相關(guān)申請的交叉引用

本申請要求于2014年12月1日提交的美國臨時(shí)申請no.62/123,860的優(yōu)先權(quán)的權(quán)益，通過引用將該美國臨時(shí)申請的全部內(nèi)容并入本文。

本專利文獻(xiàn)涉及用于高壓套管的主動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)及其相關(guān)方法。特別地，本專利文獻(xiàn)涉及用于變壓器、電抗器和電容器式套管的主動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)以及制造和使用該主動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)的方法。本文描述的實(shí)施例可以用于配備有測試抽頭的任何套管。

背景技術(shù)：

在電力領(lǐng)域中，套管是絕緣裝置，其允許電導(dǎo)體安全地通過(通常)接地的導(dǎo)電屏障，諸如變壓器、斷路器或電抗器的外壁。電容器套管是其中金屬或非金屬導(dǎo)電層布置在絕緣材料內(nèi)的套管，以用于通過電容分級在軸向和徑向上控制套管的電場分布的目的。在許多情況下，套管可能以非常高的電壓使用，使得套管中的故障可能導(dǎo)致電弧作用和附接的裝置的災(zāi)難性故障。因此，套管的測試和監(jiān)測是非常有利的。

在線變壓器監(jiān)測的當(dāng)前解決方案是被動(dòng)系統(tǒng)，其只能為通電套管的內(nèi)部電容器部分提供套管電容和功率因數(shù)值。變壓器和通電套管的外部電容器部分的電容和功率因數(shù)值不能被測量。本文描述的實(shí)施例是本領(lǐng)域中解決或至少改善現(xiàn)有技術(shù)的一些缺點(diǎn)的顯著改進(jìn)。

圖1示出了包括電容器式套管10、被動(dòng)傳感器20和監(jiān)測處理器30的套管監(jiān)測系統(tǒng)的現(xiàn)有設(shè)計(jì)。高壓電容器式套管10可以被設(shè)計(jì)成各種各樣的構(gòu)造，并且本文的描述不旨在描述所有可能的設(shè)計(jì)類型。然而，目前制造的大部分高壓電容器式套管10被構(gòu)造有被稱為c1的內(nèi)部電容式電容器部分12和被稱為c2的外部電容式電容器部分14。這些套管部分c1和c2圍繞套管的中心導(dǎo)體11徑向纏繞。內(nèi)部c1部分12包括總電容器13的大部分。電容器13的外部c2部分14通常僅包含完整電容器13中的總層數(shù)的5％至10％。該類型的套管10通常配備有外部抽頭連接件16，其耦合到內(nèi)部c1部分12和外部c2部分14之間的箔層。抽頭16可以由幾個(gè)不同的名稱引用，諸如測試抽頭、電容抽頭、電壓抽頭、功率因數(shù)抽頭或其它命名。為了本文的目的，我們將把抽頭16稱為測試抽頭。

套管電容器13的內(nèi)部c1部分12提供電容結(jié)構(gòu)，其旨在從通電內(nèi)部導(dǎo)體11到內(nèi)部c1部分12的外層提供一致的電壓應(yīng)力梯度。當(dāng)套管10在使用時(shí)，內(nèi)部c1部分12的外層通常連接到地18。內(nèi)部c1部分12的接地通常通過將蓋部附接到測試抽頭16來實(shí)現(xiàn)。蓋部將測試抽頭16電連接到套管的接地金屬凸緣。

在許多電容器設(shè)計(jì)中，外部c2部分14的外層也是接地的。在這樣的實(shí)施例中，套管10的外部c2部分14的外層可以包括連接到套管10的接地金屬凸緣的導(dǎo)電箔。當(dāng)該類型的套管10在使用中并且測試抽頭蓋部被安裝時(shí)，c2電容器部分14在內(nèi)層和外層上直接或有效地接地。然而，在一些套管中，通常在被設(shè)計(jì)用于較低電壓的套管中，外層可以是不接地的，并且通過絕緣流體或電介質(zhì)與套管10的接地金屬凸緣分開。

通常，c1和c2套管電容器部分12和14具有皮法拉范圍內(nèi)的電容值，這導(dǎo)致通過電容器13的高阻抗和低泄漏電流。通常，由于電容器13中的低功率損耗，c1和c2電容器部分12和14也具有通常在0.2％至0.5％范圍內(nèi)的低功率因數(shù)值。

在正常制造過程期間，測試c1和c2套管部分12和14的電容和功率因數(shù)。這確保了套管部分12和14被制造得無缺陷。此外，可以在安裝套管之后執(zhí)行現(xiàn)場測試，以檢測電容器10的惡化或損壞。如果電容器10充分惡化，則套管13能夠?yàn)?zāi)難性地發(fā)生故障，這能夠?qū)е轮卮蟮脑O(shè)備損壞或該地區(qū)工人的不安全狀況。通常，執(zhí)行離線測試和在線監(jiān)測，目的是在故障發(fā)生之前檢測這種惡化。

套管通常用于變壓器或電抗器。變壓器或電抗器繞組具有表示每個(gè)繞組到變壓器的接地部分、或變壓器內(nèi)部不同繞組之間的絕緣質(zhì)量的自電容和互電容。每個(gè)繞組具有是繞組的物理尺寸和間隙以及絕緣條件的函數(shù)的對地電容。對于高電壓(“hv”)繞組，其傳統(tǒng)上被稱為ch。對于低電壓(“l(fā)v”)繞組，其傳統(tǒng)上稱為cl。并且hv和lv繞組之間的電容傳統(tǒng)上被稱為chl。可以對具有hv、lv和三次電壓(tv)繞組的三繞組變壓器進(jìn)行類似命名，以提供ch、cl、ct、chl、cht和clt值。

當(dāng)設(shè)備未被使用時(shí)，已經(jīng)對變壓器、電抗器和套管執(zhí)行了幾年離線測試。為了測試電容器式套管的內(nèi)部c1部分12，套管的測試抽頭蓋部被移除，并將測試電壓施加到中心導(dǎo)體11，并從測試抽頭16測量所得到的電流大小和相對相位角。為了測試外部c2部分14，測試抽頭16被通電，并且測量來自套管的接地金屬凸緣的所得到的電流的大小和相對相位角。對較高電壓套管的離線測試通常以顯著降低的電壓電平執(zhí)行，因?yàn)槭褂帽銛y式現(xiàn)場測試設(shè)備產(chǎn)生額定套管電壓是不實(shí)際的。離線變壓器測試以相同的降低的測試電壓電平執(zhí)行，并且電壓施加到套管的頂部端子，并且測量所得到的電流大小和相位角偏移，以計(jì)算每個(gè)繞組的電容和功率因數(shù)值。

當(dāng)設(shè)備通電并使用時(shí)，在線套管監(jiān)測已經(jīng)執(zhí)行了較短的時(shí)間。當(dāng)前技術(shù)將被動(dòng)傳感器20連接到測試抽頭16，并且當(dāng)套管10被電力系統(tǒng)通電時(shí)，測量所得到的測試抽頭電流大小和相位角。如圖1所示，典型的被動(dòng)傳感器20包括分流電阻器或電容器22(標(biāo)記為“a”)和電壓抑制器24(標(biāo)記為“b”)。該方法僅測量通過電容器13的內(nèi)部c1部分12的工頻電流26(標(biāo)記為“ip”)，因此可以僅確定c1電容和功率因數(shù)。電容器13的外部c2部分14和變壓器繞組電容都不能用當(dāng)前方法來監(jiān)測。

