基于cv的電暈損失監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于cv的電暈損失監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

0特高壓線路電暈特性測試項(xiàng)目當(dāng)電源線路周圍的林場強(qiáng)度超過空氣接觸面積時(shí)，附近導(dǎo)線附近的空氣會(huì)產(chǎn)生電氣分離，并形成電頭暈。因電暈放電產(chǎn)生的帶電離子在交變電壓作用下(在導(dǎo)線周圍往返運(yùn)動(dòng),伴隨著空氣電離還會(huì)產(chǎn)生光和無線電干擾,這些效應(yīng)消耗的能量,統(tǒng)稱為電暈損失。在確定1000kV特高壓輸電線路導(dǎo)線結(jié)構(gòu)時(shí),不僅要考慮導(dǎo)線通過電流時(shí)的電阻損耗,而且要考慮不同導(dǎo)線結(jié)構(gòu)條件下的電暈損失。在某些特殊條件下,線路通過地區(qū)氣候非常惡劣,雨、雪、霜、霧天氣占全年的比例很大,電暈損失造成的電能總損失可能成為主要的控制因素。輸電線路電暈損失研究是我國1000kV特高壓輸變電工程的關(guān)鍵技術(shù)之一。到目前為止,我國特高壓輸電線路的電暈損失測量工作開展較少,特高壓電暈損失的相關(guān)計(jì)算基本參考國外的相關(guān)數(shù)據(jù)。然而,國外這類特高壓電暈損失試驗(yàn)持續(xù)的時(shí)間較短、試驗(yàn)經(jīng)歷的氣象條件還不周全,導(dǎo)致試驗(yàn)數(shù)據(jù)很不完備,需要進(jìn)一步開展長時(shí)間的試驗(yàn)和實(shí)測研究。早期的電暈損失測量經(jīng)常使用經(jīng)改裝為自動(dòng)平衡的西林電橋進(jìn)行測量,且在進(jìn)行試驗(yàn)線段的測量時(shí)需要反接,電橋處于高電位區(qū)。這種測量方法操作不方便,對(duì)人身和設(shè)備存在一定的安全隱患,很難實(shí)現(xiàn)長時(shí)間不同氣候條件下的實(shí)時(shí)在線檢測。隨著光纖技術(shù)、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和計(jì)算機(jī)測試技術(shù)的發(fā)展,使研制一套具有接線簡單、操作方便、安全可靠、長期實(shí)時(shí)監(jiān)測特點(diǎn)的光纖數(shù)字化特高壓電暈損失監(jiān)測系統(tǒng)成為可能。我國特高壓交流試驗(yàn)基地的建成,為我國特高壓技術(shù)的研究提供了很好的試驗(yàn)條件。特高壓交流單回和同塔雙回試驗(yàn)線段的長度約為1km,試驗(yàn)線段均由2基耐張塔和2基直線塔組成“耐—直—直—耐”3個(gè)檔距,其桿塔結(jié)構(gòu)形式采用我國特高壓輸電線路工程中將使用的典型塔型。桿塔橫擔(dān)上等間隔地設(shè)置了多個(gè)導(dǎo)線懸掛點(diǎn),為導(dǎo)線相間距離的調(diào)整提供條件,相間距離調(diào)整范圍可達(dá)4m。單回試驗(yàn)線段采用8×LGJ-500/35分裂導(dǎo)線,同塔雙回試驗(yàn)線段采用8×LGJ-630/55分裂導(dǎo)線,單回和同塔雙回試驗(yàn)線段并行架設(shè),試驗(yàn)線段中心相距100m。利用特高壓試驗(yàn)線段,可開展特高壓輸變電工程對(duì)電磁環(huán)境的影響、特高壓輸電線路電暈特性試驗(yàn)等研究。為了研究特高壓輸電線路電暈損失規(guī)律,需對(duì)不同氣象條件下特高壓試驗(yàn)線段電暈損失展開長期監(jiān)測,本文針對(duì)特高壓交流單回試驗(yàn)線段設(shè)計(jì)研制了一套電暈損失監(jiān)測系統(tǒng),考慮到導(dǎo)線布置的對(duì)稱性,應(yīng)用本系統(tǒng)對(duì)A相(邊相)和B相(中相)電暈損失進(jìn)行監(jiān)測。