电气设备的在线检测

电气设备的在线检测（共10篇）

电气设备的在线检测 篇1

摘要：随着中国经济迅速发展, 各行各业对电能的需求量持续增加, 电能供应的质量和可靠性人们愈来愈注重。电力体系已经过了相对长时间的发展, 在最初发展期内, 因为社会的发展速度和竞争都处于相对低的水平, 因此当时的电力供应体系已完全可以让当时的需求得到满足。社会在持续竞争与发展中进步, 科学技术日新月异的发展, 陈旧的电力体系供应已经不可以让人们预期的要求得到满足, 从而提出了高压电气设备的在线检测技术, 提出的新技术在一次次试验与完善中, 受到了大家与广大业内人士的肯定。

关键词：高压电气设备,在线监测,问题

1 电气设备在线监测技术的作用要求

在电力体系运行中, 为了使电气设备在线监测更加及时、正确、实时、有效, 一定要让电气设备在线监测本身不被影响的状态下运行, 从而使电气设备各类状态信号更容易于保存、整理、收集与传输。所以, 在现实工作中, 电气设备不但要具备优良的报警、自检能力, 还一定要具有监测和抗干扰能力。它的监测结果是在保证监测精度的同时, 运用在线标定对其实施有效监测, 进而为设备故障、分析系统数据供应更加实时、可靠的数据, 帮助设备在出现故障后实施性质、定位、程度、寿命和绝缘功能的判定。

2 在线监测技术的基本原理

在线检测技术的原理是:在正常运行电力设备的状况下, 经过测量常规绝缘特点参数 (流过设备绝缘的电流、电容量、介质损耗因数tanδ) , 从而反映设备运行的状态与是不是存在的问题。而介质损耗因数tanδ是影响高压电气设备的关键参数, 设备运行存在的问题tanδ可以及时反映, 灵敏度高, 简单的在线操作控制。

在线检测Tanδ的原理关键有2种:一种是经过硬件对相位角直接测量, 关键有过零点相位对比法, 电压对比法等;一种是经过软件对检验信号A/D变换后, 用软件对测量信号实施数字化处理获得tanδ值, 关键是谐波分析法。

过零相位对比法的原理:把得到的电流信号i与电压信号u实施过零整形, 让其变成过零翻转的方波I与U, 用一个“或”门电路对比出I与U过零时的时间差方波宽度T (T=90°―δ) , 方波宽度T用高频时钟脉冲读取, 依据时钟脉冲个数n和周期△T, 用公式T=n△T, 能计算出T的宽度, 进而依据电压、电流信号频率算出δ。

谐波分析法的测试原理:第一要由高灵敏度的电流互感器检验设备末端引发的电流信号, 而电压信号从电压互感器二次侧抽取, 通过整形放大、低通滤波、程控放大后的模拟信号正再通过采样维持同步采样由A/D转换为离散数字信号, 之后运用计算机对2个离散数字信号波形实施迅速傅里叶变换, 获得2个信号的基波傅里叶系数, 2个基波的相位差进一步求出, 从而获得tanδ。

3 高压电力电气设备的在线检测

3.1 状态检测

对于高压电力电气设备诊断来说, 对设备实施状态检验是其诊断的关键目的。能够依据详细的故障模式, 来应用合适的办法和装置实施设备状态的测量与检验, 同时还要对这些信息实施有效的解决, 来避免各类干扰的信息, 从中选择中可以有效的反映出状态特点的信息, 这是一项相对先进的信息检验处理技术。高压电力电气设备状态检验的关键目的是为了有效检验运行中的设备是不是健康, 从而及时的检验出已经存在的或者即将发生的漏洞和问题, 然后实施有效的分析与预测设备检修的有关时间, 让其对设备的损坏降低。在实际生活中, 因为在运行电压下面的测量特点量要比预防性的试验所加电压下的离线试验相同特点的参数的准确度高, 所以高压电力电气设备运行的有关状态可以更加真实的反映出。进而也非常大的促进了状态预测在电力体系中的普遍运用。对于电力电气体系的状态检验来说, 其对象关键针对电厂与电力体系方面的关键电力设备, 比如变压器、发电机和电缆与断路器等有关的电气机械。一般而言能够把高压电力电气设备的状态检验分为3个关键程序:采集数据;分析数据和特点的提取;状态的评估或者对故障实施诊断与分类。

3.2 状态预测

一般应用的预测形式有时间序列法、回归分析法、模糊预测和灰色预测法与人工神经网络等办法。

3.3 状态评估

因为高压电力电气设备状态维修是经过一种设备的状态为前提, 然后来对设备的状态实施事前预测的办法, 所以提升设备的可靠性和能用度则变成其最大目标, 而这种维修形式是建设设备现行状态的前提下, 是使用必然的方式来对设备的现行状态实施有效的评估以后再予以确定。综上所述, 能够得出高压电力电气设备的现行状态评估是其有效的开展状态维修的关键根本。

4 高压电气设备在线检测需要留意的问题

在高压电气设备运行经过中, 绝缘劣化本身具备部分特点, 当中包含:1) 绝缘介质产生了损耗状况导致增加损耗值, 同时受到别的因素的影响, 会在整个经过中形成部分热量, 最后让绝缘遭受热击穿。2) 绝缘中随时都会发生部分放电的状况, 也许会发生树枝放电的状况。3) 绝缘的关键特点与作用受温度的改变而出现改变, 其影响程度会随增大的温度而增加, 由绝缘温度的系数决定绝缘自身的型式。4) 在先检验技术其实用性是特别强的, 可以发挥出来所具备的优势, 其关键的作用是特别全的, 效率也特别高, 但是在详细的检验中要留意检验设备必须要在安全的环境中实施, 这样才可以达到检验的规范, 这样就不会对设备导致影响, 不会由于设备故障发生异常的功能, 而影响设备的应用与检验。所以, 在平常的工作中, 作为技术人员, 要常常对设备实施检验, 假如发现了反常的状况就要实施及时解决。

5 结语

高压电气设备在线检测技术是中国电力行业稳定运行与发展中关键的组成部分, 其运用的区域愈来愈普遍, 在高科技, 信息化时代的今天, 在线监测技术迅速发展, 可以及时反映高压电气设备运行中发生的问题, 确保电网体系的正常运行, 为中国电力体系提供可靠性强有力的保证。

参考文献

[1]韩军.高压电气设备在线检测技术的探讨[J].数字化用户, 2013 (03) .

[2]王金明, 李博, 余江涛.如何提高继电保护技术[J].科技与企业, 2011, 2 (08) :27-36.

[3]林诗.高压电气设备的在线监测与状态检修措施分析[J].数字化用户, 2013 (14) :87.

电气设备的在线检测 篇2

关键词：超声波技术；变电站；设备巡视；局部放电；在线检测技术 文献标识码：A

中图分类号：TM595 文章编号：1009-2374（2016）17-0122-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.17.059

变电站运维人员每月最主要的工作就是定期设备巡视，检查设备的运行状况，及时进行故障判别，保障设备安全、稳定运行，通常采用目测、手摸、耳听的方法来进行设备运行情况判别，而目测是最直接最便捷的方法，但目测的方法有着很大的局限性，很难准确发现运行设备存在的发展性缺陷，尤其是那些在运行中极易发热的设备缺陷，只有当设备发热到一定程度时（此时运行设备已有不同程度的损坏）才能够发现，使得设备缺陷未能在萌芽状态被发现而延误了处理；还有就是随着系统容量的增大、电网负荷的增加和设备的逐步老化，致使运行设备异常发热的缺陷不断增多，如用示温腊片进行设备的发热缺陷检测，有时却无法发现业已存在的故障，会误判为设备出线接头发热导致的，而延误了那些开关本体内故障的及时处理。因此，利用超声波检测技术进行设备巡视，既能解决目测方法的局限性，又能大大提高运维人员判别设备缺陷的能力，特别是对迎峰度夏和重大节假日期间设备的安全、稳定运行起到举足轻重的作用。下面就结合目前运维站利用超声波带电检测技术在提高运维人员设备巡视效果的应用上做一些介绍。

1 超声波检测的原理

超声波检测法的原理是电力设备内部产生局部放电信号的时候，会产生冲击的振动及声音，通过在设备腔体外壁上安装超声波传感器来测量局部放电信号，从而判断内部是否存在局部放电信号。由于声波的传播不受金属屏蔽的影响，所以检测到的数值比较大。

局部放电暂态地电压检测法的原理是当高压电气设备发生局部放电时，放电电量先聚集在与放电点相邻的接地金属部分，形成电流脉冲并向各个方向传播。当内部放电时，放电电量聚集在接地屏蔽的内表面，因此外部检测在屏蔽层处连续状态时是无法检测到放电信号的。往往屏蔽层在绝缘部位、垫圈连接处、电缆绝缘终端等部位出现破损的情况下才会出现不连续的状态，此时高频信号便会传输到设备外层，放电产生的电磁波将会通过设备金属箱体的接缝或气体绝缘开关衬垫传播出去，而产生暂态对地电压，再通过设备的金属箱体外表面传到地下去。利用检测传到设备外壳上的脉冲信号来判断设备内部是否存在局部放电，但由于开关柜整体屏蔽效果比较好，所以检测到的信号比较微弱。