另外，具有y形繞組連接的變壓器可以具有直接或通過阻抗連接到接地的中性套管，以穩(wěn)定三相電壓并將相對地電壓限制到安全電平。這些中性套管可以用離線測試設(shè)備進(jìn)行測試，但是由于中心導(dǎo)體11被有效地接地并且在測試抽頭16處沒有產(chǎn)生電壓和電流，所以可以利用現(xiàn)有技術(shù)在線監(jiān)測套管10的內(nèi)部c1部分12和外部c2部分14。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于上述情況，根據(jù)本專利文獻(xiàn)的一方面的目的是提供一種允許完全在線測試的新的主動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)。在優(yōu)選實(shí)施例中，系統(tǒng)將測量并監(jiān)測每個(gè)通電的中性套管的內(nèi)部c1部分和外部c2部分電容以及每個(gè)變壓器或電抗器繞組的自電容和互電容。優(yōu)選地，方法和設(shè)備解決或至少改善上述一個(gè)或多個(gè)問題。為此，提供了一種用于監(jiān)測包括套管的電力系統(tǒng)中的絕緣部件的系統(tǒng)。在一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)包括：與套管的測試抽頭電連通的1khz或更大的電壓源；以及傳感器，其電耦合到系統(tǒng)以測量由傳輸通過套管的電容器部分的1khz或更大的電壓所產(chǎn)生的高頻電流的電流大小和相位角。系統(tǒng)可以用于監(jiān)測相位套管或中性套管。

在優(yōu)選實(shí)施例中，系統(tǒng)還包括耦合到測試抽頭的主動(dòng)傳感器，主動(dòng)傳感器包括電耦合到測試抽頭的電路，其中電路包括將電路分成高頻總線和工頻總線的高通濾波器。

在一些實(shí)施例中，電壓源為20khz或更大。在其它實(shí)施例中，電壓源的頻率為50khz或更大。在其它實(shí)施例中，可以使用60khz或更大、100khz或更大或150khz或更大的頻率。在其它實(shí)施例中，可以使用高達(dá)1mhz的頻率。

在本文所述的本發(fā)明的另一方面中，提供了一種用于監(jiān)測包括套管的通電系統(tǒng)中的絕緣部件的方法。在優(yōu)選實(shí)施例中，該方法包括：將1khz或更大的高頻電壓注入到套管的測試抽頭中；測量套管的電容器部分中的由高頻電壓產(chǎn)生的高頻電流的電流大小和相位角；以及根據(jù)所測量的電流大小和相位角確定套管的適當(dāng)電容器部分的電容和功率因數(shù)。該方法可以用于相位套管或中性套管中。

在另一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種用于監(jiān)測包括套管的電力系統(tǒng)中的絕緣部件的系統(tǒng)。在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)包括：耦合到套管的測試抽頭的主動(dòng)傳感器，主動(dòng)傳感器包括電耦合到測試抽頭的電路，其中電路包括將電路分成高頻總線和工頻總線的高通濾波器，工頻總線包括分流器；經(jīng)由高通濾波器與高頻總線和測試抽頭電連通的高頻電壓源；以及監(jiān)測器，其電連接到主動(dòng)傳感器以允許跨分流器的電壓測量和高頻總線上的電流測量。

在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)還包括耦合到套管的頂部的第一高頻電流變壓器和耦合到套管的底部的第二高頻電流變壓器。

在一些實(shí)施例中，工頻總線電耦合到主動(dòng)傳感器的主體。在一些實(shí)施例中，主動(dòng)傳感器的電路還包括將測試抽頭電連接到傳感器主體的電阻器。在其中一些實(shí)施例中，電阻器具有大約100kω的電阻。

在其它實(shí)施例中，系統(tǒng)還包括與套管的電網(wǎng)側(cè)上的中心導(dǎo)體電連通的電場測量裝置。

在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)還包括與監(jiān)測器電連通的參考電壓源。在一些實(shí)施例中，參考電壓源是與套管的頂部電連通的電容耦合的電壓變壓器或電位變壓器。

在一些實(shí)施例中，具有不同頻率的不同高頻電壓可以被注入套管的測試抽頭中。在一些實(shí)施例中，高頻電壓源被設(shè)計(jì)成在分開大約50khz的兩個(gè)分離的頻率下提供電壓。

在本專利文獻(xiàn)的發(fā)明的另一方面中，提供了一種用于監(jiān)測通電系統(tǒng)中的絕緣部件的方法。在一些實(shí)施例中，該方法包括：將主動(dòng)傳感器附接到套管測試抽頭，主動(dòng)傳感器包括電路，電路具有將電路分成電力總線電路和頻率總線電路的高通濾波器；經(jīng)由頻率總線電路將高頻電壓注入測試抽頭；測量傳感器主體中的由高頻電壓產(chǎn)生的高頻電流的電流大小和相位角；以及根據(jù)所測量的電流大小和相位角確定套管的外部電容器部分的電容和功率因數(shù)。

在該方法的一些實(shí)施例中，該方法還包括：測量電力總線電路中的跨分流器的電壓；根據(jù)跨分流器的電壓確定第一電流大小和第一相位角；以及根據(jù)所測量的第一電流大小和第一相位角確定套管的內(nèi)部電容器部分的電容和功率因數(shù)。

在一些實(shí)施例中，該方法還包括從參考電壓源測量電壓大小和相位角，并將所測量的電壓大小和相位角與第一電流大小和第一相位角進(jìn)行比較，以確定套管的內(nèi)部電容器部分的電容和功率因數(shù)。在不同的實(shí)施例中，參考電壓源可以是不同的。在一些實(shí)施例中，參考電壓源由電場測量和發(fā)射裝置供應(yīng)，該電場測量和發(fā)射裝置與套管的電網(wǎng)側(cè)上的中心導(dǎo)體電連通。在其它實(shí)施例中，參考電壓源是從變壓器硬布線的。在其它實(shí)施例中，參考電壓源由與套管的電網(wǎng)側(cè)的中心導(dǎo)體電連通的電容耦合的電壓變壓器供應(yīng)。在另外的其它實(shí)施例中，參考電壓源由與套管的電網(wǎng)側(cè)的中心導(dǎo)體電連通的電位變壓器供應(yīng)。

在許多實(shí)施例中，該方法還包括從與套管的電網(wǎng)側(cè)的中心導(dǎo)體電連通的高頻電流變壓器接收參考電流大小和相位角，并使用參考電流大小和相位角來確定套管的內(nèi)部電容器部分的電容和功率因數(shù)。

在典型的實(shí)施例中，注入的高頻電壓具有在約1khz和100khz之間的頻率。在其它實(shí)施例中，可以使用其它頻率。

在許多實(shí)施例中，監(jiān)測系統(tǒng)可以監(jiān)測除套管之外的變壓器和/或電抗器的方面。在這些實(shí)施例中的一些實(shí)施例中，高頻電壓是不接地的，并且該方法還包括測量第二套管的第二測試抽頭處的電壓，其是傳輸通過變壓器或電抗器的所注入的不接地的高頻電壓的結(jié)果，并且該方法還包括計(jì)算變壓器或電抗器的chl。在監(jiān)測變壓器和/或電抗器的方法中，該方法還可以包括計(jì)算chl電容和功率因數(shù)值。

通過下面的以示例的方式示出各種實(shí)施例的具體實(shí)施方式和附圖，將更好地理解本文公開的設(shè)備和方法的其它方面、目的、期望特征和優(yōu)點(diǎn)。然而，應(yīng)當(dāng)明確地理解，附圖僅僅是為了例示的目的，并不旨在作為所要求保護(hù)的發(fā)明的限制的定義。

附圖說明

圖1示出了包括電容器式套管、被動(dòng)傳感器和監(jiān)測處理器的套管監(jiān)測系統(tǒng)的當(dāng)前設(shè)計(jì)；

圖2示出了用于主動(dòng)監(jiān)測相位套管的系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例；

圖3示出了用于主動(dòng)監(jiān)測中性套管的系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例；