1硬件設(shè)計(jì)1.1特高壓基地電暈損失監(jiān)測系統(tǒng)本文設(shè)計(jì)的光纖數(shù)字化電暈損失監(jiān)測系統(tǒng)基本思想是:通過混合型光供電電子式電流互感器實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)線段電流的地面安全可靠測量;采用戶外高精度電容分壓器實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)線段電壓的準(zhǔn)確可靠測量;電壓和電流信號(hào)均采用光纖傳輸,在準(zhǔn)確提取電壓電流信號(hào)的基礎(chǔ)上,結(jié)合現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和虛擬儀器技術(shù)實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)線段電暈損失的長期實(shí)時(shí)在線測量。特高壓基地電暈損失監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。圖中,T1為特高壓變壓器;C1為高壓電容;C2為中壓電容;T為測量繞組;Lk為補(bǔ)償電抗器。電流提取回路中,基于混合型光供電電子式電流互感器OPCT16實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)線段電流的地面安全可靠測量。光纖電流互感器采用光纖連接高壓端和低壓端,具有簡單的絕緣結(jié)構(gòu)和優(yōu)良的絕緣性能。電壓提取回路中,特高壓試驗(yàn)線段電壓通過1000kV特高壓電容式電壓互感器(CVT)和一個(gè)用于二次分壓的高精度小電壓互器進(jìn)行測量,而后通過電光轉(zhuǎn)換和光電轉(zhuǎn)換技術(shù),采用光纖傳輸電壓信號(hào)。1000kVCVT如圖2所示。在工業(yè)控制計(jì)算機(jī)上基于“軟件即設(shè)備”思想,采用虛擬儀器技術(shù),應(yīng)用DAQ-2006高精度多通道高速同步數(shù)據(jù)采集卡實(shí)現(xiàn)電壓電流信號(hào)測量的同時(shí)性,配置合理的信號(hào)調(diào)理模塊,獲得精確的表征電暈損失的電壓電流原始數(shù)據(jù)。分析程序的算法基于數(shù)字信號(hào)處理為主的數(shù)據(jù)處理思想,采用正弦波算法,求解試驗(yàn)線段電壓和電流之間的功率因數(shù)夾角,進(jìn)一步獲得準(zhǔn)確的電暈損失測量結(jié)果。1.2精密電阻式電流傳感器的基本原理本文采用混合型光供電電子式電流互感器OPCT16測量特高壓試驗(yàn)線段電流,采用定制的大功率精密無感電阻串入特高壓試驗(yàn)線段導(dǎo)線作為電阻式電流傳感器,這樣可以保證傳感元件本身不被瞬態(tài)電壓和電流破壞且可以保證波形沒有畸變,避免了磁光式光學(xué)電流互感器傳感頭光路的復(fù)雜性,準(zhǔn)確度與環(huán)境溫度變化密切有關(guān)等技術(shù)難點(diǎn),同時(shí)結(jié)合了光纖傳輸系統(tǒng)的高絕緣性、抗電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)。精密電阻式電流傳感器將特高壓試驗(yàn)線段的電流轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào),經(jīng)電子線路調(diào)制成數(shù)字電信號(hào),再由光電轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)化為數(shù)字光信號(hào),經(jīng)光纖傳送到低壓端解調(diào)恢復(fù)成與待測電流成比例的弱電信號(hào),并獲得電流幅值和相位信息。其原理圖如圖3所示。2軟件方案的設(shè)計(jì)2.1u3000電流相長為電暈損耗公式P=UIcosφ,式中,U為相電壓有效值;I為試驗(yàn)線段空載電流有效值;φ為功率因數(shù)角。關(guān)鍵是求出φ。其中電流表達(dá)式為i(t)=Imsin(ωt+φi),相電壓表達(dá)式為u(t)=Umsin(ωt+φu)。式中,Im為電流幅值;Um為電壓幅值;φi為電流相位;φu為電壓相位;ω為角頻率。i(t)和u(t)可展開為:i(t)=D0sinωt+D1cosωt；u(t)=C0sinωt+C1cosωt。