在线参数测量（共8篇）
在线参数测量 篇1
1 引言
在原油处理和储藏过程中,原油含水率的准确性和及时性直接影响到原油处理设备的正常运行。原油含水的波动会造成管输、燃油损耗并造成原油沉降罐的运行不稳定。由于原油在开发过程中使用化学助剂,原油所含水分的成分复杂,易造成设备和管道局部穿孔[1]。因此,在线检测原油含水率是原油开采、脱水、处理、集输计量、储运销售及石油炼制等过程的重要依据。
2 联合站储罐含水率的在线测量
原油含水率在线测量是不将原油中的水分脱出,采用一套微机化系统进行测量,用单个或多个传感器探头在线实时采样。在线分析测量又分为直接测量和间接测量。直接测量是根据原油和水在许多方面的物理特性及化学特性不同,采用不同测量原理的一次表进行测量。在线测量方法主要有:密度法、电容法、微波法、短波法、放射性法、中子水分测试仪法等。长期、稳定、精确进行在线测量较为困难,主要因为:(1)产油过程中,油水成分一直不断变化,而流程中一次仪表的标定不及时;(2)目前仪器对影响测量结果的参数修正不够;(3)原油成分复杂,附着在一次表的探头表面,易形成死油、死水区;(4)基于微机处理系统的仪表精度要求高,而大部分在现场使用的油田检测仪表,无法达到此精度要求;(5)位置一般固定,难测到其他层面的含水率。
本研究采用短波吸收的原理进行原油储罐含水率在线检测。短波吸收法是将电能以电磁波的形式辐射到乳化状态存在的油水介质中,根据油、水这两种介质对短波吸收的能力的不同来检测油水乳化液中的水含量[2]。电磁波通过介质时,总是有一部分被吸收,因此电磁波的出射能量总是小于入射能量[3]。这种能量的减少服从朗伯-贝尔定律(J.H.Lamber-A.Beer),即
式中µ--介质的吸收系数;N--介质的分子数
I入--电磁波入射波强;I出--电磁波出射波强。当保持出射波强一定时,电磁波的入射波强与吸收介质分子数成指数规律变化。吸收系数由介质特性决定的,各种介质的吸收系数µ是不同的。如果吸收介质由多种物质组成,则上式应为
在原油乳化液中,上式可变为
式中µ0--原油吸收系数;N0--原油分子数;
µW--水吸收系数;NW--水分子数。
根据实验可知,µ0<<µW,所以N0变化对I入的影响很小,可设电磁波通过纯油介质的入射波强为常数,即I0=I出eµ0N0,则上式可变为
说明电磁波的入射波强只与容器里的油中含水量成指数规律变化。基于这一原理可实现对原油含水的检测。
油田联合站储罐参数自动检测系统是通过安装在油罐中垂直运动的传感器实现移动检测。传感器由短波发生器、发射体、接收体组成。发射体和接收体以原油为介质,当原油含水率发生变化时,对短波的吸收能量也发生变化,传感器将这种变化转化为4～20mA的标准信号,通过二次仪表或计算机显示出油罐参数的检测数值。在每一个采样过程中传感器自上而下降至罐底时自动停住,接着传感器自动返回上升,升至油水乳化带时,以9 5%含水率数值为界限,划分出油水界面的位置。此时,传感器以等间隔上升检测罐中不同高度油层的含水率、温度等参数。当含水率变化大时,减小油层检测间隔,直到传感器检测至液面为止。
3 联合站储罐油量的在线测量
油田联合站沉降罐参数自动检测系统如图1所示,其检测过程是:通过安装在油罐中垂直运动的传感器实现移动检测,传感器由短波发生器、发射体(探头)、接收体(护罩)组成。发射体和接收体以原油为介质,当原油含水率发生变化时,对短波的吸收能量也发生变化,传感器将这种变化转化为4～20mA的标准信号,通过二次仪表或计算机显示出油罐参数的检测数值。在每一个采样过程中:传感器自上而下降至罐底时自动停住,接着传感器自动返回上升,升至油水乳化带时,以9 5%含水率数值为界限,划分出油水界面的位置。此时,传感器以等间隔上升检测罐中不同高度油层的含水率、温度等参数。当含水率变化大(或突变)时,减小油层检测间隔(即增加测量点数),直到传感器检测至液面为止。
在储罐参数的每一个采样过程,采样点数可能不相同,并且不是等间隔采样,所以把区间(ha,hb)分成n份,即ha=h0
曲线下方夹在直线h=ih-1,h=ih之间的区域是一个曲边四边形,它的一条曲边是原曲线y=f(h)的一段弧。若把区间分得足够细,这段小弧可近似地看成一段直线,于是这个曲边四边形可近似地用一个梯形来代替,而这个梯形的面积等于
所有这种梯形面积的和等于
由此可得储罐油量的动态测量公式为
在原油生产过程中,沉降罐的油水界面ah和液面hb都是随时间在不断变化。因此,积分限是可变的,在此称(1)式为原油储罐动态油量近似计算公式。为了进一步提高计算精度,定积分的近似计算可采用抛物线法或牛顿-柯特斯法。本研究以某联合站一储罐为例,该储罐测得一组数据如表1所示。