圖4示出了用于在系統(tǒng)中主動(dòng)監(jiān)測套管、變壓器或電抗器的主動(dòng)傳感器的一個(gè)實(shí)施例；

圖5示出了與用于主動(dòng)監(jiān)測套管的系統(tǒng)一起使用的監(jiān)測器/處理器108的功能操作的一個(gè)實(shí)施例；

圖6示出了電場測量和發(fā)射裝置的一個(gè)實(shí)施例的功能剖視圖；

圖7示出了三相雙繞組變壓器，其具有被布線用于主動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)中的六個(gè)電容器式套管；

圖8a示出了被分開并耦合到套管的螺栓型頂部端子的hfct；

圖8b示出了被分開并耦合到套管的螺柱型頂部端子的hfct；

圖9示出了將高壓套管c1信號的信號路徑突出顯示為虛線的單相變壓器模型；

圖10示出了使用電容耦合的電壓變壓器或電位變壓器作為參考的套管c1電容和功率因數(shù)的測量電路；

圖11示出了顯示用于測量hv套管c2和變壓器ch、chl和cl的注入的信號路徑的單相變壓器模型；

圖12示出了顯示xv套管c1信號的信號路徑的單相變壓器模型；

圖13示出了顯示用于測量xv套管c2和變壓器ch、chl和cl的注入的信號路徑的單相變壓器模型；

圖14示出了顯示用于測量變壓器402的chl的注入的路徑的單相變壓器模型；

圖15示出了顯示用于測量中性套管c1和c2性質(zhì)的信號路徑的單相變壓器模型；

圖16示出了電抗器、雙繞組變壓器和三繞組變壓器的模型，其顯示了從每個(gè)繞組到地以及到每個(gè)其它繞組的電容；

圖17示出了使用利用線路連接到監(jiān)測器的現(xiàn)有的變電站電流和電壓變壓器的一個(gè)實(shí)施例的示意圖；以及

圖18示出了使用場傳感器和hfct的系統(tǒng)600的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。

具體實(shí)施方式

本文描述的發(fā)明的實(shí)施例使得能夠?qū)ν娞坠堋⒆儔浩骱碗娍蛊鲌?zhí)行在線測試。這些測試可以準(zhǔn)確測量相位套管和中性套管上的電容器的c1和c2部分的套管阻抗，其被表示為電容和功率因數(shù)。此外，本文所述的實(shí)施例優(yōu)選地還提供測量每個(gè)繞組的自電容和互電容的能力。

本文描述的實(shí)施例通過將高頻電壓注入套管的測試抽頭來進(jìn)行操作。然后可以測量所得到的高頻電流以確定和/或計(jì)算關(guān)于系統(tǒng)中各種絕緣部件的完整性的信息。使用高頻電壓，因?yàn)楦哳l電壓可以與變壓器、電抗器或其它系統(tǒng)的典型頻率區(qū)分開，該典型頻率通常為60hz左右。使用高頻信號也是期望的，因?yàn)楦哳l電壓將以低電壓電平穿透系統(tǒng)。使用低電壓電平更安全，不會(huì)影響系統(tǒng)的操作，并且因此可以在系統(tǒng)通電時(shí)使用，并且容易從系統(tǒng)的正常功率中被過濾。如本文使用的，高頻表示1khz或更大。取決于其附接的套管和系統(tǒng)，可以使用不同的頻率。一般來說，系統(tǒng)越大，頻率越高。因此，在其它系統(tǒng)中，可以使用100khz或更大或甚至150khz或更大。在其它實(shí)施例中，可以使用高達(dá)1mhz的系統(tǒng)。

在優(yōu)選實(shí)施例中，提供改進(jìn)的套管傳感器設(shè)計(jì)并與主動(dòng)測試裝置和附加傳感器組合。在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)可以包括高頻電流變壓器。在其它實(shí)施例中，系統(tǒng)可以使用電場測量裝置。另外的實(shí)施例可以利用連接到高電壓總線的實(shí)用型電流變壓器和/或電位變壓器以利用通往監(jiān)測系統(tǒng)的線路連接提供所需輸入。改進(jìn)的套管傳感器設(shè)計(jì)可以測量由施加到套管的系統(tǒng)電壓產(chǎn)生的工頻漏電流，并且還可以測量由施加到套管測試抽頭和套管傳感器主體的高頻電壓產(chǎn)生的高頻漏電流。測試裝置包含用于將高頻電壓施加到傳感器并測量所得到的高頻電壓和漏電流的高頻電源以及控制和測量電路。在優(yōu)選實(shí)施例中，新的套管傳感器設(shè)計(jì)還消除了在線套管監(jiān)測系統(tǒng)的不安全電壓的風(fēng)險(xiǎn)。

圖2示出了用于主動(dòng)監(jiān)測相位套管10的系統(tǒng)100的一個(gè)實(shí)施例。從圖2可以看出，系統(tǒng)100包括主動(dòng)傳感器106、電場傳感器102和監(jiān)測器/處理器108。在替代實(shí)施例中，可以使用參考電壓源104而不是電場傳感器102來供應(yīng)參考電壓。即使在套管10被通電時(shí)，圖2所示的實(shí)施例能夠監(jiān)測套管10的內(nèi)部c1部分12和套管10的外部c2部分14。

在操作中，系統(tǒng)100不僅測量內(nèi)部c1部分12的電流大小和相位角，系統(tǒng)100還跨套管電容器10的c2部分14施加高頻電壓vx，并測量通過電容器13的c2部分14的所得到的電流大小和相位角?？梢越?jīng)由主動(dòng)傳感器106和測試抽頭16之間的連接來測量內(nèi)部c1部分12的電流大小和相位角。為了測量電容器13的外部c2部分14，高頻電壓vx在測試抽頭16處被注入。在優(yōu)選實(shí)施例中，高頻電壓vx產(chǎn)生具有在10伏特范圍內(nèi)的電壓的5-50ma范圍內(nèi)的電流大小。高頻電壓vx是優(yōu)選的，因?yàn)橥獠縞2部分電容的阻抗隨著頻率更高而降低。例如，對于具有大約500微微法拉的外部c2部分電容的套管10，跨電容器13的外部c2部分14的100khz的10伏將產(chǎn)生5.4ma的電流。

圖3示出了用于主動(dòng)監(jiān)測中性套管10的系統(tǒng)200的一個(gè)實(shí)施例。在圖3的實(shí)施例中，系統(tǒng)200還向測試抽頭16施加高頻電壓。然而，由于中性套管10的中心導(dǎo)體11直接或通過阻抗連接到地201，通過測試抽頭16輸入的高頻電流傳輸通過套管10的內(nèi)部c1部分12和外部c2部分14。因此，所測量的電流是c1+c2的指示。為了將內(nèi)部c1部分12和外部c2部分14的測量分開，可以在第二頻率(諸如50khz)下施加高頻電壓，以容許針對內(nèi)部c1部分12和外部c2部分14計(jì)算出單獨(dú)的電容和功率因數(shù)值，只要c1和c2電容值不相等。

c1高頻電流ic1和c2高頻電流ic2用于計(jì)算c1和c2套管電容和功率因數(shù)值。當(dāng)監(jiān)測相位套管時(shí)，兩個(gè)電流值與c1的參考電壓結(jié)合使用。除了計(jì)算套管的c1和c2部分的電容和功率因數(shù)值之外，也可以通過使用傳感器和測試裝置的高頻電路的系統(tǒng)來測量在變壓器或電抗器或任何套管中由于過電壓應(yīng)力而產(chǎn)生的高達(dá)1.5ghz的局部放電信號。

圖4示出了用于在系統(tǒng)中主動(dòng)監(jiān)測套管、變壓器或電抗器的主動(dòng)傳感器的一個(gè)實(shí)施例。如在圖4所示的實(shí)施例中可以看到的，主動(dòng)傳感器106可以包括由高通濾波器120分開的工頻總線121和高頻總線123。另外，主動(dòng)傳感器106可以包括一個(gè)或多個(gè)保護(hù)電阻器124、高頻電壓輸入端子126和工頻分流器122。