2 检测分析方法

2.1 带电检测

2013年4月12日，阿勒泰供电公司运维人员在对110kV盐碱变电站10kV开关柜进行带电检测例行试验时，发现用Ultraprobe 9000超声波局放检测仪检测出10kV选矿二线1017断路器开关柜后上柜存在异常超声波信号，测试结果如表1所示：

从以上测试数据可以看出，1017断路器后上柜存在较大幅值的异常超声波信号，其他开关柜的超声检测信号均在合格范围内。随即用Ultra TEV plus+进行检测，检测数据如表2所示。

从表2中可以看出，1017开关柜后上柜与金属的相对差值为6dB，不是很大，在合格范围内。

局部放电暂态地电压检测法是一种最新型的开关局部放电检测方法，实际工作中该方法灵敏度高、操作方便，从而在开关柜的绝缘状态检测中得到广泛应用。当开关柜内部元件对地绝缘出现局部放电时，将会有少许放电能量以电磁波的形式转移到柜体的金属铠装上，此时便会产生持续大约几十纳秒的暂态脉冲电压，在柜体表面通过传输线进行传播，当容性传感器探头检测到柜体表面的暂态脉冲电压时，便可发现和判定开关柜内部的局部放电缺陷。

超声波检测法是通过超声波传感器来检测设备放电时产生的超声波信号，超声波频带在20kHz以上时，就会不受外部噪声的干扰。实际上，用超声波检测时，探头是置于设备外部的，此时放电信号在绝缘介质的作用下衰减严重，也失去了应有的灵敏度，如进行定量分析将会存在较大的困难，但应用于局部放电初测及比较严重的空气中的放电效果较为明显。而超声波检测方法的优势在于能检测到地电压甚至超高频等手段无法发现的缺陷，特别是对某一发展阶段反应为振动信号的缺陷。

加之上述超声波检测又是在开关柜中上部母排的位置，通过局部放电暂态地电压检测法原理和超声波检测法原理，判断可能存在母排螺丝松动而引起的局部放电缺陷。

2.2 复测

2013年5月13日，我们又对110kV盐碱变电站1017断路器开关柜进行了复测，复测结果见表3和表4。

从表中可以看出，超声波异常信号仍然存在，从而更加确定存在局部放电现象。

2.3 隐患排查

2.3.1 根据两次检测结果判断1017开关柜内部可能存在局部放电现象，立即将1017开关柜列入月度检修计划进行停电消缺。在公司统一部署、安排下，于2013年8月14日对110kV盐碱变电站10kV母线停电，将1017开关柜后柜门打开进行仔细检查，发现B相母排有轻微的晃动，并且B相母排与支持绝缘子连接处存在明显放电痕迹（如图1）。

因此初步判定放电原因为固定铝排螺丝松动引起的悬浮放电（如图2）。

随后，检修人员对B相母排氧化的部分进行打磨处理，对氧化的螺丝进行更换并紧固（如图3），重新恢复送电。

2.3.2 处理后恢复送电，对1017开关柜进行了重新测试，测试结果如表5和表6。

从以上数据可以看出，在经过处理后，超声波异常信号消失，TEV检测信号也较之前降低了很多，说明之前通过超声波检测的分析和判断是准确的。即B相母线排固定螺丝松动，造成螺丝对母排悬浮放电。

3 注意事项

第一，事实上，10kV开关柜内部不同的缺陷会形成不同的局部放电现象，对于内部放电和表面放电而言，目前主要采用的非介入方式。带电检测的方法主要有超声波检测和暂态地电压（TEV）两种检测方式，在一些设备发生放电的情况下，我们可以同时侦测到超声波信号和TEV信号，但针对另一些放电情况，因内部放电振动幅值非常小，通常只能检测到两种信号中的一种，因此实际操作中，应该以超声波、暂态地电压检测方式相互补充，才能够有效地检测到全部的局部放电现象。

第二，测试过程中需要注意排除噪声干扰，手机等电子设备要远离仪器和被检测设备。检测之前，应加强背景检测，背景测量位置应尽量选择被测设备附近金属构架。检测过程中，一定要避免敲打被测设备，以防止外界振动信号对检测结果造成影响。

第三，超声波测试容易受到现场周围环境的影响，特别是当设备本身产生不同程度的机械振动时，超声检测便会产生非常大的误差，加之超声传感器的检测有效范围较小、灵敏度低，不大适用于大型的电气设备。

第四，近年来超声波检测法的灵敏度有较大的提高，但其在电气设备内部的传播效应性较为复杂，特别容易在一些情况下出现超声定位失败现象，目前无法利用超声波信号对局部放电进行模式识别和定量判断，主要作为一种辅助测量方法加以应用。

4 结语

超声波法非常适用于局部放电故障诊断，它能使局部放电检测技术向多元化方向发展。超声测试与局部放电相结合的测量方法能准确判断并找出设备内部的局部放电故障点，具有操作方便、故障定位精准、读取数据直观等优点。实践证明，采用多种相互补充的测试方法，能迅速、有效地检测到设备局部放电缺陷，该有效实用的检测技术对提高电网供电可靠率具有重要意义。

参考文献

[1] 王培义，朱伯涛.开关柜局部放电超声波在线检测技术的应用[J].河北电力技术，2010，（6）.

[2] 徐文，张守中，王勇.超声带电局部放电检测技术现场应用[J].山东电力技术，2008，（4）.

作者简介：陈江海（1971-），男，山东昌邑人，国网新疆电力公司阿勒泰供电公司助理工程师，研究方向：变电运行。

电气设备的在线检测 篇3

关键词：电气设备,在线检测,状态检修

电能是促进经济发展以及科技发展的重要因素, 在社会中占有十分重要的位置。电气设备的在线检测与状态检修是电力运行管理中的重要内容, 以此提高供电的稳定性和可靠性, 促进电网的安全运行。

1 电气设备的在线检测与状态检修的分析

电气设备的在线检测与状态检修技术在我国发展的时间比较短, 其理论和技术都在一定程度上存在着缺陷。为了能够提高我国电力自动化的水平, 我国在十二五期间加大了投资力度, 投入了五千亿的资金在电力系统研究方面, 从而促进了我国电气设备的在线检测和状态检修技术得到了显著的提高。从目前来看, 在线检测和状态检修技术能够满足电力需求, 并被广泛的应用于配电网、电能表、输配电、变电站、交互终端等方面。通过在线检测技术, 能够促使变电站的自动运行, 这不仅降低了运行成本, 节约人力和物力, 而且还保障了供电质量。同时, 通过在线检测技术, 还可以实现电气设备故障的自动诊断, 在检测中一旦发现设备故障, 便会自动发出警报, 并采取隔离措施, 将出现故障的设备进行隔离, 将故障的出现点反馈到控制中心, 反控制中心根据故障点信息对设备进行故障, 这在一定程度上提高故障维护效率, 缩短了维修时间。除此之外, 通过在线检测技术, 能够合理控制电气设备电流、电压、频率, 避免电气设备出现电压波动闪变、波形突变等问题, 从而为电能质量提供重要的保障条件。电气设备的在线检测与状态检修技术是新兴技术, 在现代电力系统中, 具有十分明显的优势。

2 电气设备的在线检测与状态检修技术分析

2.1 在线检测技术

从目前的在线检测技术来看, GPS检测技术是一种新型的电气设备状态安全检测技术, 通过GPS检测技术可以对电气设备故障进行自动检测。GPS检测技术主要包括有监视控制系统和SCADA系统。GPS检测技术主要是根据电磁暂态的记录, 对故障进行合理的分析, 以此实现对电气设备的运行状态进行有效的监督控制。GPS检测技术与其他故障录波仪器相比, 在检测过程中不会出现数据沉冗问题, 因此在很大程度上提高了数据的有效性。同时GPS检测技术与通信技术有效的融合在了一起, 以此实现了数据的同步传输, 充分保障了电气设备的检修质量和效率, 并且在数据传输以后会自动产生检测记录, 为故障发生原因的分析提供了参考依据。GPS检测技术在电力系统中, 具有不可或缺的作用, 能够提高电气设备的可靠性, 保障电力系统的稳定运行。GPS检测技术同步方法是通过钳形传感器触发外同步, 获得同步信号。在软件方面, 可以通过四个特征对电气设备的放电情况进行有效的判断, 为故障判断提供了参考资料。

2.2 红外检测技术

热与电气设备有着十分紧密的联系, 一旦电气设备出现故障, 都会提高设备的温度, 导致设备发热, 从而容易损坏电气设备。红外检测技术是一种新型的在线检测技术之一, 具有较高的安全性, 检测效率好, 甚至可以检测出设备温度的些微变化, 以此确定故障的情况。红外检测技术是一种理想的在线检测技术, 将其运用在电气设备发热故障中的检测中, 可以充分发挥极大的作用。将红外检测技术运用于变压器的状态监测中, 可以检测出冷却装置控制键元件、各个部位接头的温度, 同时还能检测出变压器的潜伏性故障。在检测变压器内部的时候, 由于故障点的位置较深, 传统检测技术难以检测, 因此可以利用红外检测技术, 但是由于内部结构较复杂, 因此可以在此过程中合理结合光纤检测等技术。

3 结束语

当电器设备一旦出现故障的时候, 不仅会影响到电网运行的可靠性和稳定性, 而且还会导致电气设备的损坏, 严重者甚至还会导致火灾的出现等问题, 从而提高供电成本阻碍电力企业的发展, 因此保障电气设备运行的稳定可靠性是非常重要的。所以, 需要我国不断创新, 才能使得在线检测和状态检修技术在电力应用过程中, 得到长期的发展。

参考文献

[1]王金兰.浅谈电气设备在线监测与状态检修技术[J].城市建设理论研究 (电子版) , 2015, (22) :8850-8850.