原油含水率Cw与储罐高度h的关系曲线如图3所示。
在人工测量中,所测罐内含水率通常仅取某点垂直线上的上、中、下三点的含水率,即认为是平均含水率。实际上这种测量结果很少有代表性。由于罐内含水率是油高的非线性函数,因此本研究采用梯形近似法和多项式回归法计算储罐油量:
1、采用梯形近似法计算
由于采样间隔不同,分别为T1=0.25(m),T2=0.5(m),T3=0.1(m),T4=0.2(m),可分为4段进行计算,即
设修正系数k=1,储罐直径D=17.146(m),罐内平均温度t1=40℃,原油密度ρt1=820.3 kg/m3,储罐净油量为
2、采用多项式回归法计算
根据现场数据,设y=f(h)=1-Cw,建立y与h之间的关系,采用4段回归曲线进行拟合,分段多项式回归方程为
储罐净油量的计算式为
上式中,
设修正系数k=1,储罐直径D=17.146(m),罐内平均温度t1=40℃,原油密度ρt1=820.3 kg/m3,储罐净油量为
由梯形近似法计算得到的油量为Gd1=801.45(t),由分段曲线回归法计算得到的油量为Gd2=803.44(t),由此可见,上述近似计算方法基本上能满足工程上的要求。
4 结束语
根据原油含水率非线性分布的变化规律,分析不同工艺条件下原油储量的测量方案,提出采用变积分限和不等采样间隔的定积分近似计算原理以及采用分段多项式回归方法计算拟合曲线下的积分,建立了原油储罐油量动态测量的数学模型。通过理论与实际应用相结合解决了油田联合站脱水工艺流程沉降罐油量的动态计算,为油田联合站原油储运动态、实时盘库系统的实现提供一条可行的途径。
参考文献
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[2]赵千锁,徐伟.短波原油含水监测仪及其应用[J].化工自动化及仪表,1996,23(1):60-62.
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在线参数测量 篇2
关键词：光盘；He-Ne激光；道间距；信道长度；反射率
光盘是一种常见的信息载体，从上到下主要分为五层，即基板、记录层、反射层、保护层、印刷层。在量子力显微镜下，能看到光盘的一道道光道，在“光道”上布满了一个个长短不一的“凹坑”，如图一。在反射层的作用下，光盘相当于一种一维反射光栅。由于He-Ne激光有很好的平行性，所以本实验选用He-Ne激光作为单色光源。
一、光盘道间距的测量
（一）实验原理
实验装置如图二，在试验过程中，为了保证激光垂直入射到光盘上，要保证透过挡光板的入射光和经光盘反射后的光在挡光板的小孔处重合。我们都知道，在光盘半径方向的轨道近似平行，在很小的范围内可看作平行光栅，所以当平行光打到这个小范围内时，认为光打到了平行光栅上，此时在坐标标尺上会出现清晰的衍射条纹。实验光路图如图三，入射光线，反射光线PO与z轴重合，0级衍射光线PO，一级衍射光线PA和PA'。
（二）道间距的计算
假设光盘的道间距为d，入射光的波长为λ，根据光栅公式
dsinθ=kλ……（1）
根据公式（4），对于CD类光盘，在这里每种光盘测三组数据，测量结果如下表一，对于DVD光盘，在这里测五组数据，测量结果如表二：
（三）误差分析
根据有关资料，对于CD类光盘，工业标准是TRP1.4-1.7μm；DVD类光盘为0.74μm，与测量数据很好的吻合。在本实验中，主要误差在于长度的测量，在此通过多次测量取平均值的办法来减少误差，从上面两个表格中看出，CD类光盘的不确定度在0.0076左右，DVD光盘的不确定度为0.0040，这都是比较小的不确定度。此外，还可通过增加刻度尺与光盘的距离来减小相对误差。
二、光盘物理道数和信道长度的测量
（一）测量原理
物理道数也就是“光道的数量”，光道存在在信息区中，在实验中发现，当打到光盘上的光从信息区进入非信息区（或从非信息区进入信息区）时，坐标标尺上的衍射光明暗强度有明显的变化。转动螺旋测微器，使入射光线从信息去进入（下转第150页）（上接第145页）非信息区（或非信息区进入信息区），当衍射光的强度有明显的变化时，记下此时螺旋测微器的读数，如图四，依次读出s1、s2、s3三点处的读数s1、s2、s3，则信息区的内外半径之差为：
L=2π[r内+（r内+d）+（r内+2d）+…+（r内+nd）]……（8）
化简得：L=π（2r内+nd）（n+1）……（9）
（二）测量数据
运用2.1原理，测量的结果如表三：
表三 物理道数和信道长度的测量结果
三、光盘反射率的测量
（一）光盘反射率的测量原理和测量数据