可以理解，與當(dāng)前系統(tǒng)上使用的被動(dòng)傳感器相反，主動(dòng)傳感器106是主動(dòng)的。主動(dòng)的意思是傳感器可以將電壓輸入到套管中。因此，如圖4中可以看到的，提供高頻電壓輸入端子126。盡管在圖4所示的實(shí)施例中，主動(dòng)傳感器106僅具有輸入端子126，并且電壓源在主動(dòng)傳感器106外部，但在其它實(shí)施例中，電壓源可以位于主動(dòng)傳感器106內(nèi)部或?yàn)橹鲃?dòng)傳感器106的一部分。

主動(dòng)傳感器106包括測試抽頭連接器128。在優(yōu)選實(shí)施例中，主動(dòng)傳感器106使用與現(xiàn)有系統(tǒng)相同類型的連接器附接到測試抽頭16。從圖4可以看出，可以使用標(biāo)準(zhǔn)螺紋連接器。然而，在其它實(shí)施例中，主動(dòng)傳感器106可以以其它方式或以定制的方式電耦合到測試抽頭16。優(yōu)選地，測試抽頭16和主動(dòng)傳感器106之間的連接由連接器128固定。

在優(yōu)選實(shí)施例中，帶通濾波器120將測試抽頭電流分開到工頻路徑121和高頻路徑123中。在優(yōu)選實(shí)施例中，帶通濾波器120是高通濾波器。工頻電路總線121包含串聯(lián)分流器122，并且然后直接連接到傳感器主體。將工頻總線121連接到傳感器主體將測試抽頭的工頻部分121牢固地連接到地面。串聯(lián)分流器122是非感應(yīng)電阻，其優(yōu)選地在1-10歐姆范圍內(nèi)。串聯(lián)分流器122被設(shè)計(jì)成跨其端部產(chǎn)生代表測試抽頭電流大小和相位角的電壓輸出。因?yàn)闇y試抽頭被用線連接到內(nèi)部c1部分12中，這對應(yīng)于套管10的內(nèi)部c1部分12的電流大小和相位角。如圖4中可以看到的，引線可以附接在串聯(lián)分流器122的兩側(cè)，以使得監(jiān)測器可以訪問這些值。

具有分流器122的主動(dòng)傳感器的工頻總線121和通往傳感器主體的直接連接130的設(shè)計(jì)提供了固有安全設(shè)計(jì)，其消除了輸出電路上的高電壓風(fēng)險(xiǎn)；不同于當(dāng)前的被動(dòng)傳感器的設(shè)計(jì)，其可以在輸出電路上允許這樣的高電壓。通過圖4所示的設(shè)計(jì)，如果電路斷開，跨分流器122測量的電壓將不會(huì)升高到正常5-50mv范圍以上。

在高通濾波器120的相對側(cè)上，主動(dòng)傳感器106包括高頻總線123。高頻總線123斷開以提供用于施加高頻電壓的兩個(gè)端子126。

雖然在優(yōu)選實(shí)施例中，主動(dòng)傳感器106包括帶通濾波器，但在其它實(shí)施例中，不需要測量工頻信號。通過檢查圖3可以看到，當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測中性套管時(shí)，不測量主動(dòng)傳感器106的工頻總線121。因此，專門用于與中性套管一起工作而設(shè)計(jì)的解決方案可能不包括用于工頻信號的測量電路。相反，可以使用僅包括高頻輸入測量電路并且不包括測量跨分流器的電壓的主動(dòng)傳感器106。

在比較用于中性套管的系統(tǒng)與用于相位套管的系統(tǒng)時(shí)，主要區(qū)別在于，在用于中性套管的系統(tǒng)中，跨分流器的電壓不需要被測量，因?yàn)樗鼞?yīng)始終為零或接近零。在用于中性套管的系統(tǒng)中，套管接地，并且如果套管通過接地電阻器或電抗器接地，并且系統(tǒng)電壓變得不平衡(諸如在電力系統(tǒng)故障期間)，則分流器將僅具有施加于其上的電壓，其只能持續(xù)很短的時(shí)間。因此，用于相位套管和中性套管的傳感器仍然可以包括高通濾波器、分流器和其它部件。

返回到圖2，在主動(dòng)傳感器連接到相位套管的應(yīng)用中，跨套管電容器10的外部c2部分14施加高頻電壓。對于相位套管，施加的高頻電壓產(chǎn)生相同頻率的電流ic2，其傳輸通過：電壓端子126、測試抽頭16、電容器13的外部c2部分14、金屬套管凸緣和金屬傳感器主體到達(dá)第二電壓端子。在優(yōu)選實(shí)施例中，第二電壓端子被接地至傳感器主體。替代地，第二電壓端子可以被接地至連接到同一接地設(shè)備的另一點(diǎn)，但優(yōu)選的連接是將地內(nèi)部連接到傳感器主體。這由圖2中的路徑105示出。

返回到圖3，在主動(dòng)傳感器106連接到中性套管的應(yīng)用中，跨內(nèi)部c1部分12和外部c2部分14兩者施加高頻電壓。對于中性套管，施加的高頻電壓產(chǎn)生相同頻率的電流ic1+ic2，該電流傳輸通過電壓端子126和測試抽頭16，然后通過電容器13的c1和c2部分12和14。c2電流ic2然后傳輸通過金屬套管凸緣并且c1電流ic1傳輸通過套管導(dǎo)體和接地總線以及槽。然后，c1和c2電流ic1+ic2組合并傳輸通過金屬傳感器主體到達(dá)第二電壓端子。圖3示出了c1和c2電流路徑。

返回到圖4，無論與主動(dòng)傳感器106連接的套管的類型如何，保護(hù)電阻器124在測試抽頭16和接地傳感器主體之間提供次級高電阻連接，這將測試抽頭16上的電壓限制到安全電平。在優(yōu)選實(shí)施例中，測試抽頭16上的電壓被限制到約100v或更小，以使得在帶通濾波器120失效的情況下不會(huì)發(fā)生套管損壞。優(yōu)選地，保護(hù)電阻器124具有100kω范圍內(nèi)的高電阻，這對c1或c2的測量的電流ic1和ic2沒有顯著影響。盡管圖4所示的主動(dòng)傳感器106的實(shí)施例僅包括一個(gè)保護(hù)電阻器124，但是其它實(shí)施例可以包括多于一個(gè)的保護(hù)電阻器124。

圖5示出了與用于主動(dòng)監(jiān)測套管的系統(tǒng)一起使用的監(jiān)測器/處理器108的功能操作的一個(gè)實(shí)施例。圖5示出了包括高頻電源304和12通道電壓參考接收器302的12通道裝置。因此，監(jiān)測器/處理器108可以在12個(gè)單獨(dú)的通道上接收輸入。理想地，監(jiān)測器/處理器108監(jiān)測設(shè)備上的所有電容器式套管。在優(yōu)選實(shí)施例中，監(jiān)測器/處理器108具有8個(gè)主要功能。

在優(yōu)選實(shí)施例中，監(jiān)測器/處理器108的一個(gè)功能是接收參考電壓并確定其大小和相位角。在包括電場測量裝置102的實(shí)施例中，參考電壓信號可以由電場測量裝置102供應(yīng)。在其它實(shí)施例中，可以從電壓變壓器或替代的參考電壓源104接收參考電壓信號。無論在各種不同的實(shí)施例中是從何處供應(yīng)參考電壓，監(jiān)測器/處理器108優(yōu)選地確定參考電壓大小和相位角。

在優(yōu)選實(shí)施例中，來自ccvt、電位變壓器或其它參考源的參考電壓應(yīng)向監(jiān)測系統(tǒng)提供正弦電壓。正弦電壓應(yīng)該表示與系統(tǒng)高電壓成比例的電壓大小和處于與系統(tǒng)高電壓有關(guān)的恒定相位角的相位角。這使得監(jiān)測系統(tǒng)能夠?qū)⑺鶞y量的參考電壓的大小和相位角與所測量的跨分流器的電壓的大小和相位角進(jìn)行比較，并且確定在系統(tǒng)被首次安裝和調(diào)試時(shí)建立的初始關(guān)系是否存在任何變化。

