将整周期内均匀分布的1 000个左右的点插值成固定的2 048个点,具体算法如下。设由自适应同步采集法得到的整周期采样点数为NUM1,其值为beginn,n=0,1…,NUM1,此处begin NUM1 =0;要将其内插成NUM2点(此处取NUM2=2 048),其值为lateri,i=0,1,…, NUM2-1;定义i的初值
10、为0。设k1∈Z,θ1∈R,进行线性内插,方法示意图如图2所示。k1=INTNUM1-1NUM2-1×i(3)θ1=NUM1-1NUM2-1×i(4)lateri=begink1+begink1+1-begink1×(θ1-k1) (5)令i=1到i=NUM2-1,重复步骤(2),即可完成线性插值的过程。系统软件是通过调用子模块transfer (Origin-num, float*u, float*i)实现的;其中Origin-num是采集到的原始数据的点数,*u与*i是指向采样数据值的指针(转换前作
11、为输入数据指针,转换后作为数据输出指针)。采用这个方法可以将实际采样点数变成整数点,可以有效地减小甚至消除截断误差,大大提高谐波分析法的精度。5结论(1)在关键的传感器部分提出了一种全新的电阻传感的方法,该方法能有效克服传统穿芯式传感器的一些缺陷,在实际应用中取得了很好的效果。(2)总结了如何处理屏蔽和软件后遇到的一些常见问题,希望能给大家起到抛砖引玉的作用,虽然现在MOA的在线监测系统已经相对成熟,但就一些小的地方要精益求精还有很多工作要做。参考文献1黄建华,等.电容型设备绝缘在线监测系统的分析及其选用原则,电气设备状态监测与故障诊断技术研讨会资料汇编C .2003.2郑劲,等.MOA带电测试的误差分析及监测效果J .高电压技术, 1995 (4) .3吴庆平,周希德.在强电磁干扰环境下一类非正弦信号周期提取方法的研究J .电子测量与仪器学报,1995 (3) .4贾逸梅,等.在线监测氧化锌避雷器泄漏电流的方法J .高电压技术, 1992 (12) .