从反射率最基本的定义出发，投射到物体上面被反射的辐射能与投射到物体上的总辐射能之比，称为该物体的反射率。所以在实验中，用光电池分别接收入射光和反射光，把光盘反射后的光的光强与入射光的光强之比作为光盘的反射率，实验测得的数据如表四：
（二）误差分析
红皮书中规定，CD的反射率Ref>70%，单层DVD／DVD-R的反射率为45%~85%。可见，本实验所测得的数据有一定的误差，但是从测得的实验数据可以明显看出CD的反射率明显高于DVD光盘，这可以作为鉴别CD和DVD的一个办法。本实验中，反射率的主要误差来源于光源功率的波动、外界光源干扰以及母盘表面粗糙和光电池接收的不完全性。
四、思考方向
光盘表面平整度与散射光强分布相关，本实验装置可以增加设备，通过建立光散射模型，分析光散射能量分布与光盘平整度的关系，从而求出光盘表面的平整度。实验过程中，我们发现除了衍射现象外，在零级光斑的附近还会出现类似牛顿环的光圈，我们猜想，这可能是由于光盘的厚度造成了等倾干涉和入射光在挡光板的小孔处形成了新光源而造成了干涉。
五、结束语
光盘的道间距是重要的机械参数，在国际标准中有明确规定，直接测量较为困难。本实验的装置是用激光器，游标卡尺，数字检流计，光电池等组装而成的，简单易行，经过多次测量，在实验精度范围内，与国际标准很好的符合，从而证明了该实验是正确可行的。但是要得到更加准确的测量结果，需要精确度更高的仪器，这还有待探索。
参考文献:
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在线参数测量 篇3
介质阻挡放电 (DBD) 技术在材料、微电子、化工、环境保护、医疗卫生、自来水深度处理等众多学科领域中有着广泛的应用[1,2]。目前研究中介质阻挡放电的特征参数 (介质阻挡电容、气隙放电电容和放电维持电压) 与供电电源的主回路参数设计、负载特性以及等效模型方面有着密切联系[3,4], 因此需要准确地测量介质阻挡放电电路的特征参数显得比较困难。许多学者对介质阻挡放电的特征参数的获得大多采用几何计算法, 但这种方法自身存在难以克服的缺点, 已很少采用。现阶段, 李萨如图形法是在生产实践中被广泛采用的一种测量介质阻挡放电电路参数的方法。这种方法可以同时获得三个DBD电路放电特征参数, 比几何计算法更精确, 且不需要获得DBD电路设计参数[5,6]。但传统李萨如图形测量法存在操作复杂、效率低、误差大和难以在线测量等不足, 本文正是基于李萨如图形测量原理设计了一种在线测量电路, 该方法具有实时操作性强, 效率高, 误差小等诸多优点。
1 传统李萨如图形测量法
李萨如图形测量法能够测量DBD三个放电参数, 即能根据测量结果同时计算出放电维持电压、放电气隙电容、介质阻挡电容这三个重要的放电特征参数。
1.1 李萨如图形原理
传统李萨如原理图如图1所示, 从图中可以得到:点B、D对应着电流变化的时刻点, 点M、N对应着电压变换的时刻点, 本文称之为关键点。获得B、D、M、N关键点坐标, 为叙述方便, 这里设其坐标为B (Bx, By) 、D (Dx, Dy) 、M (0, My) 、N (Nx, 0) 。
求取A、B、C、D点坐标:
计算直线BA和直线DA在坐标系中交点A的坐标 (Ax, Ay) :
不难获得, 直线AB的方程为:
直线AD的方程为:
联立 (1) (2) 式可得:
同样可以求得C点坐标:
依据以上原理可求取B和D点坐标, 至此可以重构李萨如图形, 这里不再赘述。
1.2 DBD负载放电参数的计算
(1) 放电功率的计算式
依据李萨如图形获得放电功率一般分为两步:
(1) 计算图形面积:
式中, S△BCD为图1中由B、C、D 3点构成的三角形面积。
(2) 结合测量仪器的变比, 计算放电功率P:
式中:S为平行四边形的面积、f为DBD电路工作频率、Cm为“积分电容”数值、kx为示波器横轴 (X轴) 灵敏度、ky为示波器纵轴 (Y轴) 灵敏度、k为高压探头分压比、N为电流互感器TA的变比。
(2) 电路气隙电容与介质阻挡电容计算式
从DBD型负载放电的实际电路可以得到此时放电气隙电容为:
(3) 电路放电维持电压Uz计算式
式 (10) 为直线BC在直角坐标系中的方程。令y=0, 可得J的横坐标为:
由此可得, 放电维持电压的数值为:
1.3 传统李萨如图形测量不足
DBD放电是在数千伏高压下发生的, 故对DBD型负载放电参数的测量比较困难, 但可以采用电容分压电路、电阻分压电路或者高压探头的方法来进行测量。
如图2给出了电阻分压电路测量DBD负载两端电压的示意图。
不论采用高压探头还是分压电路来获得DBD负载两端的电压, 都存在着明显的不足, 亟待解决:
(1) 实验设备复杂, 投资大。在实验中需要示波器、高压探头、电流探头、隔离变压器等, 这些设备的投入, 使得实验复杂且投资较大。