在優(yōu)選實(shí)施例中，監(jiān)測器/處理器108接收來自主動(dòng)傳感器106的工頻電壓信號，并確定內(nèi)部c1部分12測試抽頭電流ic1的大小和相位角。

雖然高頻電壓源可以位于系統(tǒng)中的任何位置，但是它優(yōu)選地位于監(jiān)測器/處理器108內(nèi)或?yàn)楸O(jiān)測器/處理器108的一部分，并且監(jiān)測器/處理器108將高頻電壓供應(yīng)到主動(dòng)傳感器106中的高電壓總線。

監(jiān)測器/處理器108的另一功能是在中性套管的情況下測量通過套管電容器10的主動(dòng)傳感器106和外部c2部分14、或者通過c1和c2部分12、14的高頻總線電流。

監(jiān)測器處理器108的另一功能是通過傳感器中的高頻總線電路來測量局部放電信號，并分析數(shù)據(jù)以確定套管和/或變壓器狀況。

監(jiān)測器處理器108的另一功能是基于來自上述四個(gè)功能的數(shù)據(jù)來計(jì)算套管c1和c2電容和功率因數(shù)值。最后，在許多實(shí)施例中，監(jiān)測器/處理器108還可以發(fā)出用于異常狀況的警報(bào)并將套管數(shù)據(jù)傳送到網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

在中性套管中，不使用參考電壓，并且監(jiān)測器/處理器不會(huì)為內(nèi)部c1部分12接收單獨(dú)的電流。相反，對于中性套管，監(jiān)測器/處理器108施加標(biāo)準(zhǔn)高頻電壓，然后施加第二頻率電壓(例如半頻)，以提供兩個(gè)測量值，然后可以用這些測量值來計(jì)算各自的c1和c2電容和功率因數(shù)值。

監(jiān)測器/處理器108可以位于變壓器、電抗器或其它設(shè)備的頂部，以使從裝置到套管的電纜長度最小化，或者替代地，監(jiān)測器/處理器108可以位于設(shè)備附近的地面。在其它實(shí)施例中，監(jiān)測器/處理器108可以位于其它區(qū)域中。

圖5示出了監(jiān)測器/處理器108的功能操作。監(jiān)測器/處理器108可以配備有雙頻電源304，其向主動(dòng)傳感器106供應(yīng)電壓，以測量相位套管中的套管電容器13的外部c2部分14的阻抗以及中性套管中的套管電容器13的c1和c2部分12、14的阻抗。電源電壓頻率在50khz到100khz范圍內(nèi)，并且電壓大小在10v范圍內(nèi)。相位套管可以僅用較高的頻率進(jìn)行測試，但是中性套管需要在兩個(gè)頻率上進(jìn)行測試，因此可以單獨(dú)計(jì)算c1和c2電容和功率因數(shù)。調(diào)度器控制每個(gè)套管何時(shí)被測試，并在每個(gè)通道上對測試進(jìn)行循環(huán)，因此只需要一個(gè)高頻電源。調(diào)度器還控制中性套管的高頻輸入，并為中性套管施加兩個(gè)不同頻率的測試電流，以實(shí)現(xiàn)單獨(dú)的c1和c2電容和功率因數(shù)值的計(jì)算。

圖5所示的監(jiān)測器/處理器108的實(shí)施例可以從多達(dá)12個(gè)電場測量和發(fā)射裝置以及高頻電流變壓器(hfct)組中接收多達(dá)12個(gè)無線信號。每個(gè)裝置都有專用頻率，以通過總線電壓和相位來識(shí)別每個(gè)信號。對于相位套管，參考電壓信號302用于提供施加的電壓大小和相位角，其與所得到的c1測試抽頭電流ic1的大小和相位角進(jìn)行比較，以計(jì)算c1電容和功率因數(shù)。

在優(yōu)選實(shí)施例中，監(jiān)測器/處理器108的每個(gè)通道可以被編程或設(shè)置為用于其將監(jiān)測的套管的類型?？梢暂斎氡O(jiān)測器/處理器108設(shè)置，以通過輸入套管是相位套管還是中性套管來分配12個(gè)通道中的每一個(gè)的正確功能。此外，每個(gè)通道可以將套管的基準(zhǔn)電容和功率因數(shù)值編程到其中。同樣，每個(gè)通道可以被編程以區(qū)分參考電壓信號是否來自電場測量和發(fā)射裝置，還是與裝置的直接電纜連接，或者是否沒有參考電壓可用。

套管是相位套管還是中性套管的設(shè)置確定了高頻電壓是以單頻施加還是雙頻施加，以及對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算來確定僅c2電容和功率因數(shù)，還是確定c1和c2電容和功率因數(shù)。對于相位套管，與參考電壓相比，系統(tǒng)可以首先使用對跨分流器的電壓的被動(dòng)測量來測量和確定c1阻抗值。接下來，可以使用該c1值來計(jì)算來自所測量的電流的c2值。作為僅具有套管的系統(tǒng)的示例，可以測量c1電流和阻抗，然后可以測量c1+c2高頻電流和阻抗。為了確定c2電流和阻抗，可以使用c1阻抗來計(jì)算等效高頻電流，然后可以從c1+c2電流中減去c1電流以給出c2值。

對于中性套管，注入的高頻電流分成三個(gè)電路路徑。一個(gè)傳輸通過電容器的c1部分到外部接地端子(或接地電阻器)，另一個(gè)傳輸通過電容器的c2部分到地。第三條路徑進(jìn)入變壓器，盡管這應(yīng)該是總信號的非常小的部分。注入的電流的c1部分可以由上高頻電流變壓器(hfct)或其它裝置測量，下面將更詳細(xì)地解釋hfct的使用。傳輸?shù)阶儔浩髦械乃⑷氲母哳l電流的小部分可以由下hfct或其它感測裝置來測量。c2部分可以計(jì)算為總注入電流減去通過上hfct的電流和通過下hfct的電流。

基準(zhǔn)電容和功率因數(shù)值是在安裝在線測試裝置之前的最后測試值。這些值用作比較，以在檢測到惡化時(shí)確定適當(dāng)?shù)木瘓?bào)水平。

如果將特定通道設(shè)置為用于從電場測量和發(fā)射裝置之一接收參考電壓信號，則接收模塊被激活，并且通道利用用于相位套管的c1電容和功率因數(shù)計(jì)算模塊的特定通道信號。由于來自高頻電源的電壓充當(dāng)參考，c2測量或中性套管不需要外部參考電壓。如果通道被設(shè)置為用于從電壓變壓器或其它源接收有線電路作為參考電壓，則該通道利用用于相位套管的c1電容和功率因數(shù)計(jì)算模塊的有線信號輸入。如果通道設(shè)置為無參考電壓，則該系統(tǒng)將c1輸入電壓(跨分流器測量的電壓)用于其它通道作為相對參考。然而，將c1輸入電壓用于其它通道作為相對參考不是優(yōu)選的，因?yàn)樗惶珳?zhǔn)確。

監(jiān)測器/處理器108計(jì)算每個(gè)所利用的通道的c1和c2電容值，并通過傳統(tǒng)模擬和數(shù)字傳輸系統(tǒng)向本地和遠(yuǎn)程監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)發(fā)出該數(shù)據(jù)。監(jiān)測器/處理器108還可以基于每個(gè)通道的設(shè)置的警報(bào)水平向本地和遠(yuǎn)程監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)或系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)。監(jiān)測器/處理器108還可以檢測信號的損失以檢測任何電路或信號問題，并且識(shí)別套管何時(shí)停止工作。在一些實(shí)施例中，監(jiān)測器/處理器108還可以測量來自套管傳感器的高頻局部放電信號，并利用算法來確定放電的嚴(yán)重性和原因。