[2]梁耀宗.状态检修与高压试验人员应对策略[J].城市建设理论研究 (电子版) , 2012, (17) .

[3]吉亚琴.浅谈电气设备状态检修[C].2010年全国输变电设备状态检修技术交流研讨会论文集.2010:288-293.

电气设备的在线检测 篇4

技术优势

（1）印品缺陷在线检测技术可实现全程实时检测，发现缺陷问题时，系统会马上启动报警装置，操作人员可根据现场的实时报告，及时解决生产中出现的问题，减少废品产生。自从我公司卷凹机上应用了印品缺陷在线检测系统，印品的废品率明显降低。

（2）生产效率大幅提升，检测精度高，能够检测出印品上极其细微的质量缺陷。我公司采用的印品缺陷在线检测系统的检测误差可以达到±0.1mm。

（3）印品缺陷在线检测系统代替了人工检测，节省劳动力，而且可以实现从采集、匹配、计算到缺陷分类和报警的自动化操作，提高印品的稳定性和可靠性。

关键部件

1.照明设备

照明设备为被检测印品提供稳定一致的照度，保证图像采集设备采集的图像色调一致，灰度均匀，便于后续处理。照明设备和照明方案的配合应尽可能地突出印品特征量，在印品需要检测的部分与那些不重要的部分之间应尽可能地产生明显区别，增加对比度。

2.图像采集设备

图像采集设备采集被检测的印品图像信息，得到模拟信号，然后经过A/D转换器转换为数字信号，送入数字信号处理器进行后续处理。目前常用的图像采集设备基本上都是CCD相机。根据采集图像的规律，分为线阵CCD相机和面阵CCD相机。线阵CCD相机每次采集一条水平横线上的图像，利用印品的快速垂直移动，通过定位装置的控制，每隔一定距离采集一次图像信息，最终组成一幅完整的印品图像；面阵CCD相机可一次性采集整幅印品图像，但结构复杂，精度较低，价格昂贵。由于我公司对印品控制精度要求较高，因此选择线阵CCD相机作为图像采集设备。

3.图像处理模块

图像处理模块接收采集到的数字图像信息，经过一系列前期处理、运算、匹配和缺陷分类，最终输出结果。由于受到印刷过程中纠偏、张力等因素的影响，采集到的图像会存在空间位置上的偏移，因此图像处理模块首先应对采集到的图像信息进行定位和纠偏。

4.控制设备

经过图像缺陷检测和分类后，当系统检测出缺陷时，控制设备会驱动内置的贴标机构对缺陷部位进行贴标标识，同时数据库也会记录下缺陷信息，为后道工序剔除缺陷印品提供依据。此外，我公司采用的印品缺陷在线检测系统的控制设备还配备缺陷报警装置，一旦发现缺陷，报警器就会鸣叫，操作人员可以及时根据报警提示解决问题。

5.数据库

数据库可对检测到的缺陷信息进行存储、统计、管理和分析，为缺陷分类提供量化数据，也能将缺陷信息传输给后续工序，以便准确地剔除存在缺陷的印品。

发展趋势

根据我公司的实际应用情况以及对国内缺陷在线检测系统调研后发现，国内虽然在印品缺陷检测方面取得了很多成果，但是由于关键部件和核心技术大多依赖进口，图像采集和识别算法落后，仍然存在很多需要改进的地方，如检测精度不高、检测幅面小、系统稳定性不足、能够检测到的缺陷种类较少等。因此，笔者认为国内印品缺陷检测系统的研究重点应主要集中在以下几方面。

1.CCD相机性能的提升

CCD相机的性能对于印品缺陷在线检测系统至关重要，直接影响到采集图像的质量和检测系统的精度。而国内的CCD相机扫描频率较低，在印品高速生产的情况下，采集图像的分辨率较低，当缺陷小于0.1mm时就很难被检测到。

2.检测算法的改进

图像处理和识别速度直接制约着印品缺陷在线检测技术的应用和发展。目前国内的图像处理和识别算法相对比较落后，处理速度慢，加之没能对缺陷进行量化和细分，导致能够检测到的缺陷种类较少，直接制约了检测速度和检测质量的提升。

3.印品缺陷的在线纠正

目前，印品缺陷在线检测系统在检测到缺陷时，仅能对缺陷进行标识或提醒操作人员进行手动纠正，而不能自动分析缺陷产生的原因，并自行修正。我公司技术人员经过大量调研发现，可以对常见缺陷进行细分和量化，然后内置在检测系统中。当检测系统发现缺陷时，首先分析缺陷类别，然后将缺陷信息反馈给中央控制台，中央控制台依据反馈的缺陷信息自动执行调整刮墨刀角度、印刷机参数、套准机构参数等动作，从而实现对印品缺陷的在线纠正。

4.图像采集设备的改进

近年来，采用镭射效果的包装印品因具有绚丽缤纷的装潢效果而越来越受人们的喜爱。但镭射纸张表面各区域的反射性千差万别，严重干扰了在线检测系统的图像采集过程，导致被检测目标及背景不稳定，影响了印品缺陷在线检测的准确性。针对这个问题，我公司技术人员设计了一种滤光装置，即在采集镜头前加装一对偏振镜，滤掉干扰性杂光，从而保证图像信息的稳定采集。目前该装置已经成功应用于我公司的印品缺陷在线检测系统，并取得了很好的使用效果。

浅析电气设备绝缘在线检测技术 篇5

状态检测在一些发达国家发展较快, 状态检测是在现场随时监测和采集到的各种参数和数据传输到计算机数据库, 建立评判标准, 建立每个设备的历史状态参数的曲线, 并绘制各个设备的品质参数变化趋势, 将检测到的数据参数依据评判标准进行评判, 依据评判结果提出处理建议, 及时调整各种参数, 逐步实现了从机组异常事后分析到异常现象事先分析的飞跃。我

国电气设备绝缘在线监测技术经历十多年的的发展, 技术上日渐成熟。

2 实现绝缘状态检测的基本条件

实施状态检测三个方面的基本内容:

第一是在线高压电气设备应具有较高的绝缘水平, 设备本身的故障率正常时很低;

第二是对监测运行设备状况特征量的要有在线监测手段;

第三是要有技术监管和相应的智能综合分析系统。其中重点是在线监测绝缘参数是状态监测。

3 绝缘状态在线检测技术

3.1 绝缘状态在线检测技术的基本原理

电力设备主要包括变压器、避雷器、各种开关设备、互感器、绝缘套管及发电机等。

由于每种设备的结构特征、性能参数以及运行工况各不一样, 而且同一种设备不同元件的绝缘性能也不一样, 如变压器的套管、绝缘油、铁芯等。

因此同一故障形式可能有不同的宏观信号体现, 但同一信号反映的是不同的故障形式。

因此, 要实现设备的绝缘在线监测, 必须针对不同的设备、不同的要求, 采用不同的监测方法。

针对设备性能特点选择信号的采集方式信号预处理、显示及报警等专家系统、包括绝缘诊断、工作票。

绝缘在线监测和诊断技术包括3个基本部分:

1) 采用正确测量手段以及选用合适的各种传感器, 对被测对象的种种特征和各种特性参数进行监测和测量;

2) 对一些杂乱的干扰信号加以分析处理, 去除干扰, 获得被测对象运行状态中最敏感、最真实、最有效的技术参数;

3) 系统将检测到的特征参数和绝缘老化过程的特征及多年运行经验进行比较识别、判断, 即完成诊断过程。并对绝缘性能的发展趋势进行预判, 估算出故障的发生概率, 为以后维修提供技术依据。

3.2 绝缘状态在线检测技术的方法

绝缘设备大致可分为容性类设备、避雷器类设备、开关类设备、充油类设备。从信号的种类又分为温度、油色谱、泄漏电流或损耗、局部放电等。因此针对不同的设备绝缘及不同的性能特点, 选择不同的监测信号。