(2) 电阻分压电路要求电阻具有阻值精密、耐压高等特性, 且未能实现隔离, 因此有安全隐患。
(3) 对于获得的李萨如图形需要人工处理数据, 费时费力, 效率低下, 实时性差。
(4) 误差大, 人为读取数据会引进人为误差, 是误差的主要部分。
2 李萨如图形在线测量系统
基于以上介绍的传统李萨如图形测量方法存在的不足, 迫切需要设计出一种新的测量系统, 使得对该电路参数测量更加方便。
2.1 在线测量系统分析设计
以正半周期电流电压为参考方向, 不难得到李萨如图形中点B对应DBD电路负半周期内电流从负到正的变换时刻;点M对应积分电容端电压从负到正的变换时刻;D对应正半周期电流从正到负的变换时刻;N对应发生器两端电压从负到正的变换时刻。
在线测量系统需完成:
(1) 捕捉电压电流过零信号;
(2) 测量电压电流过零时的电气参数;
(3) 进行数据处理, 完成放电参数求解。
由以上分析, 在线测量系统主要包括信号检测回路、采样电路、数据处理单元和结果输出, 有软件系统和硬件电路两部分, 其结构示意图如图3所示。
2.2 信号检测与采样电路
在所述的信号检测回路中, 包含有电容分压电路、“电荷积分”电路、逆变电路、电流过零检测电路、电压检测回路及电压过零检测电路。参数检测装置利用串联谐振逆变电路主电流过零、“电荷积分”回路电压、电容分压回路电压、过零检测电路形成采样电路的采样控制信号。
电容分压电路是由两个无极性电容串联构成, 这两个电容上电压与介质阻挡放电电路承受的电压存在比例关系, 通过合理配置这两个电容的电容值, 实现介质阻挡电路上电压的降压检测;“电荷积分”电路由一个电流互感器和与其相连的无极性电容构成, 该电路对通过流过介质阻挡放电电路的电流进行积分运算。通过电容分压和“电荷积分”回路上的电压形成重构李萨如图形所需的原始数据。采用单片机与AD采样模块即可完成对关键点数据的采集。
2.3 数据处理单元与结果输出
数据处理单元包括硬件单片机和软件程序, 对数据的处理包括根据采样数据完成李萨如图形的重构, 完成参数计算, 求得放电功率、介质阻挡电容、气隙电容和放电维持电压。结果在液晶模块中显示出来, 形成可视化结果。按照本文DBD参数求解思路, 用C语言编程即可实现。
3 在线测量系统实验
本文在理论分析的基础上, 通过对相关理论知识的分析之后搭建了DBD在线测量系统实物平台。
3.1 试验系统
该实验平台由DBD系统和DBD放电参数在线测量系统组成。在试验中的DBD系统包括臭氧产量为10 g/h的DBD型臭氧发生器一台, 可调变压器一台, 赛米控公司skyper32全桥逆变控制器一台。在试验中的DBD在线测量系统包括电压电流采样电路、电容积分电路与电容分压电路、单片机板。
3.2 实验结果
本文在相同的实验条件下, 分别采用传统李萨如图形测量法和在线测量系统获取DBD放电参数。图4为传统李萨如图形法获得的李萨如图形, 在该李萨茹图形中设置相应的坐标点进行手工计算。表1给出了采用传统李萨如图形测量法和本文提出的在线测量法获得的DBD放电参数的结果。
两种方式都能求取DBD负载放电参数。从表1的结果对比中, 能够得出传统李萨如图形获得地实验数据浮动比较大;而在线测量系统在相同实验条件下获得数据基本相同。因此可以得出: (1) 本文提出设计的DBD放电参数在线测量系统正确; (2) 采用本文提出的在线测量系统获得的结果更加可靠准确。
4 结论
本文从对DBD负载放电参数测量的传统李萨如图形测量法原理出发, 分析设计了DBD负载放电参数在线测量系统, 并对其进行了实验验证, 简单归纳如下:
(1) 本文提出的DBD放电参数在线测量系统正确, 结果更加可靠准确;
(2) DBD放电参数在线测量系统克服了传统李萨如图形测量法的诸多不足, 具有高效、经济、准确和操作简单等优点。
摘要：准确而简单地测量DBD型负载电气参数一直以来都是研究重点, 传统的测量方法 是通过重构李萨茹图形读取坐标点进行人工计算, 费时费力, 效率低下且操作复杂。基于李萨如图形测量原理, 设计了DBD型负载电气参数在线测量控制系统。该系统通过采集DBD负载上的关键点数据, 重新构建李萨如图形, 通过软件计算介质阻挡电容、气隙电容、放电维持电压以及放电功率。该控制系统具有操作简单、安全、效率高、误差小和实时在线测量的优点, 并通过实验验证了所提出在线测量系统的正确性。
关键词：李萨如,DBD,软件计算,在线测量
参考文献
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[5]孙岩洲, 张峰.介质阻挡放电特性与臭氧合成的实验研究[J].高压电气, 2010, 46 (1) :40-43.