i(t)=D0sinωt+D1cosωt；u(t)=C0sinωt+C1cosωt。式中,D0=Imcosφi,D1=Imsinφi,C0=Umcosφu,C1=Umsinφu,由此可得:φi=arctanD1D0;φu=arctanC1C0;φ=φi?φu。φi=arctanD1D0;φu=arctanC1C0;φ=φi-φu。T為基波的一個(gè)周期,利用三角函數(shù)的正交性,可導(dǎo)出D0,D1,C0,C1的公式:2.2高精度電暈測量的測量系統(tǒng)程序基于虛擬儀器技術(shù)“軟件即設(shè)備”思想,應(yīng)用LabVIEW軟件編程。首先初始設(shè)置數(shù)據(jù)采集卡參數(shù),然后對(duì)從電流提取回路和電壓提取回路中提取的電流、電壓信號(hào)進(jìn)行高精度同步采集,而后以測量系統(tǒng)中存在的固有誤差為準(zhǔn),對(duì)測量信號(hào)進(jìn)行移相,從而進(jìn)一步提高準(zhǔn)確度,然后應(yīng)用正弦波法計(jì)算功率因數(shù)角,進(jìn)而求出電暈損失值,程序流程如圖4所示。軟件主界面如圖5所示,監(jiān)測界面如圖6所示。3電流傳感誤差整套監(jiān)測系統(tǒng)的誤差主要來源于混合型光供電電子式電流互感器OPCT16的光電模塊誤差,以及1000kVCVT的誤差。為了保證能夠準(zhǔn)確監(jiān)測試驗(yàn)線段電暈損失,測試其誤差,誤差包括角差和比差。3.1a差b設(shè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)幅值為A1,待測信號(hào)幅值為A2,則比差ε表示為ε=A2?A1A1。ε=A2-A1A1。設(shè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)相位為α1,待測信號(hào)相位為α2,則角差αe表示為αe=α2?α1。αe=α2-α1。3.2誤差測試結(jié)果在電流信號(hào)測量和電壓信號(hào)傳輸中,均采用OPCT16的光電模塊部分OPDL-16。在試驗(yàn)室內(nèi),加入移相模塊后分別對(duì)A、B、C三相模塊誤差進(jìn)行測試,測得誤差結(jié)果如表1所示。OPDL-16測量誤差小,最大角差為0.847′,最大比差為0.16%,可以滿足0.2級(jí)測量精度,能夠應(yīng)用OPCT16準(zhǔn)確測量特高壓試驗(yàn)線段電流。電壓和電流信號(hào)均采用光纖傳輸,兩個(gè)OPDL-16模塊的測量角差可以相互抵消,進(jìn)一步減小了監(jiān)測系統(tǒng)的測量誤差,并且使得信號(hào)在傳輸過程中避免受到電磁干擾。3.31電容器校核試驗(yàn)在國網(wǎng)電科院特高壓戶外場對(duì)1000kVCVT誤差特性進(jìn)行研究,通過用SE-E1100-50戶外高壓標(biāo)準(zhǔn)電容器構(gòu)成的可移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)電容分壓器校核,測得不同試驗(yàn)電壓下1000kVCVT測量誤差如表2所示。1000kVCVT在80%、100%、120%UN下(其中UN為額定電壓,其值為1000/3√kV)1000/3kV),測量誤差小,最大角差為3.8′,最大比差為0.152%,滿足0.2級(jí)準(zhǔn)確等級(jí)的要求。4特高壓交流單回試驗(yàn)線路電暈損失功率通過對(duì)監(jiān)測系統(tǒng)誤差進(jìn)行分析,說明整套監(jiān)測系統(tǒng)滿足0.2級(jí)準(zhǔn)確等級(jí)的要求,可以準(zhǔn)確測量特高壓交流試驗(yàn)線段電暈損失。在特高壓交流試驗(yàn)基地特高壓交流單回試驗(yàn)線段A相和B相導(dǎo)線安裝電暈損失監(jiān)測系統(tǒng),在晴天和陰天氣象條件下測得電暈損失功率如表3所示。其中,Pa為平均電暈損失功率;Pmax為最大電暈損失功率。經(jīng)過一段時(shí)間的實(shí)際運(yùn)行考驗(yàn),本系統(tǒng)可在不同天氣條件下對(duì)特高壓試驗(yàn)線段