在優(yōu)選實(shí)施例中，根據(jù)需要通過建立的通信協(xié)議輸出所有數(shù)據(jù)。

在監(jiān)測相位套管的實(shí)施例中，優(yōu)選使用參考電壓。在這些實(shí)施例的一些中，參考電壓由電場測量和發(fā)射裝置(efmtd)102供應(yīng)。圖6示出了電場測量和發(fā)射裝置(efmtd)102的一個(gè)實(shí)施例的功能剖面圖。圖6示出了efmtd的基本構(gòu)造、部件和電路。在設(shè)備的內(nèi)部和外部示出了內(nèi)部電路線路和連接以實(shí)現(xiàn)功能清晰，并且內(nèi)部電路線路和連接不意味著必須顯示任何線路的物理位置。

在優(yōu)選實(shí)施例中，efmtd102附接到套管頂部附近的通電導(dǎo)體或總線。efmtd的附接可以以各種方式實(shí)現(xiàn)，但是優(yōu)選地利用螺栓電纜或管夾式配件來實(shí)現(xiàn)。理想地，在附近的高電壓導(dǎo)體或總線所產(chǎn)生的電場內(nèi)，efmtd應(yīng)懸掛在通電導(dǎo)體或總線的下方并且在處于地電位的設(shè)備箱上方。

在圖6所示的efmtd的實(shí)施例中，efmtd由如下各項(xiàng)組成：附接夾或配件330；由電介質(zhì)材料制成的球形、圓柱形或其它形狀的主體332；電容集電器334；內(nèi)部屏障336；整流器340；電壓調(diào)節(jié)器338；放大器342；發(fā)射器344和天線345。在其它實(shí)施例中，可以包括或去除其它部件。

在操作中，電容電場檢測器/集電器334用于感測和測量在導(dǎo)體或總線附近和正下方的區(qū)域中的交流工頻場，并從放大器和發(fā)射器的場中收集電力。交流電場中的變化的大小與高電壓導(dǎo)體或總線上的電壓變化的大小成正比。

在優(yōu)選實(shí)施例中，針對電纜或總線的電壓來調(diào)整電容電場檢測器/集電器的尺寸。上電容板和下電容板之間的間隙應(yīng)設(shè)置為提供穩(wěn)態(tài)交流電壓大小的尺寸，其在整流之后將處于電壓調(diào)節(jié)器的操作范圍內(nèi)。

傳輸?shù)恼倚盘柕南辔唤菓?yīng)精確到不小于0.01度，以提供可以用于以不超過0.01％精確度誤差計(jì)算功率因數(shù)值的參考信號。

在變電站或發(fā)電廠中使用的每個(gè)電場測量和發(fā)射裝置102必須具有處于經(jīng)批準(zhǔn)的頻帶內(nèi)的單獨(dú)的傳輸頻率，因此可以發(fā)射和接收每個(gè)套管的個(gè)體總線電壓并將其用作計(jì)算每個(gè)所監(jiān)測的套管的c1電容和功率因數(shù)的參考。低功率發(fā)射器只需要提供大約25米的可靠傳輸范圍，以將來自設(shè)備頂部的電場測量和發(fā)射裝置的信號發(fā)射到設(shè)備覆蓋或與設(shè)備相鄰的位置上的測試裝置中的接收器。每個(gè)變壓器、電抗器、斷路器或相關(guān)設(shè)備可以配備有多達(dá)12個(gè)電場測量和發(fā)射裝置。

電場測量和發(fā)射裝置102還可以與接收器和信號輸出裝置一起使用，以提供正弦電壓信號，其具有表示用于保護(hù)繼電器、計(jì)量裝置、同步繼電器和其它需要總線電壓輸入的相關(guān)設(shè)備的高電壓導(dǎo)體上的正弦電壓的大小和相位角信號。輸出裝置可以被縮放以提供所需的功率或負(fù)載負(fù)擔(dān)。

在其它實(shí)施例中，提供了一種不僅監(jiān)測套管及套管電容器c1和c2繞組的健康狀況、還監(jiān)測套管附接到的變壓器、電抗器或其它裝置的系統(tǒng)。監(jiān)測套管附接到的裝置的實(shí)施例使用類似的附接到測試抽頭的主動(dòng)傳感器，并且類似地經(jīng)由主動(dòng)傳感器與測試抽頭的連接將高頻電壓注入套管。然而，在這些實(shí)施例中，使用一個(gè)或多個(gè)高頻電流變壓器(hfct)測量和發(fā)射裝置。在優(yōu)選實(shí)施例中，兩個(gè)hfct連接到每個(gè)套管，一個(gè)在電網(wǎng)側(cè)(通常為頂部)上并且另一個(gè)在變壓器側(cè)(通常為底部)上。如本文中所用的，當(dāng)提及套管時(shí)，“頂部”、“底部”、“電網(wǎng)側(cè)”和“變壓器側(cè)”純粹是用于定向的目的。如果提及“變壓器側(cè)”，這并不意味著套管必須附接到變壓器，而只是提及套管的那一側(cè)。這同樣適用于術(shù)語“頂部”、“底部”和“電網(wǎng)側(cè)”。hfct測量從套管的電網(wǎng)側(cè)流出傳輸?shù)诫娋W(wǎng)中以及從套管的變壓器側(cè)流出傳輸?shù)阶儔浩髦械母哳l注入電流。

圖7示出了三相雙繞組變壓器402，其具有被布線用于主動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)中的六個(gè)電容器式套管10。如圖7所示，每個(gè)套管10包括電網(wǎng)側(cè)404和變壓器側(cè)406上的hfct。雖然在優(yōu)選實(shí)施例中，變壓器402中的每個(gè)套管10都連接到監(jiān)測系統(tǒng)并具有相應(yīng)的hfct，但在其它實(shí)施例中，只有變壓器套管的子組被布線用于監(jiān)測。如在第一套管10上可以看到的，主動(dòng)傳感器106附接到套管10的測試抽頭。盡管未示出，但優(yōu)選地，每個(gè)套管還具有附接到其測試抽頭的單獨(dú)的主動(dòng)傳感器106。同樣未示出的是作為系統(tǒng)的一部分的接收信號的監(jiān)測器/處理器108。

在利用hfct的實(shí)施例中，監(jiān)測系統(tǒng)利用每種類型的變壓器的每個(gè)相位的電路模型。該系統(tǒng)的目的是針對絕緣中的可能導(dǎo)致放電/故障的任何崩潰來監(jiān)測每個(gè)絕緣部件或絕緣系統(tǒng)。該系統(tǒng)順序地測量每個(gè)不同絕緣部件和/或絕緣系統(tǒng)的電容和功率因數(shù)值，本文中被稱為“電容”。在優(yōu)選實(shí)施例中，系統(tǒng)使用模型中的測量和計(jì)算的值來開發(fā)具有用于每個(gè)電容的值的完整模型。監(jiān)測系統(tǒng)隨時(shí)間推移而比較電路模型部件值，以檢測由于惡化引起的值變化。在優(yōu)選實(shí)施例中，監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)出包含每個(gè)模型部件的電容、功率因數(shù)和電流值的遙測以及在檢測到任何部件的惡化時(shí)發(fā)出警報(bào)。電容和功率因數(shù)值的模型和計(jì)算是根據(jù)電氣工程領(lǐng)域人員熟知的公式和數(shù)學(xué)模型而建立的。

在較高頻率下測量的絕緣系統(tǒng)通常會(huì)表現(xiàn)出頻率依賴響應(yīng)，這將影響計(jì)算的電容或功率因數(shù)。為此，從高頻注入獲得的測量的電容和功率因數(shù)必須報(bào)告為高頻值或轉(zhuǎn)換為60hz等效值。