在线参数测量 篇4
关键词：配电线路,互感参数,测量,参数辨识
配电线路是配电网的重要构成部分, 线路参数是执行保护整定、故障分析、网损计算与配网潮流的现实基础, 参数测量与辨识准确性直接关系着网络运行与网络控制的有效性及安全性。伴随着经济与电力需求量增加, 城市配电网建设中双回及多回临近高压配电线路大量出现, 保证互感参数测量精度成为配电线路建设与运行中面临的重要问题。传统测量中多采取增量法、微分法与积分法, 执行在线测量作业, 其方法应用测量过程对系统运行影响较小, 测量精度较好, 具有一定的应用意义。在此基础上提出总体最小二乘法, 解决参数辨识问题。
1 常规配电线路互感参数在线测量方法
1.1 增量法
将配电线路中的互感线路数量设置为n, 即1, 2, …n。当零序电流加到被测系统时, 所有的存在互感的线路, 其自身会出现一定的零序电流增量, 所有与被测线路相关联的母线则会表现出一定的零序电压增量。依据伏安特性能够通过矩阵方式进行互感线路相关特性表达, 通过线路零序电流增量与电压增量, 借助线路零序互感阻抗矩阵, 对线路电气量进行采集。
1.2 微分法与积分法
通过微分法能够有效求解n条配电线路构成的互感系统数学模型, 如将R作为电阻矩阵, 将L作为电感矩阵, 依据电流相关知识够构建相应数学模型, 依托线路零序电流瞬时值与线路端电压瞬时值差, 进行互感参数测量作业。积分法在应用中, 其变量与微分法一致, 依托数学模型, 采取积分求解模型。
2 配电线路互感参数辨识与估计
依托系统电压及电流相关测量信息, 在某种准则意义下估算模型未知参数, 如电感、电阻等, 参数计算问题, 从本质上而言, 即系统辨识问题。双回与多回线互感参数在线测量相关模型, 均采用多元线性方程进行表示。具体方式为Ax=b, 其中A代表电流增量向量, x代表需要求解的参数, 为自阻抗与其他线路之间的互阻抗, b代表电压增量列向量。若在操作中采取积分法或微分法, 方程保持不变, x值代表电阻列向量, 电感列向量, A矩阵及b元素电压及电压均可通过瞬时值采样与计算获知。
采取增量法进行配电线路互感参数方程求解, 在i线路中存在着n个未知的阻抗量, 采用增量法操作一次测量仅可获知一个相关线路方程, 无法满足求解操作的需要。对所有被测线路两端均执行采样操作, 则可以得到n个数量的方程数目, 小于数值个数。为此, 通过改变线路运行方式, 采取不同的拓扑结构, 可以获知相关独立方程, 即超定方程执行线路参数求解。同理, 微分法及积分法在应用中, 也无法经过一次测量获取充分的独立方程, 需要通过对不同状态下的独立参量进行采集, 构建超定方程。
在参数辨识与估计中, 多采用最小二乘法进行操作。然而在互感参数测量中构建的超定方程, 其系数矩阵与数据向量, 均由实际电流及电压测量获得, 其自身存在着一定误差, 应用最小二乘法执行参数估计, 仅考虑数据向量误差, 将数据向量误差平方最小作为目标函数存在着一定片面性。提出应用总体最小二乘法对相关向量进行求解, 合理设定其约束条件, 结合超定方程, 设定超定方程总体最小二乘解。考虑到其向量为实测数据, 误差难以避免, 且随机误差遵循正态分布规律, 从理论上而言, 总体最小二乘法较之最小二乘法应用效果更好。
3 仿真实验与分析
针对多元线性超定方程Ax=b, 分别采取最小二乘法与总体最小二乘法进行求解, 借助多元线性回归检验其拟合优度, 对不同计算方法下的性能进行对比。通过仿真分析获知, 当数据不存在任何噪声干扰时, 两种计算方法的拟合优度一致, 当仅数据向量存在噪声时, 两种计算方法拟合优度保持一致。当数据矩阵与数据向量均存在噪声干扰时, 若噪声方差不大于0.1, 则两种方法拟合优度一致, 当其方差超出1时, 采取总体最小二乘法进行求解, 其拟合优度更好。从整体而言, 噪音扰动增加, 两种算法其拟合优度均出现一定程度的降低, 但总体最小二乘法应用效果更佳, 其推广应用前景较好。
4 结语
配电线路是城市配电网重要组成部分, 随着城市电网建设, 双回与多回临近高压线路配电线路获得广泛应用, 为确保有效控制电网运行质量, 要求确保配电线路互感参数测量精度。一般配电线路互感参数测量, 多通过增量法、微分法与积分法等在线测量方式来实现, 通过设定超定方程, 进行数学模型求解。提出应用总体最小二乘法进行最优解求解, 并应用仿真实验, 对其方法应用拟合优度进行研究, 仿真结果表明, 采取总体最小二乘法进行操作整体性较好, 应用价值较高。
参考文献
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[3]王勃, 徐习东, 方愉冬, 等.消除同走廊线路互感影响的输电线路单端故障测距方法[J].电力系统保护与控制, 2011, 39 (14) :1-6, 15.
在线参数测量 篇5
高压直流接地极作为直流输电工程的一个重要设备, 在双极运行时起着保护换流阀安全和钳制换流阀中性点电位的作用, 在直流系统单极打的回线运行时则是直流工作电流的返回通道, 其运行状况的好坏直接影响到直流系统的安全与稳定。一般情况下, 较大的直流电流在持续一段时间不间断地通过接地极注入大地, 容易使极址大地电位升高、土壤发热, 情况严重时还会导致地面上产生危害性电压, 因此, 直流接地极大多建于郊野地区。由于地处偏远、通信不便等诸多不利因素的影响, 目前直流接地极的日常运行维护只能采用人工定期现场巡查的方式。这种方式不仅耗时、浪费人力、物力, 更重要的是无法获得接地极实时的运行数据, 从而无法让运维人员随时跟踪接地极的运行状态, 不能将事故及时遏止在摇篮中, 增加了直流接地极的故障隐患[1,2]。所以掌握直流换流站接地系统日常运行期间接地极的相关数据, 研发在线监测系统对接地体运行环境温度、湿度、入地电流等重要指标进行实时监测, 对接地极的安全运行与运维部门相关人员的日常维护有着重要的参考和指导价值[3]。
