电力开题报告 -

华 北 电 力 大 学

毕 业 设 计(论 文)开 题 报 告

学生姓名： 班级： 电气化0812

所在院系： 电力工程系 所在专业：电气工程及其自动化(电力) 设计(论文)题目： 基于LabVIEW的电容型设备绝缘介损监测系统的研究

指导教师：

2012 年 3月23日

毕 业 设 计(论 文)开 题 报 告

一、结合毕业设计(论文)课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写不低于2000字的文献综述。(另附) 二、 本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段(途径)： (一)本课题要研究或解决的问题： 电容型设备绝缘的好坏对电力系统的安全运行具有重要意义，只有及时掌握设备的参数及其变化趋势，才能及时制定维修策略，减少损失。本文就电容型设备tan高精度测量方法、在线监测系统等进行了深入的研究，以解决电容型设备绝缘介损的在线监测的问题。 (二)拟采用的研究手段(途径)： 1.为了尽量减小直流分量，谐波分量以及非同步采样对测量tan的影响，本文提出了基于梯形插值积分原理的改进的傅立叶算法来计算tan，使得测量结果更加的准确。 2.针对目前电容型设备介质损耗在线监测系统中存在的主要问题，本文结合数字信号处理技术以及虚拟仪器技术，研制了一套基于LabVIEW的绝缘介损在线监测软件系统，对电气设备绝缘介质损耗角进行在线监测，掌握设备绝缘状况，及时处理故障，提高供电可靠性。 三、指导教师意见： 1． 对“文献综述”的评语： 2．对学生前期工作情况的评价(包括确定的研究方法、手段是否合理等方面)： 指导教师： 年 月 日 基于LabVIEW的电容型设备绝缘介损监测系统的研究

文献综述

0 前言

随着电力系统不断的发展变化，电力系统的安全、稳定对国家经济的发展和人们生活的影响越来越大。电容型设备是电力系统中的重要组成部分，电容型设备虽小，但它的绝缘性能的好坏会直接影响到供电的可靠性，很有可能引起电气设备发生事故，影响周围设备的性能，甚至可能造成重大事故。为了提高电力系统的安全稳定性，我国对电容型设备进行定期的绝缘预防性试验，但是这种预防性试验有着自身的局限性，因此提出了对电容型设备的绝缘介损进行在线监测的方法[1]-[4]。

绝缘介损的在线监测是指在设备不停电的情况下，利用传感器采集被测设备的特征量，实时提取故障的特征信号，并通过计算机软件进行数据分析、处理，对该设备的绝缘状况的优劣做出判断，从而达到预防事故的目的[错误!未定义书签。]。

在过去的几十年中，在线监测技术不断发展，国内外已经取得了许多成就。本文首先主要介绍在线监测技术的发展状况，介质损耗角的测量方法，并重点介绍其中的傅立叶算法的基本原理，然后介绍了LabVIEW的概念以及电容型设备绝缘在线监测系统的结构。

1 在线监测技术发展状况及趋势

1.1 发展状况

国外最早于1951年提出了在线监测的思想，20世纪60年代开始对设备绝缘在线监测技术进行研究；而国内发展较晚，对在线监测的研究开始于20世纪80年代，经过几十年的发展，国内已成功研制了一些在线监测装置。目前，国内外都已经研究出了一些在线监测装置[6]-[9]。 1) 美国

1951年，提出并研究了运行条件监测槽放电装置，这是最早提出的在线监测思想；20世纪60年代，美国研究了可燃性气体总量(TCG)监测装置，但是该装置不能检测潜伏性故障。美国麻省理工学院开发了变压器在线监测系统。光线红外技术监测变压器内部温度变化、变压器油中氢气浓度、电流互感器、电缆中局部放电监测装置已经研究成功。 2) 加拿大

1975年，加拿大研制了油中气体分析的在线监测装置；20世纪80年代，加拿大安大略水电局研究了成功应用于水轮发电机上的局部放电分析仪(PDA)；还研制了变电站设备故障预警系统(FAsE) ；魁北克水电局研究所研制的多参数监测系统(AIM)，

除了能监测局部放电、分析油中溶解气体组成及线路过电压外，还能自动诊断故障。 3) 日本

日本针对美国使用可燃性气体总量(TCG)监测装置不能检测潜伏性故障的缺陷，研究了气相色谱仪，有利于发现早期故障；20世纪70年代，日本研究了油中气体监测装置；20世纪80年代日本研究了可以实现故障点的定位的变压器局部放电自动监测仪。日本还在研究高灵敏度的传感器以及专家系统的多功能在线监测系统。目前日本已经掌握了变压器寿命诊断、GIS内部电晕、超声的监测项目的技术。 4) 前苏联

自20世纪70年代以来，前苏联的电容型设备绝缘监测和局部放电监测技术发展比较快。 5) 澳大利亚

澳大利亚昆士兰电力委员会研究了变电所设备在线监测装置(ITTD)，主要用来测量高压变电站设备的局部放电以及介质损耗角。 6) 中国

我国在线监测技术迅速发展，自上世纪80年代以来，各省电力公司都研究了主要监测电力设备介质损耗、三相不平衡电流以及电容值的在线监测装置；一些电力科学研究院也在不断的研究电容型设备绝缘介损和局部放电的在线监测系统。我国于1990年底研制了一套“JFY-1型便携式数字化局部放电在线监测装置”。我国也已研制出变电站高压设备绝缘在线监测、变压器局部放电和油中色谱分析、设备红外测温等装置。 1.2 发展趋势