各个监测装置将检测到电气设备的各项电气性能参数, 不断的传给工控机。而监测系统依据研究结果和经验, 建立一套诊断规则。

具体诊断方法分为模糊诊断、逻辑诊断、统计诊断三种。逻辑诊断是用“有”和“无”, 或“好”和“坏”。来表征针电气绝缘的特征和状态的诊断结果。

虽然简单明了但是过于简单, 诊断准确度不高。模糊诊断对电气绝缘的状态和特征用“很强”、“良好”、“正常”、“较差”、“差”, 对某一故障用“重故障”、“故障”、“轻故障”、“警告”、“无”等来表征诊断结果。

统计诊断考虑被测对象特征参数分布的不确定性处于同样状态的同类设备, 其特征参数并不相同, 而按一定的统计规律分布, 统计诊断依据大量的试验数据以及长期的运行经验, 综合各个因素之后确定合适的诊断。因此模糊诊断和统计诊断准确度较高, 但是方法复杂, 目前正在研发中。

4 电缆故障在线检测

4.1 电缆结构及老化原因

4.1.1 电缆结构

高压电缆的结构一般有以下几部分组成:

1) 外绝缘层。2) 网状金属屏蔽层。3) 半导体层。4) 环氧树脂层。5) 铜导体;

外绝缘保护层网壮金属屏蔽层半导体层环氧树脂层铜导体。

4.1.2 影响电缆绝缘老化的因素

一般电缆老化有以下几种原因:1) 外力损伤。2) 绝缘受潮。3) 化学腐蚀。4) 长期过负荷运行。5) 电缆接头故障。6) 电缆受外部高温, 或者由于长期过负荷运行自己产生的热量。

4.2 电缆故障探测的传统方法

4.2.1 电缆故障测距的传统方法

电缆故障测距的传统方法主要有以下四种:

1) 电桥法:适用于低阻及短路故障, 需要事先知道电缆线长度等数据。多年实践经验我们知道, 这类故障通常为高阻及闪络性故障, 故障电阻很高使电桥检测电流较小, 因此一般的灵敏度仪表很难探测。

2) 脉冲回波法:主要适用于低阻与断路类故障, 利用仪器发出的电磁波遇到特性阻抗不匹配时产生反射波的原理, 检测出故障电缆上的电磁波发送和返回的时间间隔, 依据电波在电缆中的传播速度计算出故障点到测试点的距离。

3) 脉冲电压法:主要适用测量故障相对地电阻于大于10kΩ的高阻与闪络故障。在将电缆故障中施加直流或脉冲高压将故障点击穿, 利用检测仪器测出放电脉冲在测量点与故障点往返一次所需的时间来测距。

4) 脉冲电流法:该方法也是是将电缆故障点用高压击穿, 但是脉冲电压法不需要将故障点烧穿。这时监测仪器根据记录下故障点击穿产生的行波信号在测量端与故障点往返一趟的时间计算出故障距离。

4.2.2 电缆故障定点检测传统方法

传统的电缆故障定点最常见的检测方法是声磁同步法。该方法是在故障电缆上加高电压使故障点击穿放电, 当磁场信号与放电声音同步时, 将接收器记录放电声音进行分析, 这时测试人员通过耳机听声进行故障定点。

目前此方法是常用的电力电缆故障点定位法, 此方法的特点是故障点必须在测试人员附近2~3m左右时声音信号较强, 对现场测试人员的经验技术要求较高。

4.3 目前电缆故障探测方法

4.3.1 目前电缆故障测距方法

电缆故障测距可以采用因果网或者跨步电压法, 电缆故障定点可以采用高频感应法、红外热象技术等。

因果网:成熟的计算机系统依据故障探测元件监测到的数据进行比较判断, 从而发出指令使执行元件继电器、开关动作。它的优点是将传统专家系统的知识及全面的技术信息输入计算机系统, 利用整个监测系统对电力系统故障进行分析定位。这样克服检测人员因知识水平和技术水平高低不同而出现判断失误。

跨步法:电缆故障一般分两种, 最普遍的一种是电缆护层老化破损, 另外一种是人为机械破损。检测人员在故障电缆的一端加特殊信号, 当电力电缆对大地产生泄漏时, 会在地面上故障点周围产生由强到弱的有向电信号梯度。在电缆故障点前信号递增, 电缆故障点后信号是递减。

因此沿电缆路径用测量设备可测得信号的幅度和方向。测量设备可对电缆故障点进行定向与定位。测量高压或低压故障电缆时可施加不同的电信号 (电量) 。利用跨步法对电力电缆故障进行定向与定位其测量方法的优点是:

1) 可在较大范围确定故障点的方向, 缩短测试故障的时间;

2) 施加在故障电缆上的特殊信号不在故障点产生续弧, 所以不会对电缆造成二次损伤;

3) 定位精度高、定点速度快;施加于电缆的交流脉冲幅度小, 对电缆没有直流极化损害。

4.3.2 电缆故障定点的新方法

高频感应法:高频信号发生器在故障电缆的一端向电缆输入高频电流, 电缆中的高频电磁波, 会在电缆周围的地面上产生高频电磁场, 用测量仪器沿电缆路径监测电磁场, 电磁场的强弱直接在测量仪器的液晶屏幕上显示出来, 依据显示电磁场数值的变化来判断故障点位置。高频感应法的优点是高频信号源比音频信号源容易实现, 这样检测装置的体积小和重量轻的优点就较为突出。而且抗干扰性能较强。也可在不停电情况下来实施在线故障探测。

红外热象技术:一般电缆发生泄露和击穿故障时电缆发生会过载或电流明显突增, 电缆故障点处的温度与正常电缆处的温度变化也就比较明显, 检测人员沿电缆路径对电缆的线芯温度进行监测, 依据温度的变化来判断故障位置。一般分几步进行:

1) 用红外热象仪对电缆表面扫描, 记录电缆的表面温度分布图象, 经分布图象分析得出温度场的具体数值分布。

2) 依据建立的传热数学模型、物性参数及电缆结构参数、电缆的表面、环境温度比对电缆线芯温度进行反演计算, 找出故障点。从而对电缆线芯温度进行非接触的故障探测。其特点不接触设备, 不停运设备, 操作简便, 检测速度快, 工作效率高等优点。

5 结论

电力系统传统的运行维护工作, 其做法是实施“计划检修”, 也就是按照高压电气设备预防性试验规程所规定的试验周期, 定期对电气设备进行检修。

在线检测通过连续自动监测带电运行电气设备的绝缘参数, 还可以对周边环境监测 (如温度、湿度、系统谐波, 频率、电压、等非绝缘参数) , 这些监测到的数据随时通过系统进行综合分析, 从而对电气设备及时做出判断。当设备出现“超标”等异常现象时, 检测系统自动报警。可以说状态检修是“应修必修, 修必修好”。

飞机环控系统在线检测设备设计 篇6

飞机环控系统的可靠、稳定对于保障飞行安全有着重要作用。根据环控系统的工作原理及外场一线保障的特点, 设计了对飞机环控系统的检测设备。 该型检测设备能够实现对环控系统的在线检测。相比较于传统的二线检测设备具有快速、携带使用方便等特点。适合外场一线的机务保障工作。

1飞机环控系统工作原理

某型飞机环控系统由座舱温度控制机构、管路温度调节机构及涡轮限速机构等几个部分组成。以座舱温度控制机构为例, 其工作原理如下。

座舱温度控制主要由断路器。调温接通转换开关、座舱温度控制盒、敏感器电阻、电动活门等几部分组成。具有座舱温度设定、调节;高温极限温度保护;低温极限温度保护等三个基本功能。

座舱敏感器作为电桥的一臂, 通过座舱温度控制盒接到由电阻R10、R11、R12/R13 (可调) 组成的电桥中。该敏感器具有正温度系统, 用来感受座舱空气的温度。当座舱温度与选定的温度一致时, 电桥平衡无信号输出, 电动活门不工作。当座舱温度高于选定温度, 电桥失去平衡, 输出正电压信号, 电动活门向制冷方向运动, 直到达到选定的温度, 如***-10冷路全部打开, 仍然达不到选定的温度, 电路***-10将接通次热路旁路调温电动活门, 使其逐步关闭, 直到座舱温度降低到设定温度;座舱温度低于选定温度时的电动活门工作情况则相反。

管路温度调节机构、涡轮限速机构的工作原理与座舱温度控制机构类似。

2检测设备硬件组成

根据外场一线训练保障任务的需要, 检测设备采用便携式的设计。主要功能包括环境热度热敏电阻阻值模拟;电动活门开关及电机电流检测;电动活门全开、全闭时间检测;超温计时、计数等。