在一些實(shí)施例中，下hfct406是新的完整套管hfct。在其它實(shí)施例中，下hfct406可以連接到現(xiàn)有套管ct的次級輸出。圖8a示出了被分開并耦合到套管10的螺栓型頂部端子的hfct404。圖8b示出了被分開并耦合到套管10的螺柱型頂部端子的hfct404。如圖8a和8b所示，hfct可以容易地在套管的電網(wǎng)側(cè)和變壓器側(cè)上添加到系統(tǒng)中并且可以直接安裝到套管的內(nèi)部導(dǎo)體的界面。

在一些實(shí)施例中，上hfct404安裝在每個(gè)套管10的電網(wǎng)側(cè)上，并將信號無線地發(fā)射到監(jiān)測器/處理器108(未示出)的接收器部件。在其它實(shí)施例中，來自hfct404的信號可以硬布線到監(jiān)測器/處理器108。信號可以由監(jiān)測器/處理器108接收并且用作準(zhǔn)確計(jì)算套管c1功率因數(shù)和電容值的參考。在其它實(shí)施例中，如果可用，上hfct404可以被連接到現(xiàn)有總線電流變壓器的次級輸出。

在設(shè)置系統(tǒng)以與變壓器一起工作時(shí)，注入的信號電壓/電流的頻率可以在1khz至100khz的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整和設(shè)置。優(yōu)選地，選擇該值以將變壓器和套管模型電容的阻抗降低到電源負(fù)載低并且頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出局部放電的范圍之外的范圍。另外，電壓大小可以被調(diào)整并設(shè)置在可信任的低電平，以不超過套管或繞組中的任何電應(yīng)力絕緣值。頻率可能需要被偏移，以在變壓器和/或主動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)試期間避免可以通過頻率響應(yīng)分析測試確定的任何諧振頻率。

利用注入的高頻信號獲得的測量電容和功率因數(shù)值通常與利用工頻測試獲得的相同數(shù)據(jù)不一致。這主要是由于套管和變壓器中使用的絕緣系統(tǒng)類型的頻率依賴阻抗。固體和液體絕緣系統(tǒng)的頻率依賴性也會(huì)影響套管和繞組電容值。在調(diào)試期間，監(jiān)測系統(tǒng)可以使用離線測試數(shù)據(jù)進(jìn)行編程。此外，監(jiān)測系統(tǒng)可以計(jì)算校正因數(shù)，以將所有計(jì)算的電容和功率因數(shù)調(diào)整為等效工頻值，以便與傳統(tǒng)的離線和出廠測試值進(jìn)行比較。隨著這種類型的系統(tǒng)的使用變得越來越普遍，用戶可以選擇在高頻下執(zhí)行出廠測試，并且可以選擇查看高頻數(shù)據(jù)而不是校正值。

在優(yōu)選實(shí)施例中，用于每種類型的套管和變壓器或電抗器的基本模型被編程到系統(tǒng)中并且在調(diào)試期間被選擇。一旦變壓器被通電并且監(jiān)測系統(tǒng)在使用中，則系統(tǒng)順序地執(zhí)行測試以確定每個(gè)模型部件值。下面討論用于監(jiān)測變壓器和對應(yīng)套管并將這些值與模型值進(jìn)行比較的順序過程的一個(gè)實(shí)施例。然而，可以開發(fā)替代的順序以類似地確定模型部件值。

為了監(jiān)測套管，需要測量工頻電流大小和相位角。如其它實(shí)施例先前所討論的，其可以從hv套管的測試抽頭被測量。圖9示出了將hv套管c1信號的信號路徑突出顯示為虛線的單相變壓器模型。

在一些實(shí)施例中，可以使用電容耦合電壓變壓器(ccvt)或電位變壓器(pt)來向系統(tǒng)提供參考電壓。圖10示出了使用ccvt或pt410作為參考來測量套管10c1電容和功率因數(shù)的測量電路412。在使用ccvt或pt410的實(shí)施例中，可以從ccvt或pt410的輸出測量用于hv總線的工頻電壓大小和相位角vref。一旦進(jìn)行了測量，可以使用算法將vref(如圖10所示)的電壓和電流大小與i60(圖9所示)進(jìn)行比較，以確定套管c1電容并比較電壓和電流相位角以確定套管c1功率因數(shù)。

如上所述，如果沒有向套管注入信號，可能無法確定套管電容器的外部c2部分的性質(zhì)。圖11示出了顯示用于測量hv套管c2和變壓器ch、chl和cl的注入信號路徑的單相變壓器模型。為此，可以通過主動(dòng)傳感器參考地面將高頻信號注入hv套管測試抽頭。一旦信號被注入，可以測量所施加的電壓vih和所得到的總電流iih。通過套管電容器的c2部分的電流大小和相位角可以計(jì)算為：ic2＝iih-(iouth+iinh)?？梢愿鶕?jù)vih和ic2的相對大小和相位角來計(jì)算c2電容和功率因數(shù)?？梢愿鶕?jù)vih減去通過c1的電壓降ic1來計(jì)算套管中心導(dǎo)體的高頻電壓vih。ch與chl+cl并聯(lián)的總阻抗可以由vih和iinh計(jì)算。

接下來，應(yīng)測量來自次級繞組(也稱為xv或lv套管)的測試抽頭的工頻電流大小和相位角。圖12示出了顯示xv套管c1信號的信號路徑的單相變壓器模型。類似于hv套管，可以從ccvt或pt的輸出測量xv總線的工頻電壓大小和相位角vref，如圖11所示。再次，可以使用算法將vref(圖10所示)的電壓和電流大小與i60(圖12所示)進(jìn)行比較，以確定xv套管c1電容，并比較電壓和電流相位角以確定xv套管c1功率因數(shù)。

同樣類似于hv套管，為了監(jiān)測xv套管的外部c2部分的性質(zhì)，必須注入信號。圖13示出了顯示用于測量xv套管c2以及變壓器ch、chl和cl的注入的信號路徑的單相變壓器模型。通過主動(dòng)傳感器參考地面將高頻信號注入到xv套管測試抽頭中。測量施加的電壓vil和所得到的總電流iil。通過套管電容器的c2部分的電流大小和相位角可以計(jì)算為：ic2＝iil-(ioutl+iinl)?？梢詮膙il和ic2的相對大小和相位角計(jì)算c2電容和功率因數(shù)。可以根據(jù)vil減去通過c1的ic1的電壓降來計(jì)算套管中心導(dǎo)體處的高頻電壓vil。可以根據(jù)vil和iinl來計(jì)算cl與chl+ch并聯(lián)的總阻抗。

為了計(jì)算變壓器的chl，可以將不接地的高頻信號注入hv套管測試抽頭，并從xv套管測試抽頭中排出。圖14示出了顯示用于測量變壓器402的chl的注入路徑的單相變壓器模型。使用已知的hv和xv套管電容和功率因數(shù)以及電路模型，可以計(jì)算chl電容和功率因數(shù)值。

一旦已知變壓器的chl，則可以利用使用所計(jì)算的chl值和從hv和xv套管測量的ch、chl和cl的總阻抗的模型來計(jì)算ch和cl電容。

上述步驟及其參考的附圖涵蓋單相變壓器。對于三相變壓器，上述順序重復(fù)3次，第一次針對a相，第二次針對b相，最后針對c相。如果變壓器具有連接在具有中性套管的y形配置中的一個(gè)或多個(gè)繞組，則每個(gè)中性套管都包括以下附加步驟。

通過主動(dòng)傳感器參考地面將高頻信號注入中性套管測試抽頭中。圖15示出了顯示用于測量中性套管c1和c2性質(zhì)的信號路徑的單相變壓器模型?？傋⑷腚娏鱥in是通過套管c1和c2電容器部分電容的電流之和。通過c1電容器部分的電流是ioutn+iinn的總和。施加的電壓vin與任何中性接地阻抗(諸如接地電阻器或電抗器)(如果配備了的話)串聯(lián)地施加在c2電容器部分兩端和c1電容器部分兩端。