1 直流接地极运行参与监测系统研究
结合直流接地极的现场情况, 以及电力行业规范DL/T437-1991和DL/T 5224-2005的要求, 确定直流送端接地极在线监测系统现场监测内容为接地极入地电流和接地极运行环境温、湿度等。
监测系统总体设计结构包含后台控制系统、数据传输系统、现场监测单元和现场监测终端, 能够监视和控制现场的运行设备, 以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及预警以及高清晰昼夜监控视频球机监控系统。
接地极现场的各监测点检测的数据, 首先经过无线通讯模块传输到主控机箱的无线接收端, 接收端接收到的数据通过串口服务器将串口数据转换为TCP协议的网络数据发送到网络交换机, 网络交换机通过网线把数据传给无线网桥, 无线网桥把数据通过无线方式转发出去, 进行远距离传输, 远端数据中心的另一个无线网桥在接收到接地极现场网桥发送的数据后把数据传送到后台管理软件。后台管理软件发送命令给各监测点检测板的数据传输过程与这一过程相反, 后台管理软件发送TCP协议的网络命令通过数据中心的无线网桥传输到主控机箱上的无线网桥, 然后再经过网络交换机把数据传送给串口服务器, 串口服务器把TCP协议的网络命令转换为串口数据发送给无线传输模块, 无线传输模块然后把命令转换为无线数据传送给个监测点。其示意图如图1所示。
2 接地极在线监测系统安装与运行
直流接地极在线监测系统安装方案如图2所示, 主要是由电流、温度等传感器构成的现场监测系统, 无线网络构成的数据传输系统, 以及后台控制软件组成的后台控制系统构成。
系统安装后, 采用人工实测的方式与本监测系统进行对比测量, 从测量结果可以看出电流监测误差控制在5%以内, 温度监测数据误差在6%以内, 并且视频监测图像清晰, 达到1024×728的分辨率。
系统运行一个月后, 对系统进检测可知, 系统运行稳定, 数据传输可靠, 可实时远程在线获得接地极运行主要参数, 并可对极址区域进行视频监控, 及时发现隐患, 为直流输电系统的安全运行提供重要保证。
3 结束语
(1) 在内蒙某直流接地极安装了极址在线监测系统, 实现极址温、湿度, 电流和视频的实时远程在线监测。通过一个月的运行, 系统精度满足要求, 监测系统和数据传输系统稳定。 (2) 在线监测系统实现了直流接地极无人巡视, 可远程实时在线获得运行参数, 实现了接地极址的智能化运行。
参考文献
[1]赵笑琦.特高压直流输电接地极在线监测系统设计[D].北京:北京交通大学, 2015.
[2]董晓辉, 杜忠东, 徐勇, 等.直流接地极入地电流对交流变压器的影响[J].高电压技术, 2007, 33 (12) :134-138.
在线参数测量 篇6
关键词：参数辨识,广域测量系统,相量量测单元,最小二乘法
0 引言
随着电网规模越来越大, 网络结构越来越复杂, 调度运行人员对电网监测与分析的要求也越来越高。而准确的电网参数是进行状态估计、潮流计算、故障分析等电力系统计算的基础[1], 但实际中由于线路改建, 运行环境变化等因素均导致设备设计参数和实际参数有区别, 所以提高电网参数的准确性对大电网安全稳定分析具有重要意义。
1 辨识算法
1.1 交流线路参数辨识
交流线路可用∏形等效电路模型表示, 如图1所示。对两端有PMU量测的交流线路, 形成支路功率方程, 根据直接测量的线路两端的电压和功率用最小二乘法求取线路参数的估计值。
PMU可以直接测量到线路两端的电压和功率, 待求参数为支路导纳、对地电导和电纳, 用极坐标表示的支路功率方程为:
其中, Ui, Uj为线路两端的电压幅值, Pij, Qij, Pji, Qij为线路两端的功率, δij为线路两端节点电压的相角差。考虑到误差, 令:
则有:
上述方程可以写为:
其中:y为输出向量, ξ为噪声向量;Φ为测量矩阵。由最小二乘法可得θ的最小二乘估计为:
1.2 三绕组变压器参数辨识
三绕组变压器可用星型等效电路表示, 如图2所示。
图2三绕组变压器星型等效电路
在引入虚拟中性点节点后, 三绕组变压器电压方程和中性点电流方程为:
根据电压方程消去U&0, 并与电流方程联立得:
为求解三绕组变压器参数, 考虑如下简化条件:
由 (10) 式电压方程得:
根据PMU测量的三端相量序列可以用最小二乘法估计参数。
2 算例分析
2.1 交流线路参数辨识
在实际电网中取两端都装有PMU的交流线路数据进行测试, 电压基值525kV, 功率基值100MVA。根据两端PMU数据, 形成量测矩阵后, 用最小二乘法估计参数如表1所示。
2.2 两绕组变压器参数辨识
由于没有两绕组变压器的实测数据, 对某电网进行潮流计算, 在潮流计算初值上加入噪声作为量测数据。高压电压基值为230kV, 低压电压基值为13.8kV, 功率基值为1 000.0MVA。根据两绕组变压器数据, 变压器两端角度差已知, 将变压器变比作为变量迭代求解, 结果如表2所示。
3 结论
本文利用PMU数据对交流线路和变压器的静态参数进行辨识。对两端都有PMU的交流线路, 根据支路方程用最小二乘法估计参数。对两绕组变压器, 根据量测方程用计算非线性方程最小二乘解的广义逆法求解参数。对三绕组变压器, 假设低压绕组变比和中压绕组电阻、电抗已知, 根据三端PMU量测数据用最小二乘法估计参数。该方法充分利用PMU数据进行电网元件参数在线辨识, 不受运行方式和环境温度等因素对参数的影响, 可以提高电网元件参数的准确性, 从而提高状态估计的精度。通过算例验证了所提方法的有效性。
参考文献
[1]徐伟, 薛禹胜, 陈实, 等.从实测轨迹提取知识时的困难及展望[J].电力系统自动化, 2009, 33 (15) :1-7.