其中主控设备采用stm32微控制器外接标准化的TFT液晶显示模块、SD卡储存模块、LD0电源模块等。热敏电阻采用固定阻值电阻串联数字电位器的形式, 对于电机电流的测量采用固定阻值电阻串联数字电位器的形式, 对于电机电流的检测采用Agilent公司的HCNR200/201线性光耦隔耦合检测电流的大小并减少飞机28 V与检测设备电源之间的干扰[1]。具体硬件组成如图1所示。

电动活门工作电压为直流28 V, 工作电流为500 m A左右。若工作电流过大, 则可能为电机积碳或卡滞。对电流的检测采用在电路中串联电阻和线性光耦器件HCNR200实现对电机电流的采集, 具体光耦电路如图2所示。

HCNR200是美国惠普公司推出的高精度线性光耦, 由三个光电元件组成, 包括发光二极管LED、 PD1、PD2是两个用同种工艺制成从而具有严格比例关系的光敏二极管。当LED中流过电流If时, 其所发出的光会在PD1和PD2中感应出正比于LED发光强度的光电流IPD1、IPD2, 即If与IPD1、IPD2之间为线性关系。

在检测电流电路中流经R1的电流为Vin/R1= IPD1·IPD1与Vin之间是线性比例关系。IPD1稳定线性变化, If也稳定线性变化。因为PD2受到LED光照, IPD2也跟着稳定线性变化。放大器A2和电阻R2将IPD2转化成电压V out=IPD2·R2对电流进行A/D转换后可以计算出电机的电流。

3检测设备软件系统

系统采用了嵌入式 μC/OS-II实时操作系统。 软件系统包括:人机交互单元、电阻值设定与数据采集单元、数据处理单元等部分, 软件系统的工作流程如图3所示。

其中人机交互界面完成系统初始化, 选择检测设备的工作方式等。电阻值设定与数据采集单元根据选定的工作方式设定敏感电阻, 检测电机电流, 电动活门的状态及超温灯的状态。数据处理单元完成对电动活门全开、全闭时间的计算, 记录并存储超温灯亮的时间, 次数。对于超温灯告警信号配置成任意电平变化触发, 数据处理函数中完成对超温状态的判断与记录。高温极限温度保护、低温极限温度保护、管路温控、涡轮限速活门的开关时间规程要求为不大于40 s, 实际检测平均为17 s左右。次热路旁路调温电动活门与冷路电动活门全开全闭时间约为25 s。

4结语

本系统以STM32F103ZET6为微处理器, 以u C/OS-II实时操作系统为系统平台, 实现了某型飞机环控系统在线检测。检测设备便携、灵活、功能齐全、性能较高。

参考文献

电气设备的在线检测 篇7

1) 对电力系统进行预防性测试需要断电, 同时其测试周期是固定的, 对于电力系统中的电气设备的缺陷并不能及时发现。

2) 电力系统的电气设备运行过程中的状态以及运行参数与断电时差异性很大, 其预防性测试的结果并不能准确反映电气设备的运营状态。本文将对输变电设备的带电检测以及其在线监测技术进行详细的论述, 指出其中现存问题, 并提出了相应的解决方案, 为输变电设备检测技术的发展提供参考依据。

1 输变电设备在线检测技术

国内外许多学者就输变电设备的状态检测进行了多年的探索与研究, 但由于电力系统电气设备种类多, 功能各异的特点, 其相应设备的状态检测技术差异性较大。本节将详细介绍其相应设备的状态在线检测技术, 见表1:

1.1 变压器状态监测

在电力系统中, 变压器属于最为核心的设备, 其运行的可靠性是确保电力系统安全、经济运营的基础。目前, 变压器设备的状态在线监测措施主要有5种, 见表2:

1.2 电容型

在变电所中, 电容型的电气设备占总设备的45%~60%, 其设备的绝缘性能直接影响到变电所的安全运营。在电力系统所有的电气设备当中, 其电容型电气设备的在线监测研究、应用得最多。主要包括三部分[2]: (1) 泄漏电流的监测; (2) 电容器容量的监测; (3) 介质损耗的监测。

1.3 避雷器

避雷器状态的监测主要是监测器阻性泄漏电流。常用的技术措施有4种:1) 谐波法;2) 阻性电流谐波法;3) 总泄漏电流法;4) 常规补偿法。现在用得最多的技术是补偿法来测量避雷器的阻性泄漏电流。

1.4 断路器

在电力系统中, 断路器起着控制与保护的作用, 其开断能力的好坏对于电力系统的安全运营起着重要作用。对断路器状态的监测, 可以很好的获得其运营特性, 从而提高电力系统的运营可靠性。目前, 我国断路器状态监测主要在3方面[3]:1) 断路器的机械动作特性;2) 断路器的灭弧室电寿命;3) SF6气体监测。

1.5 电缆的

目前, 我国应用得最为频繁的电缆的在线监测是采用叠加直流电压法, 但仍有一些缺陷:1) 端部表面漏电阻变化、杂散电流变化等因素, 存在一定的测量误差;2) 接地变压器长时间通过直流电, 存在磁路饱和现象, 通常会引起继电保护的错误动作。

1.6 输电线路

输电线路状态的在线监测的工作重心在于电力线路的运营状态与周围环境的适应程度上, 主要在以下几方面, 见表3:

2 带电检测

目前为止, 输变电电气设备的带电检测方法主要有3种[4]:

1) 红外线成像技术;

2) 紫外线成像;

3) 超声波检测技术。

2.1 红外线成像

红外线成像检测技术主要用于输变电电气设备因电阻损耗、介电损耗等因素所引起的局部温升。该技术存在一定的局限性:红外线的穿透能力极差, 所以在一些复杂的电气设备的故障检测中, 如果其故障发生位置离电气设备的表面距离较大, 其红外检测结果并不能真实反映电气设备的真实的故障情况。

2.2 紫外线成像

紫外线成像检测技术主要用于输变电电气设备的表面因局部发电则形成的电蚀损检测。常用于检测电缆的外部损伤、绝缘缺陷等。该技术也存在一定的局限性:由于紫外线检测光子随检测压力、温度、距离等参数变化, 同时没有正规的紫外检测标准可查阅、参考。

2.3 超声波

超声波检测技术是以超声波的折射、反射为基本原理的, 用于绝缘介质内部的缺陷检测。其优势在于[5]:穿透能力强、检测成本较低、效率高。不过该技术也存在一定的缺陷:一是需要通过耦合介质来将声能进入被检设备;二是检测结果并不能直观显示, 对相关的技术人员要求较高。

纵观现代输变电电气设备的带电检测与在线监测技术的发展, 其监测重心向绝缘状态量方面发展, 渐渐向化学量、机械量等方面发展。其电气设备的在线监测还呈现了一种综合发展方向:将电气设备实时采集的状态量以网络为技术手段, 进行集中, 并与电力系统实际情况相结合, 对电气设备进行全面综合分析, 从而为电气设备的实时状态提供参考依据。

3 结束语

经过多年的研究与工程实践, 输变电电气设备的带电监测与在线监测技术获得了巨大的发展, 一些成熟的相关产品已经全面向市场推广, 其面向对象可以覆盖绝大多数电气设备。值得注意的是, 输变电电气设备的带电监测与在线监测仍是一种系统工程, 其中一些技术仍有待改进。因而, 在研发输变电电气设备的带电检测与在线监测设备时, 以实际的工程特征为基础, 综合分析其相关的监测数据, 并作出准确的判断分析。这是提供我国电力系统运营能力、促进电力检修模式的发展, 完成电力系统的状态检修的必经途径。

摘要：文章对输变电电气设备的带电检测、在线监测技术进行了详细的分析, 分别枚举了输变电设备的带电检测技术、在线监测技术。并指出电网未来检修模式的发展方向, 对完善电力系统状态运维具有一定的参考价值。

关键词：带电检测,状态运维,在线监测,检修模式发展

参考文献

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电气设备的在线检测 篇8

高压电气设备的介质损失角正切 (tg δ) 是衡量电力设备绝缘性能的一个重要指标, 对高压电容性设备绝缘的劣化和故障有较高的相关灵敏度。通过测量tg δ, 可以反映出设备绝缘性的一系列缺陷, 如绝缘受潮, 劣质变化, 绝缘层中气隙放电等[1,2,3]。但是, 高压电气设备的介质损耗具有高电压, 微电流, 小角度的特点, 对测量的精度要求高, 且tg δ测量易受各种形式的干扰, 要精确、稳定地测量tg δ存在较大的难度。

tg δ的测量传统上主要采用电桥测量仪, 典型代表为QS1型西林电桥[4] 。随着电子技术和微计算机技术的飞速发展, 数字化的测量方法求取介损角已经逐渐取代传统电桥测量仪[3]。目前, 主要有2种典型的数字化测量介质损耗的方法, 一种是以工控机为核心的集中式检测 (例如西安交大科技园博源电气有限公司的BYII型变压器绝缘综合检测系统) , 另一种是以单片机为核心的分布式检测[5]。前者是将传感器的信号经过前置放大, 使用同轴电缆将模拟信号传到机房, 使用工控机加数据采集卡将信号进行模/数转换, 再利用软件算法, 将介质损耗角计算出来。后者是使用单片机作为节点的核心计算和控制单元, 直接在现场将传感器信号数字化, 计算得出介损角, 再通过现场总线将结果传回进行显示。

