基于場強法的高壓輸電線路電力參數(shù)課件

1、基于場強法的高壓輸電線路電力參數(shù)基于場強法的高壓輸電線路電力參數(shù)一、課題研究現(xiàn)狀和意義二、場強法獲得高壓電力線路電壓信號的基本理論三、電壓波形信號無線傳輸理論及實現(xiàn)方法的分析四、高壓電力線路電壓波形信號無線發(fā)送裝置的設(shè)計五、場強法應(yīng)用1：高壓線路相位檢測六、場強法應(yīng)用2：氧化物避雷器性能檢測七、下一步研究工作： 結(jié)合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，開展基于網(wǎng)絡(luò)化高壓輸電設(shè)備智能監(jiān)控保護系統(tǒng)應(yīng)用研究一、課題研究現(xiàn)狀和意義 由于電力需求日益增加，使得電力設(shè)備所使用的絕緣材料所承受的電氣壓力與日俱增，設(shè)備使用的壽命往往取決于絕緣材料的絕緣強度。電力設(shè)備由于運轉(zhuǎn) 操作、使用年數(shù)、使用頻度及使用環(huán)境等影響，會逐年發(fā)生裂

2、化，進而發(fā)生故障或事故，世界各國都投入大量的人力從事設(shè)備維護及研究故障預(yù)測的診斷技術(shù)。 早期變電所設(shè)備維護采用事后維護；后來發(fā)展為預(yù)知維護。 變電設(shè)備維護方式也可分為兩種：定期維護 ，狀態(tài)維護 隨著世界各國現(xiàn)代化步伐的加快，對檢測技術(shù)的大量需求與日俱增；而科學(xué)技術(shù)，尤其是大規(guī)模集成電路技術(shù)、微型計算機技術(shù)、機電一體化技術(shù)、微機械和新材料技術(shù)的不斷進步，大大促進了現(xiàn)代檢測技術(shù)的發(fā)展，目前，現(xiàn)代檢測技術(shù)發(fā)展總的趨勢大體有以下幾個方面。 （1）不斷拓展測量范圍，努力提高檢測精度和可靠性 （2）傳感器逐漸向集成化、組合化和數(shù)字化方向發(fā)展 （3）檢測系統(tǒng)智能化 （4）重視非接觸式檢測技術(shù)的研究一、課題研

3、究現(xiàn)狀和意義 由于電力需求日益增加，使得電力設(shè)備所使用的絕緣材非接觸測量方法：場強法和紅外法場強法：電場和磁場 紅外法：成像式和非成像式（主要用于測溫）高電壓產(chǎn)生電場：測量和取電線路核相和相位檢測、避雷器性能檢測、諧波檢測、高壓帶電指示大電流產(chǎn)生磁場：取電和測量高壓開關(guān)觸頭測溫取電、母線排接頭表面測溫取電、相間短路故障裝置取電和電流測量、間接采集電流信號非成像式紅外測溫：人體表面溫度檢測、非接觸測量高壓開關(guān)表面溫升成像式紅外測溫：熱成像儀非接觸測量方法：場強法和紅外法 2 基于場強法非接觸測量國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 （1）高壓線路核相 （2）避雷器的性能檢測 （3）高壓帶電顯示檢測設(shè)備 （4）高壓線路

4、諧波檢測 (5)高壓電纜頭連接處測溫設(shè)備 （6）變電站戶外高壓開關(guān) 2 基于場強法非接觸測量國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 （1）高（1）高壓線路核相方面的國內(nèi)外研究狀況 現(xiàn)狀：國內(nèi)：有線核相 國外：無線核相（只能核相不能測相位，無相關(guān)技術(shù)介紹） 有線方式存在問題：危險、操作復(fù)雜，無法隔墻檢測，對于帶有絕緣層的電纜也無法檢測。 方法：場強法測量高壓線路相位（1）高壓線路核相方面的國內(nèi)外研究狀況 現(xiàn)狀：國內(nèi)：有線高壓無線核相儀高壓無線相位檢測儀已獲國家實用新型專利2項.高壓無線核相儀高壓無線相位檢測儀已獲國家實用新型專利2項.（2）高壓帶電顯示設(shè)備上國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 用途：采用電容傳感器非接觸獲得高壓帶電體的電壓

5、信號, 作為高壓開關(guān)柜帶電指示器提供電能(有電時驅(qū)動指示燈閃爍),以及作為高壓開關(guān)柜-提升柜柜門驗電解鎖控制條件,作為高壓開關(guān)柜開柜操作孔驗電解鎖控制條件。 現(xiàn)狀：國內(nèi)外應(yīng)用于高壓開關(guān)柜帶電指示，技術(shù)相對成熟，但是應(yīng)用在高壓開關(guān)柜“五防”閉鎖裝置上,研制成功。 國內(nèi)常州帕斯菲克自動化有限公司推出新型五仿閉鎖裝置,解決了該領(lǐng)域的世界難題.（2）高壓帶電顯示設(shè)備上國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 用途：采用電容（3）避雷器性能檢測方面國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 現(xiàn)有方法： 國內(nèi)：主要采用監(jiān)測總泄漏電流法、補償法測阻性電流法、基次諧波法檢測阻性電流和三次諧波法等有線方式。 國外：主要采用基于有線方式的雙AT法和基于無線方式的溫度