[2]王茂海, 鲍捷, 齐霞, 张哲.基于PMU实测数据的输电线路参数在线估计方法[J].电力系统自动化, 2010, 34 (1) :25-27.
[3]陈晓刚, 易永辉, 江全元, 等.基于WAMS/SCADA混合量测的电网参数辨识与估计[J].电力系统自动化, 2008, 32 (5) .
[4]姚玉斌, 刘仲尧, 陈勇.基于CIM的电力变压器模型分析[J].电力系统自动化, 2005, 39 (18) :57-61.
[5]姜旭峰.常用电力系统仿真软件变压器模型及其参数之间的关系[J].华北电力技术, 2002, 8:48-51.
在线参数测量 篇7
1 牵引变压器监测项目
由于牵引变压器运行工况与电力系统的电力变压器有一定区别, 并且具有特殊性, 因此对牵引变压器在线监测不能照搬电力系统模式, 只能通过成功经验进行借鉴, 并完善相应的监测手段。除了借鉴电力系统针对变压器采用的油中气体分析及局部放电检测变压器故障外, 还需特别研究牵引变压器过负荷、冲击条件下的内部绕组过热问题, 结合绕组过热可更明确区分牵引变压器的故障类型, 以指导检修。
1.1 油中气体在线色谱分析子系统
变压器油中气体在线色谱检测系统主要分油气分离单元, 气体含量检测单元, 数据预处理及通信单元和位于控制室的故障诊断4部分及相应的辅助部分组成。
油气分离单元采用高分子透气膜分离技术, 主要包括不透油只渗透油中溶解气体的透气膜, 集中存储渗透气体的气室及测量管等;气体检测单元包括载气通路, 电动控制单元, 检测气体的多气体气敏传感器及辅助电路;数据预处理和通信单元完成数据采集处理、存储、与控制端通信层通信的任务;故障诊断单元应用模糊逻辑的诊断方法, 诊断单元包括数据分析和间隔层设备控制及状态监视, 通过后台监测系统软件嵌入方式实现。
1.2 变压器局部放电检测子系统
为检测变压器内发生局部放电, 针对后续抗干扰系统以及数据可比的需要, 在一台变压器的每一绕组安装罗哥夫斯基线圈。另外可在低压侧安装定向耦合传感器, 这样可以更可靠的检测低压侧处的引线是否含有放电冲击电流, 用以确定放电是否发生在变压器内部。传感器过来的信号线安装在附近的户外预处理箱集中信号处理, 然后经过通信电缆将信息汇总到控制室通信处理单元。
前端微机系统对转换与放大的信号进行采集存储和处理, 并通过标准通信单元发送到控制室主监测计算机系统, 利用分析软件和数据库软件, 可以对采集到的局部放电数据进行分析, 显示相应放电谱图、放电趋势图、对放电量进行报表统计。
系统中, 每相的放电量主要依据该相高压套管末屏接地线上的传感器的信号, 其他两路信号 (高压套管及中压侧或低压侧) 作为提取有效局放信号的辅助参考;来自变压器高压侧PT的信号将作为局部放电相位信息的参考值。
1.3 绕组热状态及其铁芯接地监测单元
牵引变压器绕组热状态监测单元和铁芯接地及其介损监测单元由电量、油温、铁芯接地数据采集, 数据处理, 信息传输、装置电源等部分组成。
电量采集单元主要采集牵引变三相负荷电流、地回流和轨回流, 外部直接与高压侧电流互感器相连;油温采集主要接入变压器油箱顶部温度热电阻, 可以为Pt100, 也可以为Cu50, 通过三线相连;铁芯接地电流采集安装于铁芯接地线的小电流传感器的微小电流信号, 其量程为0～700 m A。
2 多参数综合在线监测系统组成结构
为了使整套系统有明确的层次感, 我们把系统划分为3层:间隔层、通信层和监测层。间隔层主要功能是对模拟信息进行采集, 各监测子系统如油色谱监测子系统, 局放监测子系统等把采集的模拟信号通过各自的PC处理, 把模拟信号转换成计算机能够识别和便于储存的数字信号。通信层设置了通信处理机, 通信处理机可以连接所有的间隔监测单元和站内后台监测计算机, 实现信息上传下达和转发。监测层包括后台监测主机和远方维修调度管理系统, 后台主机可以通过对被监测模块测量数据进行统计, 形成数据曲线和状态趋势曲线, 可观察到所有监测子系统的在线信息情况, 并且由这些数据信息通过在线监测系统作出诊断。监测系统的基本组成结构如图1所示。
3 通信层设计
通信层主要实现信息上传下达和转发功能, 主要分通信接口单元、通信对时单元、信息缓存及协议转换单元、显示单元和供电单元。通信层的这几个单元此处不再细说, 我们将重点关注通信层的结构选择和功能。
3.1 通信层结构
牵引变电站通信层设通信处理机, 通信处理机通过嵌入式现场总线 (采用屏蔽双绞线或光纤) 挂载所有间隔监测单元, 通过标准以太网可与站内后台监测计算机连接, 也可通过MODEM或高速串口 (64 K数字通道) 与远方维修调度系统进行信息远传。
3.2 通信层功能
(1) 下位间隔层通信功能:通信处理单元按照一定的时间和任务序列与间隔单元通信, 完成对间隔单元的信息传输要求, 读取各个间隔单元的测量数据及状态信息。如果其中某台间隔单元故障, 通信处理机可将它从网络中卸载并向系统报警, 不会影响整个系统的正常工作状态。它可对系统进行灵活组态配置, 增加或减少间隔监测单元均应可在线实现。通信规约采用标准规约, 便于系统与其他设备互联和接入。