集中式介损在线检测的优点在于, 可以使用工控机强大的计算能力, 便于采用复杂的软件算法。在Windows平台下进行计算、控制、显示也比较容易实现。缺点是, 传感器信号通过前置放大, 长距离传输, 后置放大等模拟环节, 难免衰减, 并引入干扰信号, 往往失真比较严重。

分布式介损在线检测的优点在于信号现场采集, 失真小。但是单片机速度慢, 计算能力弱, 不能采用复杂的算法, 并且单片机外扩存储器容量有限, 信号采样率也不能太高。因此, 我国国内一般采用51单片机作为处理器的介损测量单元[6,7,8], 相应的算法一般为简单的过零法, 或者双向过零法。这些比较简单的算法, 对于电网频率的波动引起的测量误差, 不能有效抑制。所以, 一般要额外添加其他模拟环节, 如硬件锁相环等[7,8], 使得系统比较复杂。

本文首先提出了一种介损数字化测量的二次DFT算法, 分析了二次DFT算法对于克服电网频率波动影响的基本原理, 给出该算法实现的具体步骤, 然后通过仿真, 在给定的计算精度要求下, 确定使用该改进算法所需处理器的计算速度, 以及硬件采样分辨率、采样频率、以及相应的存储器容量的要求, 并以此为依据, 研制出一套基于TMS320F2812型DSP处理器的新型分布式介损在线检测设备, 该系统相比于单片机加过零法的传统方案, 减少了锁相环, 外部AD等模拟环节, 更加简单可靠。测试结果表明, 该系统能有效提高tanδ的测量精度。

1 改进的DFT算法测量tan δ的原理

1.1 传统DFT算法的原理

如图1所示, 设ux为被测变压器套管运行电压、ix为其上流过的电流。满足狄里赫利条件的电力系统电压ux、电流ix, 可按傅里叶级数分解为直流分量和各次谐波分量之和:

式中, U0为电压的直流分量;Ukm为电压的各次谐波幅值;αk为电压的各次谐波相角, 由于所需要的是基波, 故令k=1, 并且以式 (3) 除以式 (4) , 可得电压基波相角α1:

同理可得电流基波相角β1:

对容性试品, 电流相角超前于电压90°, 所以, 介质损耗角正切:

所以, 从传感器、前置放大电路所得的电压信号ux、电流信号ix, 经过离散数字化处理后, 按式 (2) ～ (4) 计算即可求得容性设备的介质损耗角正切值。

1.2 二次DFT算法的具体实现步骤

式 (4) 成立的前提是被测信号的周期T是采样间隔的整数倍, 即同步采样。实际中的电网频率是波动的, 以固定频率采样时, 无法总是满足同步采样。陈楷等和王伟林等提出了双速率同步采样方法[9], 但双速率采样要求在采样过程中变换定时时间, 致使实际操作比较麻烦。陈楷等定量分析了非同步采样带来的频谱泄漏效应[7] , 提出一种非同步采样条件下的基波相位分离补偿算法, 梁英等利用加Blackman-Harris 窗插值和修正理想频率这2种改进算法[10], 这些改进算法对计算精度都有所改进。

本文提出一种二次DFT算法, 在电网频率波动时, 不必调整采样频率, 仍然满足同步采样的要求, 而且算法比较简单, 比较容易在嵌入式处理器中实现。算法的基本思想如下:以固定的采样率对电压, 电流进行采样, 通过DFT算法, 将已采集的波形数据的频率精确计算出来, 从而得到满足整数采样周期的积分时间T, 然后再对同一组数据, 使用该修正之后的积分时间, 使用谐波分析法, 求出介质损耗角的正切值。此时的积分时间满足同步采样的要求。具体的计算过程如下:

设已经有了两组采集到的波形u (k) , i (k) , 分别为采样点k上的电压, 电流值, 电网频率理论上为f0=50 Hz, 同步采样时, 每周期采样点数理论上为N0= fs/f0, 其中fs为固定的采样频率。

算法实现的第1步:通过离散傅立叶变换 (DFT) 算法, 求出实际的电压信号的频率:

根据式 (5) , (6) 计算出相对频率修正值为:

从而可以将实际电网频率求出来:

则实际的每个工频周期内, 满足同步采样的点数为:

采用修正后的每周期的采样点数, 可使得被测信号的周期T是采样间隔Ts的整数倍, 即满足同步采样条件。在固定采样频率的条件下, 可得实际的电网周期作为式 (5) , (6) 中的积分时间:

从而可消除因为非同步采样带来的泄漏效应。

算法第2步:采用二次DFT算法, 求出介损角。首先采用数值积分法将式 (2) , 式 (3) 离散化, 此时的积分时间采用T=NTs, 以满足同步采样条件, 再根据式 (4) 即可算出介质损耗角正切。

该算法的优点在于, 只需要一次采样, 就可以完成介损计算, 并且满足同步采样条件。在计算精度大大提高的同时, 计算量只是提高了1倍。

2 算法对嵌入式处理器和存储器性能要求的仿真分析

硬件系统的设计, 特别是处理器的选型与算法直接相关, 而算法计算精度与信号的采样频率, 采样分辨率都有密切关系。系统设计的采样率, 采样分辨率是硬件设计的关键指标。因此, 通过仿真, 确定在达到的介损角计算精度指标 (介损角计算的相对误差小于5%) 的前提下, 算法所需的最小采样率, 采样分辨率, 以及估计相应的计算量, 对于硬件设计中的处理器选型, AD选择, 以及存储器容量的确定, 有重要的意义。

2.1 仿真条件设定

仿真采用正弦信号模拟测量得到的电压信号, 根据线性电路的叠加定理可以推出仿真电流。电网中谐波主要是2～7次谐波, 各次谐波间比例依次为40%, 25%, 15%, 10%, 6%, 4%, 本文按此比例混合产生谐波。谐波的总量占基波的比例以畸变率表示, 仿真的畸变率设为10%, 采样频率为设为100 kHz, 共采5个以上基波周期的信号, 采用12位的A/D转换器。设电压信号基波初相角为0, 设备介损角为0.003 rad, 电网频率为50.2 Hz。

以下仿真结果如果没有特殊说明, 均在该仿真条件下得到。

2.2 采样频率的影响

采样频率受介损测量单元的处理器速度和存储器容量限制。另外, 算法本身在采样率提高时, 存放采样数据所需的存储器容量线性增加, 计算量也将呈指数级增长。采样率变化时, 介损角计算精度如表1所示。

由表1可知, 二次DFT算法介损角计算精度随采样率正相关, 在采样率超过50 kSPS时, 精度可达到介损测量的要求。

2.3 A/D分辨率的影响

分辨率越高的A/D转换器, 价格也越昂贵。分析A/D分辨率和介损角的计算精度之间的关系, 可找出介损测量单元的计算精度和计算速度, 硬件成本之间的平衡, 作为介损在线监测的硬件设计参考。A/D分辨率变化时, 介损角计算精度如图2所示。

由图2可见, 采样位数超过10之后, 介损角的计算精度随采样位数提高不多, 对于二次DFT算法, 介质损耗角计算的相对误差小于2%。

2.4 模拟环节锁相环取消依据

实际的电网频率在49.5～50.5 Hz之间波动。文献[11]提出, 在采样电路前端, 增加一个锁相倍频跟踪电路, 前置信号进入采样之前, 先进入到锁相倍频跟踪电路, 该电路由锁相环和分频器组成, 目的是完成对输入信号的倍频输出和跟踪输入信号的变化 (锁相) , 使其满足采样保持电路的电平、时间的需要。该方案可有效解决频率波动的问题, 但是增加了系统的复杂性。由于本文提出的二次DFT算法本身具有频率补偿的环节, 所以不需要该锁相环部分, 减少了模拟环节。

频率波动对tan δ监测结果的影响见图3。

由图3可见, 用本文所提的二次DFT算法, 电网频率在49.5～50.5 Hz区间波动时, 介损角计算的最大相对误差小于2%, 换算成弧度误差时不超过0.000 06 rad, 完全可以满足介损测量的要求, 并且该算法相对误差的波动很小, 稳定性较高。

2.5 处理器选型的依据

目前, 我国国内一般采用51单片机作为分布式介损测量单元的处理器[6,7,8], 由于运算能力相对较弱, 相应的算法一般为简单的过零法, 或者双向过零法。采用单片机为核心的介损测量单元, 电压, 电流采样率, 外扩存储器容量都受到很大的限制, 不适合采用本文提出的二次DFT算法。