6、測量法。 理想方法：有文獻（電力科學(xué)院）介紹可以用相位角法來判斷MOA劣化程度的正確性。 難點：無法直接獲得電壓和電流的相位差角。 方法（新）：基于場強法獲得電壓相位信號實現(xiàn)避雷器性能檢測 已獲國家發(fā)明專利授權(quán).（3）避雷器性能檢測方面國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 現(xiàn)有方法：（4）高壓電網(wǎng)諧波檢測方面國內(nèi)外研究現(xiàn)狀現(xiàn)有檢測手段：采用電壓互感器將高電壓信號轉(zhuǎn)換成可供采集的小電壓信號.現(xiàn)狀：主要通過測量變電站PT線端的電壓信號來間接反映線路上的諧波情況，這樣只能反映靠近變電站附近高壓電網(wǎng)線路的諧波情況。難點：無法直接獲得高壓電網(wǎng)的電壓信號。方法：利用場強法采用非接觸的無線方式直接獲得高壓電網(wǎng)的電壓信號，這樣給高

7、壓電網(wǎng)諧波檢測提供了一種全新的方法。 已獲國家發(fā)明專利授權(quán).（4）高壓電網(wǎng)諧波檢測方面國內(nèi)外研究現(xiàn)狀現(xiàn)有檢測手段：采用電 (5)高壓電纜頭連接處測溫設(shè)備現(xiàn)有檢測手段：采用紅外熱成像儀定期檢測.難點： ：無法實現(xiàn)在線檢測,主要問題是無法解決供電問題和無法解決利用電纜頭內(nèi)部溫度測量問題。方法：利用場強法采用電磁耦合方式獲得持續(xù)工作電能,利用外部溫度和內(nèi)部溫度剃度曲線關(guān)系來間接反映電纜頭內(nèi)部溫度，這樣給電纜頭連接處溫升的在線檢測提供了一種全新的方法。 (5)高壓電纜頭連接處測溫設(shè)備（6）變電站戶外高壓開關(guān)（非場強法）現(xiàn)有檢測手段：采用紅外熱成像儀定期檢測.難點： ：無法實現(xiàn)在線檢測,主要問題是無法解

8、決遠距離（6-10米）溫度測量問題。方法：利用紅外測量戶外高壓開關(guān)表面溫度，這樣給戶外高壓開關(guān)溫升的在線檢測提供了一種全新的方法。（6）變電站戶外高壓開關(guān)（非場強法）現(xiàn)有檢測手段：采用紅外熱二、場強法獲得高壓輸電線路電壓信號的基本理論 本課題所依據(jù)的基本理論為電磁場、電磁兼容、無線通信和電子技術(shù)等相關(guān)理論。 依據(jù)電磁場理論解決相位的采集問題，依據(jù)電磁兼容理論解決強磁場抗干擾問題，依據(jù)無線通信理論解決信號的傳輸問題，依據(jù)電子技術(shù)理論解決方法的實現(xiàn)問題。二、場強法獲得高壓輸電線路電壓信號的基本理論 （1）工頻電場計算原理 工頻交變電場，頻率為50（或60）Hz，其波長遠大于所研究場域的幾何尺寸，故

9、可以用靜電場的一般概念來分析。關(guān)于輸電線路及附近工頻電場的算法,根據(jù)“國際大電網(wǎng)會議第36.01工作組”推薦的方法，一般采用以鏡像法為理論基礎(chǔ)的等效電荷法。1、高壓輸電線路工頻電場的數(shù)學(xué)模型（1）工頻電場計算原理 工頻交變電場，頻率為 等效電荷法以靜電場的鏡像法為基礎(chǔ),其理論依據(jù)是場的惟一性定理： 離散化：把導(dǎo)體表面不均勻且連續(xù)分布的電荷用其內(nèi)部一組離散化的等效電荷來代替。 應(yīng)用疊加原理：將離散的模擬電荷在空間所產(chǎn)生的場量疊加。 （2）高壓輸電線路的簡化模型 模型簡化：認為輸電線是有著相同半徑，彼此間平行且對大地平行的無限光滑圓柱形導(dǎo)體，導(dǎo)線電壓是已知的，電荷分布沿線路無畸變。計算步驟： （1