(2) 远程通信及站内通信功能:通信处理单元可通过拨号方式与远方在线访问计算机网络进行数据通信, 实现远程在线维护诊断功能和WEB浏览功能。
(3) 自诊断功能:通信单元可实时自检本身运行状态, 故障给出故障定位信息。
4 监测系统主要功能
(1) 实时自动检测功能:实时检测变压器油中气体含量和比例;实时监测变压器内部局部放电量及变化;实时监测三相绕组热点温度;实时监测铁芯接地电流;实时检测高压套管的介质损耗值、泄漏、电流、等值电容;实时监测大气环境参数包括温度、湿度。
(2) 智能统计、分析诊断功能:对被监测的测量数据进行统计和数据关联及挖掘, 形成实时、小时、日、周、月数据曲线和状态趋势曲线;综合利用设备测量结果的横向与纵向比较, 判断设备的运行状况;根据专家诊断故障状态参数模型, 模糊识别故障状态并推理出结论, 指导检修工作;依据IEC标准的牵引变压器寿命损失估计。
除这2大主要功能外, 还有数据远传及远方维护监视管理功能、故障报警功能, 数据查询、存储、比较和曲线输出功能。
5 与综合自动化系统接口
目前牵引变电站结合保护、测控、通信、视频安全监控的综合自动化系统已基本得到普及, 其站级发达的通信网络为一次监测设备组网提供了良好的技术条件, 因此一次在线监测设备可直接作为间隔层节点纳入综合自动化系统或安全视频监控系统的通信网, 减少通信通道的基建投资及通道租用费用, 同时考虑到经济性和灵活性可将电气设备在线监测系统单独成网, 再通过控制计算机或服务器与综合自动化系统进行互联, 这样它也可以同远方维修调度系统方便连接。
另外, 综合自动化系统一般采集有断路器遮断容量、分合闸操作电流, 牵引变压器本体动作信号、电容器谐波过热、机构故障信号等设备的在线检测信息, 所以可以通过接口将此类信息由在线监测系统共享。接口示意如图2所示。连接方式为串行通信方式, 既将站内电气设备在线监测设备模块组网后通过在线监测通信 (监控) 机合成为一个站内独立智能单元, 通过综合自动化系统对其进行信息管理和信息转发。
6 结语
牵引变压器是牵引变电所内最为重要的供电设备, 它面临经常性的冲击性机车负荷及过负荷, 也经常受到接触网短路冲击, 较电力变压器稳定负荷来说工况极为恶劣, 故障概率也远大于电力变压器。本文对牵引变压器多参数综合在线监测项目进行了探讨, 并对在线监测系统的通信层和监测层方案进行了研究, 最后讨论了在线监测系统与综合自动化系统的组网接口方式。
参考文献
[1]陈淑谨, 王世阁, 刘富家.变压器绕组热点在线监测装置的研制与应用[J].变压器.2000, 37 (8) :41～44
在线参数测量 篇8
注塑模具的岗位需求主要体现在以下方面:塑料模具设计;塑料模具维修;成型工艺参数的调整。由此可见塑料成型工艺在塑料模具课程中是一个重点部分,然而这部分内容比较抽象,在传统的教学过程中往往侧重于成型工艺的原理、过程以及成型参数相关概念的定义,这种传统教学模式离成型工艺调整这一岗位需求相差较大。成型工艺调整这一岗位的培养目标就是让学生能够正确调整成型工艺参数,生产出合格的塑料制品,要实现这一目标必须综合考虑:制品的形状、结构、尺寸,成型机的性能,材料的性能及材料的预处理等诸多因素对成型工艺设定的影响。本文介绍基于Flash脚本语言设计的注射成型工艺参数调整在线仿真软件。
2 设计过程分析
(1)工艺流程(如图1)
(2)制品分析
根据制品结构、形状、尺寸计算出制品的体积、质量、分型面投影面积以及制品的流程比。
(3)成型机的选取及材料选取
根据制品的体积、质量及分型面上的投影面积选取合适的注射成型机,并且校核注射量、锁模力。选取塑料材料并进行适当的干燥处理,根据材料的流动性的流程比来校核制品的流程比。
(4)工艺参数的设定
根据制品的形状、结构、尺寸、材料的性能等因素确定合适的成型工艺参数,调整料筒温度、喷嘴温度和模具温度,温度过低则塑料熔体流动差,不利于充模,温度过高则易产生分解,制品变开、变色。设定注射压力、保压压力、保压时间和冷却时间。
(5)制品评价分析
根据成型参数的设定,通过仿真计算,对制品的总体性能进行评价。并分析工艺参数的设置对制品性能的影响。
3 程序摘要
for(i=0;i<9;i++)//i代表注射成型的参数序号(如i=5时读取的为注射压力,cai[cl][i][0]表示某种塑料注射压力的下限值)
4 结语
通过以上程序的仿真练习,让学生了解成型工艺参数的设定对制品性能的影响,最终让学生能够正确设定成型工艺参数并生产出合格的产品。本程序侧重于原理与过程的仿真,对于塑料模具的教学具有较强的适用性,程序采用Flash设计,可以上传互联网进行在线仿真练习,测试程序参见http://liu.web-28.com/。
参考文献
[1]屈华昌.塑料成型工艺与模具设计[M].北京:高等教育出版社,