基于第1节和本节的理论分析和仿真结果, 在采样率为100 KSPS的时候, 本文所提出的新算法, 每次计算要对约2 000个采样点进行2次DFT运算, 因此选用德州仪器公司TMS320F2812型数字信号处理器 (DSP) , 该型DSP为32位定点型DSP, 速度可达150 MIPS, 自带16路12位AD, 以及集成CAN总线控制器, 单路信号的采样率最高可达12.5 MSPS, 相应的外扩高速存储器容量可达到1 M×16 B, 非常适合使用本算法的介损在线检测系统, 并且留有较大的升级空间。

采用DSP处理器, 在提高计算精度的同时, 计算速度也比单片机大大提高, 可作为目前介损在线监测设备的升级方案。

3 基于DSP处理器的新型介损测量系统的结构与实现

3.1 硬件系统设计及工作原理

基于第2节的仿真结果和分析, 本文设计了一种基于DSP的新型电容型设备介质损耗在线检测系统。硬件框图如图4。由于模拟信号的抗干扰能力弱, 本系统的设计思想是模拟环节尽量少, 尽早地数字化。因此, 本系统采用分布式的设计思想, 以DSP处理器为核心, 将结果计算出来后再传送之上位机 (机房工控机) 显示。在下位机 (DSP系统) 部分, 模拟电路只采用了必需的环节, 包括电压互感器、电流互感器、多路开关、放大器、滤波器。

(1) 电压互感器和电流互感器采用高精度, 高稳定性的精密产品, 角差小于0.6分。

(2) 由于至少要对一台容型设备的三相进行检测, 因此引入了多路开关, 为确保两路信号的匹配, 选用导通电阻波动小的双4选1开关。

(3) 使用TMS320F2812型DSP处理器自带的A/D转换器, 不需外扩A/D, 简化了系统设计。DSP处理器自带A/D的最高采样率可达双通道同步采样6.25 MSPS, 分辨率12位, 加上外扩512 K×16 B的高速SRAM存储器, 足以满足介损测量的需要。

(4) TMS320F2812型DSP处理器自带的A/D 转换器的满量程输入为3 V, 选用仪表放大器AD620, 只需外接一个电阻即可改变其增益。为了便于调节, 用精密电位器代替电阻, 在现场调试时将增益调至合适水平。

(5) 由于二次DFT算法本身的对于电网频率波动的抗干扰性, 以及对于电网谐波含量的不敏感性, 系统设计相对于传统的单片机加过零法的设计, 减少了硬件锁相环的环节, 简化了系统设计。

(6) 计算结果通过抗干扰能力强的CAN总线传输回机房。下位机采用TMS320F2812型DSP自带的CAN总线模块, 很方便地实现数据的收发。上位机扩展研华公司PCL841型CAN卡, 使用LabVIEW作为上位机的控制和显示软件, 可以方便的实现介损在线检测。

3.2 介损角计算流程

电网频率的波动是影响介质损耗因数测量准确度的一个重要因素。计算角差之前需要需要调用DFT2函数对电网频率进行精确计算, 由实际频率确定每周期实际采样点数n后, 再调用DFT1函数计算介损角。算法的理论基础见第3节。具体程序流程如图5所示。

TMS320F2812型DSP是32位定点型DSP, 也可进行浮点运算, 但是相当缓慢。所以, 对于二次DFT算法, 必须将浮点数转换成定点数, 然后计算出结果, 再将结果转换回浮点数。首先要在保证在计算过程中无溢出错误的前提下, 尽量提高定标的IQ值, 最大限度的提高计算精度。经过MATLAB仿真, 确定计算过程中每一个中间变量的范围, 可得该算法全局的定标值采用IQ13比较合适, 个别变量定标值根据仿真结果稍作调整。信号采样率设置为100 KSPS, 每次双通道同步采集约5个电网周期的信号 (每通道10 000点) 。

4 系统校准与对比测试

首先进行了系统通道角差的校正, 将频率在49～51 Hz变化的电压加在100 kΩ的无感电阻上, 然后通过系统的电压传感器和电流传感器获取电压和电流信号, 由于负载为为纯电阻, 因此进入系统的电压和电流有相同的相位, 这种情况下, 测出的角差即为系统本身通道角差。经测试得出系统固有角差约为0.003 rad。

在正式测量中固有角差被扣除。对系统校正后使用该系统对被测试品进行测试, 测试结果如表2所示。

可见样品实测值和标定值相对误差小于5%, 达到并超过了有关测试标准的要求。

5 结 语

基于本文提出的二次DFT算法, 仿真分析表明, 在采样率, AD分辨率达到要求的前提下, 对于电网频率在49.5～50.5 Hz之间波动, 谐波含量在1%～30%变化, 信号初相角在0～2π的情况下, 介损角计算的相对误差不超过2%, 满足在线监测的要求。

对于该二次DFT算法, 通过仿真得出了实现该算法所需要的处理器的运算速率, 采样频率, 采样分辨率, 外扩存储器的容量, 并以此为依据, 以数字信号处理器为CPU, 开发了一套介损在线检测系统。经过测试证明, 本系统精度高, 稳定性好, 扩展升级方便。

本设计的优点:相对于传统的单片机+过零法的分布式介损在线检测方案, 本文选择了TMS320F2812型高性能DSP处理器作为核心, 硬件性能的提升使得选用复杂算法成为可能, 而先进算法的选择, 使得系统硬件模拟环节可大为减少, 提高了系统的稳定性和可靠性。

参考文献

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电气设备的在线检测 篇9

套准检测和控制

用于套准检测和控制的系统有离线套准检测和开环控制系统、在线套准检测和开环控制系统及在线套准检测和闭环控制系统，用户可根据需要选择不同系统。无论是单张纸胶印机还是卷筒纸胶印机，三种套准检测和控制系统都可使用。

1.离线套准检测和开环控制系统

离线套准检测所用的手持套准标记阅读器（测量仪）内有两个高分辨率的CCD（电荷耦合器件），分别用来测量印张纵向和横向套准标记的位置，并计算出实际测量数据和标准样张套准数据之间的差值，操作人员根据差值超出规定套准允差范围数值的大小，对印版滚筒等相关部位进行调整。另外，也可以将手持套准标记阅读器的实际测量数据传送到印刷机控制台的套准控制系统，由印刷机控制台的套准控制系统根据差值超出规定套准允差范围数值的大小，对印版滚筒等相关部位发出调整指令并进行调整。

2.在线套准检测和开环控制系统

在印刷过程中，安装在印刷机上的在线套准检测和开环控制系统可自动检测样张纵向和横向套准标记的位置，并将检测数据显示在显示屏上。当检测数据与标准样张套准数据之间的差值超出规定套准允差范围时，检测系统会发出警示（如声音）。操作人员可根据实际情况进行适当调整。

3.在线套准检测和闭环控制系统

在印刷过程中，安装在印刷机上的在线套准检测和闭环控制系统可自动检测样张纵向和横向套准标记的位置，并将检测数据传送到套准控制系统，套准控制系统将实际检测数据和原设定的套准数据（要求）进行对照，计算两者的差值，当差值超出规定套准允差范围后，套准控制系统会自动根据超出允差范围数值的大小，计算出印版滚筒等相关部位的调整值，并发出调整指令，自动进行调整。

色彩检测和控制

色彩检测和控制的目的是找出印品实际印刷色彩与标准样张色彩之间的差异，通过调整供墨量，让印品真实地再现原稿色彩。目前，色彩检测有密度测量和色度测量两种方式；色彩检测和控制系统主要有开环和闭环两类。

1.色彩检测

（1）密度测量

密度测量是指采用密度仪（计）测量墨膜的密度。不同油墨墨膜厚度与密度之间存在着对应关系，图1是典型多色胶印油墨墨膜厚度与密度之间的对应关系。由此可知，密度变化可以直接反映各色油墨的墨膜厚度变化，也就是可以直接反映每个印刷机组各墨键的供墨量变化。所以印刷操作人员可以很方便地利用印品密度测量值和标准样张密度值之间的差异，直接计算出各墨键的供墨调整量，进而调整对应印刷机组的输墨系统，操作简单快捷。

密度测量值仅仅表达了颜色中红、绿、蓝光的受阻/吸收状况，对更复杂的颜色视觉特征则未考虑。在进行彩色密度测量时，对光源、滤色片、光电转换器件等的光谱响应并没有严格规定。因此，密度测量并不非常准确。

（2）色度测量

色度测量又分为色度计测量和分光光度计测量两种。

①色度计测量。色度计测量建立在色度学的基础上，直接利用色度计测量，经色度计内部转换后，得到颜色的三刺激值。色度计输出的电信号大小与颜色的三刺激值大小成正比。输出的电信号越大，三刺激值越大；反之，越小。

色度计测量更符合人眼的色彩视觉特性，能对颜色特征做出精确的测量与描述，并加以量化；利用色度计测量所得的三刺激值可以精确控制印刷过程。色度计测量可以直接检测印刷图像，是确保印品颜色和标准样张颜色一致的重要测量手段。