10、）計算單位長度導(dǎo)線上的電荷； （2）計算由這些電荷產(chǎn)生的電場。（2）高壓輸電線路的簡化模型 模型簡化：認為輸電線是有著相同（3）單位長度導(dǎo)線上等效電荷的計算 采用麥克斯韋電位系數(shù)利用鏡像法計算輸電線上的等效電荷，可寫出下列矩陣方程：即 即 （3）單位長度導(dǎo)線上等效電荷的計算 采用麥克斯韋2 單相高壓輸電線路電場和電勢的計算 （1）導(dǎo)線表面或近距離空間電場強度的計算 當(dāng)導(dǎo)線單位長度的等效電荷量求出后，對于三相線路（m=3），通常有D/r100（D是相間距離）,當(dāng)忽略相距甚遠的其它兩相導(dǎo)線上電荷的影響時,導(dǎo)線的表面電場強度僅由本身電荷所決定,即有 根據(jù)實際需要，為了獲得高壓輸電線路電壓信號，主要考

11、慮單相導(dǎo)線表面或近距離空間場強變化的簡化模型，選擇對稱多相輸電系統(tǒng)的某相導(dǎo)線作為考察對象，電壓瞬時值為則電荷方程式表示成瞬時值形式為：2 單相高壓輸電線路電場和電勢的計算 （1）導(dǎo)線表面或近距（2） 單導(dǎo)線近距離空間電勢的計算 處于電場當(dāng)中的不同位置的兩點 和 間將產(chǎn)生電勢差即電壓差，對應(yīng)兩點與導(dǎo)線的垂直距離為 和 電場強度E與距離h的關(guān)系 （2） 單導(dǎo)線近距離空間電勢的計算 處于電場當(dāng)中的（3）三相高壓電力線路（單回路，水平排列）（3）三相高壓電力線路（單回路，水平排列）3 強磁場的電磁干擾及抗干擾方法 (1) 電磁干擾根源由于電暈放射出不同強度和不同頻率的電磁波，便形成對無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)母蓴_

12、根源。在進行實際相位檢測時，發(fā)送裝置在同高壓導(dǎo)線接觸或接近時會產(chǎn)生明顯的電暈現(xiàn)象。輸電線路電暈對無線電的干擾主要是指對無線電接收機的中波段(5351605kHz)內(nèi)的干擾。(2) 抗干擾措施 選擇高頻發(fā)射：發(fā)送模塊的頻率（433MHz和315MHz），頻率的選擇避開了高電暈噪聲電平，可以解決磁場抗干擾問題以及無線數(shù)據(jù)傳輸問題，同時 優(yōu)化電路設(shè)計 、采用屏蔽 、PCB的電子兼容設(shè)計。3 強磁場的電磁干擾及抗干擾方法 (1) 電磁干擾根源(2)基于場強法的高壓輸電線路電力參數(shù)課件四、高壓電力線路電壓波形信號無線發(fā)送裝置的設(shè)計 1發(fā)送裝置基本結(jié)構(gòu)設(shè)計 2電壓相位信號采集處理電路 四、高壓電力線路電壓

13、波形信號無線發(fā)送裝置的設(shè)計 1發(fā)送裝置基3 調(diào)制電路 4 發(fā)送模塊和發(fā)送裝置 3 調(diào)制電路 4 發(fā)送模塊和發(fā)送裝置 五、場強法應(yīng)用1:高壓線路相位差檢測1.相位檢測方法的選擇高壓線路無線核相器和高壓線路無線相位檢測儀五、場強法應(yīng)用1:高壓線路相位差檢測1.相位檢測方法的選擇高2場強法在高壓電力線路相位差檢測中的應(yīng)用（1）高壓電力線路無線核相儀的設(shè)計 接收裝置2場強法在高壓電力線路相位差檢測中的應(yīng)用（1）高壓電力線路無接收裝置的設(shè)計接收天線及信號采集 線處理電 路信號限幅及濾波電路接收模塊積分和窗口比較電路聲光顯示模塊頻率可調(diào)方波發(fā)生器 高壓無線相位檢測裝置接收裝置的原理框圖電網(wǎng)電壓相位差的采集

14、原理 接收裝置的設(shè)計接收天線及信號采集 線處理電 路信號限幅及濾波接收模塊 實測的發(fā)送模塊發(fā)送的電壓波形與接收模塊接收到的電壓波形圖 接收模塊 實測的發(fā)送模塊發(fā)送的電壓波形與接收模塊接收到的電壓接收裝置的實物圖 接收裝置的實物圖 高壓無線核相儀的試驗 高壓無線核相儀的試驗 2高壓電力線路無線相位檢測儀的設(shè)計 高壓電力線路無線相位檢測儀的總體結(jié)構(gòu) 接收裝置的原理結(jié)構(gòu) 正負相位檢測FPGA液晶模塊驅(qū)動電路接收模塊1接收模塊22高壓電力線路無線相位檢測儀的設(shè)計 高壓電力線路無線相位檢測接收裝置測量相位差的原理分析 信號2信號1相差信號高頻計數(shù)圖6.5 過零檢測法原理圖接收裝置測量相位差的原理分析 信