通过上节在线监测技术国内外的研究现状来看，大部分的监测系统运行并不十分可靠，存在着一些问题，今后在线监测系统的发展趋势可能为：

1) 传感器的可靠性和精度提高。传感器在绝缘在线监测系统监测各种物理量，其抗干扰能力较差，易受湿度、温度以及电磁干扰的影响，可能会导致监测的信号畸变，影响绝缘介质损耗角的准确度，因此，为了测量的有效性，需要灵敏度高、抗干扰能力强的传感器；

2) 系统研制越来越规范化。不同厂家研制的监测系统配有与之相应的软件系统，技术标准，接口规约不统一，不能共用信息。标准规范化就显得越来越重要。

3) 信息采集处理技术。在设备运行时周围有着强大的电磁干扰，传感器所测的物理量的传输方式就待于进一步研究。

4) 故障诊断方法的不断改进。

5) 数字信号分析和处理技术广泛应用。在进行电气量监测时，会受到各种干扰信号的影响，引起测量误差。利用数字信号处理技术就可以适当的消除一部分干扰，使得测量结果更加的准确[10]。

2 介质损耗角的测量

2.1 几种国内外常用的测量介损角的方法

tan就是流经试品的电流和运行电压的向量间的角度差的余角。国内外测量介

质损耗角的方法分为在线测量和离线测量。其中，传统的测量方法包括电桥法、谐振回路法、瓦特表法以及伏安法，都不适合在线测量，除了西林电桥，其他的方法基本已经淘汰。在线测量可通过“硬件”和“软件”两种方式实现。采用硬件方式主要是用于分散式检测装置，实现的方法主要是瓦特表法、过零电压比较法、过零点时差比较法、西林电桥法；常用的软件方法主要用在集中分布式监测系统，具体方法有正弦波参数法、谐波分析法、相关法以及改进、正弦拟合法、谐波改进法、小波变换、傅立叶算法及其补偿算法等[10]-[23]。 2.2 傅立叶算法的基本原理

实际试验中，待测设备的电流、电压信号中除了含有基波分量外，还会含有一些谐波分量和直流分量，它们对介质损耗角的高精度的测量有着不可忽略的影响。傅立叶算法利用了三角函数的正交性，通过将试验设备的50Hz的电压、电流正余弦函数与采样信号进行周期积分，可以很有效的消除了谐波分量和直流分量的影响，最后得到了只含有基波分量的电流、电压信号的相位和幅值信息，从而可以求的介质损耗角。

但是由于在实际测量过程中，电网的频率不断的发生变化，会对介质损耗角的测量精度有一定影响，所以为了使傅立叶算法更加的精确，必须对该方法进行改进，尽量消除系统频率波动的影响[23]。

3 基于LabVIEW的电容型设备介损监测系统的理论及应用

3.1 虚拟仪器的概念

虚拟仪器(Virtual Instrument，VI)实质上是虚拟现实中某种功能意义的仪器，它是由美国国家仪器公司提出来的，它突破了传统仪器的概念，是在仪器技术、现代计算机技术、以及其他相关技术的基础上发展而成的一门新技术。虚拟仪器是在基本硬件的支持下，利用计算机的数据处理能力，通过软件代替传统仪器的硬件来完成数据的采集、控制、分析及处理等功能[24]。 3.2 LabVIEW的概念

LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)是可以建立、检测和修改仪器系统的图形软件系统，它是一种图形化的编程语言，称为“G”语言。LabVIEW是面向用户的工具，与传统的编程语言相比，使用图形语言编程，无需太多的经验，简单易学，并且界面直观，开发周期短，具有很好的发展前景[24]。 3.3 电容型设备介损监测系统的结构框图

采用分层、模块的思想，将整个软件系统分为三大部分，分别为：友好型图形界面系统，核心数据监测系统以及数据查询系统[25]。这个系统的具体框架如图1所示。

图形界面系统主要是面向客户的，所以界面要友好。一次设备接线图能够直观、形象地反映设备的运行状态，应用广泛。

监测系统通过特定设备和软件进行数据采集，又通过特定的算法和设备对数据分析、处理和计算，并将结果返回到设备信息记录数据库并储存起来。

数据查询系统可在一定条件下对各种数据库表进行修改、删除，也可查询当日数据、历史数据或者查询故障记录等。

图1电容型设备介损监测系统的结构框图

3.4 基于LabVIEW的电容型设备介损监测系统的应用

整个系统的设计思想是“软件就是仪器”，硬件系统是传感器获得待测信号，经过转换后输入到数据采集卡中进行采集，数据采集卡通过USB总线将数据传输到计算机中[26]；软件系统是利用LabVIEW图形化编程的虚拟仪器技术编写程序，编写了和硬件系统对应的程序，人机界面友好，操作简便。基于LabVIEW的电容型设备介损监测系统可以实现数据采集与处理、信息的查询、远程监控等功能[27]。

4 总结

1) 首先介绍了在线监测技术的发展状况和趋势以及国内外常用的介质损耗角的测量方法，并重点介绍了傅立叶算法。傅立叶算法能很好的消除直流和谐波分量的影响，但是不能消除电网频率波动的影响，为了得到更精确的介质损耗角，需对该算法进行改进，可以采用基于梯形插值积分的改进的算法。

2) 介绍了虚拟仪器和LabVIEW的概念，阐述了电容型设备介损监测软件系统的结构，并且阐述了基于LabVIEW的电容型设备介损监测系统的应用，从而理解电气设备绝缘介损在线监测的基本原理。

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