②分光光度计测量。分光光度计测量的是印张颜色表面可见光谱各波长光的反射率。让可见光谱各波长的光按照一定的步距（一般为5nm、10nm、20nm）照射于印张颜色表面，利用分光光度计逐点测量各波长光的反射率，获得被测颜色的分光光度曲线。根据分光光度计所测得的印张颜色表面光的反射率，采用相关软件可计算出颜色的三刺激值或密度值。

虽然色度测量比密度测量可以更有效地检测和控制印品质量，但印品测量值与标准样张数值的差异并不能直接反映每个印刷机组各墨键的供墨量变化。需要将印品测量值转换为印刷基本色的密度值，再经过计算得出各墨键的供墨调整量，进而调整对应印刷机组的输墨系统。

2.色彩检测和控制系统

（1）开环色彩检测和控制系统

目前，大部分印刷机都采用开环色彩检测和控制系统，其将检测和墨色调整分两步进行。根据胶印机的不同配置，开环色彩检测和控制分为以下三种方式。

①离线检测+人工调整。根据检测数据与标准样张色彩数据之间的差值超过允差范围数据的大小，计算出相关墨键的调整量，由操作人员手工调整相关墨键的供墨量。

②离线检测+机器自动调整。将实际检测数据输入到印刷机的墨色控制系统，由墨色控制系统自动将检测数据和预先已经输入的标准样张色彩数据进行比较并计算差值，根据差值超过允差范围数据的大小计算出相关墨键的调整量，而后发出调整指令，各相关墨键自动调整供墨量。

③在线自动检测+人工调整。将检测数据结果显示在显示屏上或人工记录下来，操作人员根据显示或记录的数据，计算出差值，根据差值超过允差范围数据的大小计算出相关墨键的调整量，进而调整相关墨键的供墨量。

（2）闭环色彩检测和控制系统

闭环色彩检测和控制系统运作流程如图2所示。印前数据形成的墨色预调值通过操纵台形成墨色调节指令，进行油墨预置。图像数据和生产信息通过闭环服务器形成色彩标准数据并输入闭环控制系统。在印刷过程中，利用扫描头对印张控制条或整个画面进行在线测量，测量数据输入闭环控制系统，由闭环控制系统将测量数据和标准数据进行比较并计算差值，将差值超出允差范围数据的大小自动转换成墨色校正值。闭环控制系统根据墨色校正值发出指令，相关部位自动调整供墨量，如调整墨键开度等，形成一个完整的由检测到调整的全自动闭环色彩检测和控制系统，保证印品色彩和标准样张色彩的一致性。

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闭环色彩检测和控制系统不受人为因素和光线状况的影响，可以客观地判断和调整印品色彩，提高印品质量，减少废品率，减少调机时间，提高印刷效率。另外，闭环色彩检测和控制系统的检测数据可以随时显示在显示屏上，也可以存储。存储的数据可以作为用户的验收依据，还可以供印刷厂有关人员研究印刷机的使用情况，进而改进操作方法，提高印品质量。目前，高档、高速胶印机特别是高速卷筒纸胶印机的色彩检测和控制系统，较多采用闭环色彩检测和控制系统。

印刷图文检测和控制

除了对色彩和套准进行检测和控制之外，还需要对整个印刷图文的缺陷进行检测和控制，如版面检测，字迹检测，漏印、脏点、白斑检测和印刷纸张缺陷检测等。对于凹印机来说，还需要对刀丝问题进行检测和控制。

由于导致印刷图文缺陷的原因相当复杂，因此通常采用可视化检测系统检测印刷图文，可使操作人员快速发现和处理印刷中出现的各种印品质量问题。这种可视化检测系统主要依靠高精度的摄像设备对图文进行局部或全部检测。基于强大的计算机功能，该系统可以实时监控高速运转的印刷过程并及时处理数据。必要时，还可以自动调整或通知操作人员调整机器，处理存在问题。

有的可视化检测系统还可以记录并分析部分印刷图文或全部印刷图文的数据。以一幅彩色水果图为例，其显示和调整的过程如图3所示。图3中（a1）为原图像，（a2）为目标图像（印刷的实际图像），现在检测两图像中的同一个叶片（如图3（a1）、（a2）中红框所示），检测结果放大图分别如图3（b1）、（b2）所示。可以看出，目标图像中的叶片位置与原图像中的叶片位置相比产生了偏移，需要进行调整。首先调整叶片的垂直位置，将叶片向上调整，调整后的位置如图3（c）所示。然后调整叶片的水平位置，将叶片向左调整，调整后的位置如图3（d）所示。比较（d）、（b1）中叶片位置，直至两者的叶片位置数据相等为止。

印刷图文检测和控制系统可以设计成专门的检测和控制系统，也可以与套准、色彩检测和控制系统合并在一起，形成一个综合性的检测和控制系统。正确校准后的彩色监视器，按照要求对印品画面的某一部分或全部进行扫描，检测出印品和标准样张之间的色差和各种缺陷。检测数据直接传送至控制台，由控制台相关检测和控制系统进行处理。如果出现套准偏差，系统将计算出滚筒等相关部位的调整量，并发出调整指令进行调整；如果出现超出允差范围的色差，系统将计算出输墨系统某墨键的调整量，并发出调整指令进行调整；如果出现漏印、脏点、白斑和印刷纸张缺陷等图文问题，系统将发出显示、警报、插标和剔除等指令。

采用印品质量检测和控制系统能及时发现印品质量问题并调整相关装置，不仅可以保证高质量印品的稳定输出，降低废品率及相关损耗，而且可以缩短调机时间、提高机器有效利用率、减少过版纸数量，从而达到降低成本的效果。

电气设备的在线检测 篇10

现如今, 中国包装市场正在蓬勃发展, 包装检测解决方案和在线检测设备领域也得到了迅速开拓, 包装检测设备以其独特的优势和易用性受到越来越多企业的欢迎。海富检测包装系统技术 (上海) 有限公司 (以下简称“海富”) 作为德国海富在中国的子公司, 尊崇“高效、简单、方便”的设计理念, 从事设计、生产各类在线检测设备并提供各种解决方案。海富以卓越的创新能力, 专注于提供方便易用的解决方案来保障生产质量, 提高效率和灌装整线的生产力, 同时降低能耗, 以满足用户需求。在第七届中国国际饮料工业科技展上, 本刊记者采访了海富检测包装系统技术 (上海) 有限公司销售总监李冰瓯, 她不仅为我们介绍了海富的设备, 同时也对包装检测解决方案及设备的发展发表了自己的看法。

记者:海富检测包装系统技术 (上海) 有限公司是德国海富在中国的子公司, 贵公司在检测行业处于怎样的发展地位?

李冰瓯:海富公司拥有先进的技术及创新的解决方案, 在食品, 饮料行业的在线检测中占据主导地位。专业和优质的模块设计理念让海富能根据客户的需求提供不同的解决方案。

记者:现如今, 人们对食品安全的意识愈发深入, 食品饮料行业的生产线也普遍开始使用检测设备, 此次展会贵公司带来了哪些检测产品?分别适用于何种方面的检测?

李冰瓯:本次展会上海富展出了最新推向中国市场的具有人机对话功能的HEUFT SPECTURM II在线空罐检测设备, 该设备能帮助企业解决高速灌装前的容器质量检测, 确保空罐质量。同时, 360度全方位标签检测设备也将亮相本次饮料工业展。

记者:刚刚您介绍道, 贵公司展出了新一代模块系统HEUFT SPECTURMⅡ, 这是一个怎样的系统?伴随着技术的不断进步, 企业更加倾向于选择人机互动良好的设备, 海富在产品设计时有怎样的考量?

李冰瓯:HEUF T SPECTUR MⅡ将人机界面 (HMI) 变为了机器人界面 (MHI) , 而设备操作员通过全新的一目了然的HEUFT Na Vi用户手册成为了设备用户, 使其操作可靠简易。

记者:今年颁布实施的众多食品法案都对追溯做出了更高的要求, 贵公司的检测设备是如何收集数据并对产品进行追溯呢?

李冰瓯:海富的检测设备通常都有90天的相关数据储存, 并可选择将相关数据导入到管理者的PC机, 完全满足企业质量部门的追溯需求。

记者:当前, 检测设备行业发展迅速, 市场竞争激烈, 视觉检测、X射线检测、金属检测设备层出不穷。海富如何让自己在纷繁复杂的市场中立于不败之地?食品饮料行业在中国处于稳步上升态势, 海富作为一家包装检测设备生产企业对未来的发展有怎样的规划?

李冰瓯:由于市场需求增多, 各类检测设备的公司也愈来愈多, 其实对消费者来说这是好事。对于海富公司而言我们主要依靠的是技术及创新, 在线检测设备方面海富有二次开发的X射线发生器及专利的设计, 这样能够保证放射量低的前提下也能可靠提高检测精度, 同时, 图像处理也是海富的核心技术之一, 这些技术和设计保障了在线检测设备的可靠稳定运行。