15、號2信號1相差信號高頻計數(shù)接收裝置的電路設(shè)計 實測頻率為315MHz的發(fā)送模塊與接收模塊接收到的電壓波形比較圖 實測頻率為433MHz的發(fā)送模塊與接收模塊與接收到的電壓波形比較圖 接收裝置的電路設(shè)計 實測頻率為315MHz的發(fā)送模塊與接收模接收裝置的實物圖接收裝置的實物圖高壓無線相位檢測儀的試驗 高壓無線相位檢測儀的試驗 輸入相位差為0時相位差測量值 輸入相位差為180時相位差測量值 輸入相位差為0時相位差測量值 輸入相位差為180時相位差基于場強法的高壓輸電線路電力參數(shù)課件基于場強法的高壓輸電線路電力參數(shù)課件六、場強法應(yīng)用2：氧化物避雷器性能檢測1.MOA工作原理分析 六、場強法應(yīng)用2：氧化

16、物避雷器性能檢測1.MOA工作原理分析2.用阻性電流和相位差大小判斷MOA性能優(yōu)劣 MOA閥片的劣化或老化反映為阻性電流增大，因此直接測量阻性電流能反映氧化鋅避雷器的健康狀況。 有文獻（電力科學(xué)院）介紹可以用相位角法來判斷MOA劣化程度的正確性。 大多數(shù)MOA阻性電流和相位角的測定均是采用雙輸入型的，同時輸入電壓和電流信號，然后通過所取電壓、電流信號的相互關(guān)系來求得相位角和阻性電流。2.用阻性電流和相位差大小判斷MOA性能優(yōu)劣 MO 用阻性電流法存在缺陷：（1）在實際當(dāng)中，由于相間干擾、諧波干擾或者帶電體電場等的影響，測得的和IR往往其結(jié)果并不是實際值，給MOA的判斷優(yōu)劣造成了一定的困難，容易

17、產(chǎn)生誤判；（2）同時由于阻性電流值非常小，變化值相對也很小，給準確測量造成很大的困難；（3）阻性電流值的大小受電網(wǎng)電壓波動有很大影響；（4）電壓信號獲取比較困難，原因是高壓線路不允許直接掛線取電壓信號，必須采用較遠處PT端取電壓信號，拖線很長，有時無法實現(xiàn)。 用阻性電流法存在缺陷：3.用相角法判斷MOA性能優(yōu)劣 由于用阻性電流大小判斷MOA性能檢測方法中存在的弊端，并且結(jié)合實際操作中的經(jīng)驗提出用相角差法來判斷MOA性能優(yōu)劣。根據(jù)IX和IR的關(guān)系，把IR的變化轉(zhuǎn)換成角度的變化，可以使MOA老化的判斷變得十分清晰、直觀。MOA全電流IX中，IC比IR大的多，當(dāng)IR增大時（不超過初始值的2倍），IX

18、的變化很小，因此從工程上可以把IX看作常數(shù)，這樣IR的變化就可用相位角的變化來描述。3.用相角法判斷MOA性能優(yōu)劣 由于用阻性電流大小判斷MOAIX COS COS IR（mA） IR2.5 80 0.1736 0.4342.5 81 0.1564 0.0172 0.391 0.0432.5 82 0.1392 0.0172 0.348 0.0432.5 83 0.1218 0.0174 0.305 0.0432.5 84 0.1045 0.0173 0.261 0.0442.5 85 0.0872 0.0173 0.218 0.043IR的變化量很小，而角度的變化量相對較大和直觀。 IX C

19、OS 4. 獲得角度差的方法 傳統(tǒng)方法：采取基波法基波法可以根據(jù)得到的基波電壓和全電流的基波測得角度 新型方法：采用場強法非接觸獲得電壓相位信號，利用無線檢測方法獲得相位差。 4. 獲得角度差的方法 傳統(tǒng)方法：采取基波法基波 七、下一步擬開展的研究工作： 基于網(wǎng)絡(luò)化的輸配電裝備智能監(jiān)控保護系統(tǒng) 的應(yīng)用研究 研究目的：利用無線傳感器技術(shù)構(gòu)建檢測平臺，將采集的數(shù)據(jù)及時傳遞到監(jiān)控中心，由于采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，為高壓輸電線路故障點準確判斷和切除提供可能，為輸配電系統(tǒng)智能化管理提供技術(shù)保障。 研究內(nèi)容：應(yīng)用于智能電網(wǎng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)平臺構(gòu)建技術(shù)研究 重點研究設(shè)計適應(yīng)于智能電網(wǎng)監(jiān)控的傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，為建成高