圖16示出了電抗器、雙繞組變壓器和三繞組變壓器的模型，其顯示從每個(gè)繞組到地和到每個(gè)其它繞組的電容。如在圖16中可以看到的，電抗器可以等同于單繞組變壓器。三繞組變壓器具有額外的繞組和繞組間電容。使用以下一般步驟，可以使用與雙繞組模型類似的過程(盡管更復(fù)雜)來確定3繞組模型部件：1.)計(jì)算所有c1套管電容；2.)參考地面按順序?qū)⒏哳l電流注入到每個(gè)套管，以計(jì)算每個(gè)套管的c2電容和來自每個(gè)套管的繞組電容的總阻抗；3.)參考地面將高頻電流注入到每個(gè)中性套管，以計(jì)算c1和c2電容和功率因數(shù)；4.)針對每個(gè)相位從hv到xv套管、從xv到tv套管以及從hv到tv套管注入不接地的高頻電流，以計(jì)算chl、clt和cht；以及5.)使用模型計(jì)算ch、cl和ct電容和功率因數(shù)。

類似于本文所述的其它實(shí)施例，并入hfct的實(shí)施例還包括監(jiān)測器/處理器108。下面的元件可以位于單個(gè)監(jiān)測器/處理器108內(nèi)，或者可以位于系統(tǒng)內(nèi)的其它區(qū)域中。優(yōu)選地，監(jiān)測和測試系統(tǒng)是模塊化的，并且可以被擴(kuò)展或減小以容納具有不同繞組配置和不同數(shù)量套管的變壓器或電抗器。

系統(tǒng)配備有足夠功率的正弦波信號發(fā)生器，以在每種配置下將電流注入變壓器。系統(tǒng)配備有控制器，以采用電子方式切換信號，并根據(jù)需要將電流發(fā)送通過每個(gè)模塊以執(zhí)行所需測試。優(yōu)選地，每個(gè)模塊包含電壓測量裝置，以測量跨套管傳感器分流器的工頻電壓大小和相位角。每個(gè)模塊還可以包含電壓和電流測量裝置以測量注入的高頻信號的大小和相位角。每個(gè)模塊還可以配備有用于參考電壓輸入的2個(gè)輸入端和測量參考電壓大小和相位角的電壓測量裝置。每個(gè)模塊還可以配備有兩組hfct輸入，一組用于上hfct，一組用于下hfct。理想地，系統(tǒng)配備有用于每個(gè)套管的一個(gè)模塊，盡管不需要監(jiān)測每個(gè)套管或使用獨(dú)立的模塊監(jiān)測每個(gè)套管。

如果用于任何一組套管的上hfct都附接到套管，并且無線地發(fā)射高頻電流大小和相位角數(shù)據(jù)，則監(jiān)測系統(tǒng)優(yōu)選地配備有不少于每個(gè)無線hfct所需通道數(shù)量的接收器。如果用于任何一組套管的上hfct是連接到現(xiàn)有總線電流變壓器的輔助高頻電流變壓器，則高頻電流大小和相位角數(shù)據(jù)可以通過電線或光纖電纜的物理電路被發(fā)射到監(jiān)測系統(tǒng)。

圖17示出了使用利用線路108連接到監(jiān)測器的現(xiàn)有變電站電流和電壓變壓器502、504、510、512、506和508的一個(gè)實(shí)施例500的示意圖。圖17所示的系統(tǒng)500包括hv電壓變壓器502、hv電流變壓器504、hv套管501、連接到套管501測試抽頭的hv套管主動(dòng)傳感器106、hv套管電流變壓器510、xv電壓變壓器508、xv電流變壓器506、xv套管503、連接到套管503測試抽頭的xv套管主動(dòng)傳感器106、xv套管電流變壓器512、變壓器520和監(jiān)測器/處理器108。圖17的系統(tǒng)500的工作方式類似于上述其它系統(tǒng)。然而，如在圖17中可以看到的，在并入套管的一些系統(tǒng)中，系統(tǒng)已經(jīng)包括作為系統(tǒng)一部分的現(xiàn)有電流和電壓變壓器502、504、510、512、506和508。為此，可能不需要附加的hfct或其它附加變壓器，并且現(xiàn)有的電流和電壓變壓器可以直接布線到監(jiān)測器108。

圖18示出了使用場傳感器和hfct的系統(tǒng)600的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。圖18包括hv電壓場測量和發(fā)射裝置602、hv電網(wǎng)端hfct606、hv套管601、耦合到hv套管601的測試抽頭的hv套管主動(dòng)傳感器106、hv變壓器端hfct610、xv電壓場測量和發(fā)射裝置604、xv電網(wǎng)端hfct608、xv套管603、耦合到xv套管603的測試抽頭的xv套管主動(dòng)傳感器106、xv變壓器端hfct612、變壓器620和監(jiān)測器/處理器108。圖18所示的系統(tǒng)600的工作方式類似于上述實(shí)施例。然而，該系統(tǒng)具有hfct以及電壓場測量和發(fā)射裝置602和604二者。

在操作中，電壓場測量和發(fā)射裝置無線地提供由系統(tǒng)以與參考電壓大小和相位角相同的方式使用的系統(tǒng)電壓大小和相位角測量，以在使用有線連接時(shí)確定c1套管電容器值。hfct為系統(tǒng)提供注入的高頻信號的大小和相位角測量，所述注入的高頻信號傳輸通過套管并采用與從電力系統(tǒng)總線或套管電流變壓器上的現(xiàn)有外部高電壓電流變壓器測量時(shí)相同的方式進(jìn)入電力系統(tǒng)或進(jìn)入變壓器。

在優(yōu)選實(shí)施例中，系統(tǒng)利用非易失性存儲(chǔ)器和中央處理單元來存儲(chǔ)設(shè)置、變壓器模型和計(jì)算的數(shù)據(jù)。在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)配備有可以根據(jù)需要利用各種已建立的通信協(xié)議輸出數(shù)據(jù)的通信系統(tǒng)。

系統(tǒng)可以評估基準(zhǔn)測試值，并建議高頻測試頻率，其可以在設(shè)置期間被接受或被調(diào)整。當(dāng)系統(tǒng)檢測到任何部件的惡化時(shí)，可能會(huì)發(fā)出警報(bào)消息，并且可能會(huì)降低測試周期頻率。例如，如果測試周期設(shè)置為每天兩次，則測試周期可以被減少到每小時(shí)一次。

在各種不同的實(shí)施例中，可以輸入許多不同的設(shè)置。在優(yōu)選實(shí)施例中，在調(diào)試期間輸入以下設(shè)置：1.)變壓器類型(變壓器、自耦變壓器)；2.)變壓器配置(單相、三相)；3.)變壓器繞組(電抗器、雙繞組、三繞組)；基準(zhǔn)測試值(每個(gè)套管的c1電容和功率因數(shù)、每個(gè)套管的c2電容和功率因數(shù)、每個(gè)繞組到地以及每個(gè)繞組之間的電容和功率因數(shù))；4.)默認(rèn)測試周期頻率(連續(xù)、15分鐘、30分鐘、每小時(shí)、3小時(shí)、6小時(shí)、12小時(shí)、每天、每周、30天)。

雖然已經(jīng)參照優(yōu)選的配置和具體示例描述了實(shí)施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將很容易理解，套管、變壓器和/或電抗器監(jiān)測系統(tǒng)的許多修改和調(diào)適都是可能的，而不偏離此后主張保護(hù)的實(shí)施例的精神和范圍。因此，可以清楚地理解，本描述僅是通過示例的方式做出的，而不是作為對下面主張保護(hù)的實(shí)施例的范圍的限制。