计量在线监测系统研究与实施开题报告.doc

个人收集整理 勿做商业用途中国南方电网有限责任公司科技项目开题报告 项目名称：计量在线监测系统的研究与实施项目编号:K-GD2012-283起止时间：2012年5月至2013年3月实施单位：潮州供电局计量部项目负责人:曾培亮联系电话： [phone]目录一、研究目标3二、国内外研究现状52。1。与项目研究内容紧密相关的技术发展历史的简要回顾52。2.国内外研究水平的现状和发展趋势6三、研究内容91、主要研究要点92、拟解决的主要技术难点9四、技术路线、创新点与预期成果121、技术路线与实施方案122、创新点343、预期成果34五、预期的主要技术经济指标34六、组织架构与任务分工37七、时间进度安排及考核标准38八、研究可能存在的问题及解决措施40九、质量保证措施40一、研究目标现代工农业生产和人民生活都离不开电能.发电厂与变电站的高压电能计量装置，关系到发电、送电、供电三方的利益。现场高压计量装置由电流互感器、电压互感器、二次回路、表四个部分组成。计量检定的实际工作中存在下列问题：1、当前，有很多互感器未经检定就投运;2、从目前一些已检定互感器的情况来看，存在下列问题：(1）互感器超差较严重，超差互感器达到10%以上；(2）通过对电厂新互感器进行检测,互感器误差都为正误差，负荷普遍选择较小，一般互感器的误差最大可达到0。3，加上压降造成的误差,误差将达到0。4%0.5，每年造成电网公司电量损失达到几十亿;（3）从供电可靠性来说，要求少停电或不停电,测量检测的时间要求尽可能的缩短。 3、电力公司目前采用的对计量器具的测试大多数采取实验室校验后投入现场使用，但是这种方法目前看有如下的一些弊端：(1）试验室的情况和现场情况有很大的不同，如温湿度等，导致一些设备现场测试结果和实验室测试结果有很大不同；（2）试验室无法得出设备现场实际带负载情况；如电压互感器，电流互感器的负荷不停变化，而实验室检定互感器时用固定的负载来模拟现场负载。（3）试验室无法得到实时电压互感器二次压降值。4、以上所提到的检定工作要求具有工作量大，实时性不及时以及重复投资的问题.当需要现场校验电流、电压互感器误差时，需要停电操作，同时所需携带设备笨重,接线复杂，工作量大等问题。并且还具有检定人员出现操作错误时易造成的安全事故。由此可见，传统的误差校验已很难满足电力飞速发展的要求。为了确保电能计量装置的准确可靠，迫切需要寻求新的更加行之有效的检测电能计量装置误差的方法.计量用互感器在线监测系统应运而生.计量用互感器在线监测技术研究应用和吸收了计算机、传感器、通信和网络、数字信号处理以及智能诊断等技术的最新成果，可实现计量设备检定从传统方式向优化决策的转变,实现计量设备的状态监测和基于状态的优化检修方案，减少停电试验工作量和维护费用,提高系统供电可靠性,提高设备维护效率，以及及时发现设备故障，减少突发性事故损失等等。互感器在线监测应是今后计量检定工作的发展方向。本项目的目标：1、在控制室或供电局能实时监测变电站电能计量装置的误差，可得出实际运行情况下电能计量综合误差，为追补电量提供依据。2、通过在线检测,可以得出互感器的误差，并通过增加虚拟负荷的方法，可以补偿互感器的误差，挽回电网公司的巨大电量损失。3、实现计量设备检定从传统方式向优化决策的转变，实现计量设备的状态监测和基于状态的优化检修方案，减少停电试验工作量和维护费用,提高系统供电可靠性，提高设备维护效率，以及及时发现设备故障,减少突发性事故损失.二、国内外研究现状2.1.与项目研究内容紧密相关的技术发展历史的简要回顾目前在线监测系统大体有三种模式：集中式在线监测系统、分区集中的模拟总线在线监测系统、分布式的数字化在线监测系统。集中式在线监测系统是通过大量的屏蔽电缆将模拟信号由现场传感器引导至控制室的计算机，计算机通过扩展其外围电路，集中采集各路模拟信号，进行数据处理和检测。集中式系统有着很大缺点，其一是模拟信号在变电站复杂的电磁环境下经过较长距离的传输,很难保证信号的不失真，从而影响测试的稳定度和准确度;其二是系统不能对各监测设备进行同步测量，从诊断的角度看，无法准确地通过不同设备同一时刻的测量量进行横向比较来判断设备的好坏；其三是现场需铺设大量的电缆，工程量大。分区集中的模拟总线在线监测系统是根据变电站设备的分布情况将被测信号分成若干个区域，分别进行汇集和选通，然后通过模拟信号传送到控制室计算机系统.该方式的主要进步是减少了现场电缆量，但在信号抗干扰传输和同步测量上仍无改进。分布式数字化系统从根本上解决了模拟信号长距离传输易受干扰、同步测量和减少现场工程量的问题。分布式系统由安装在变电站内的数据采集及处理系统、控制室内的站内主控系统构成。站内数据采集与处理系统对模拟信号实现就地的数字化处理，再通过现场总线将数字化的模拟信号传送到控制室主控机，主控机同时还能实现测量的同步控制以及测量参数等的控制。2.2。国内外研究水平的现状和发展趋势通常情况下，计量装置的故障是逐渐形成的，造成的常见后果是计量装置综合误差的增大。电能计量装置综合误差包括电能表误差、互感器误差、PT二次回路压降、CT二次回路导纳和负荷等引起的误差，计量装置综合误差的大小取决于它的设计和制造水平,以及运行环境和运行时间等。按照误差源分类，现有监测技术主要有:(1）电能表误差：对于电能表误差的测量，普遍采用多路轮询与标准表对比的方式,虽然这种方法降低了计量人员的工作量,但是，当在线监测技术达到一定规模时，标准表的校准也是一项不小的工作负荷；（2）PT、CT误差及综合误差：结合PT、CT的二次负荷，采用推算法进行PT、CT误差的计算;对于综合误差的计算，根据综合误差的定义，进行电能表误差、PT合成误差、CT合成误差以及PT二次回路电压降引起的合成误差求和，得出综合误差；（3)PT二次回路压降和二次回路负荷测量：采用并联方式测量PT二次回路PT端和电能表端电压计算二次回路压降；采用串联方式测量二次回路电流,从而根据PT端电压和二次回路电流计算回路的二次负荷，该测量方法的重点是，防止测量回路对对运行回路的影响,如系统内部短路对电路回路的影响，以及系统内部开路对电流回路的影响，保证电力运行的可靠性；（4)CT二次回路导纳和二次回路负荷测量：对于CT二次回路导纳的测量方法主要有两种，一种是基于声频励磁导纳法测量CT二次回路导纳已经是一项比较成熟的技术,被写进美国科教书，并且美国、澳大利亚、日本等国已经依据导纳法测试原理生产出专用的二次回路在线检测设备，该项方法有效地消除了工频及谐波对测量结果的影响。另外一种是通过测量CT出线侧的电压和二次回路电流，实现CT二次回路负荷的测量，从而计算二次回路的导纳。国内外对计量在线检测研究较少，主要以澳大利亚红相电力公司生产的类似在线检测的产品为代表,不过监测的对象较少,只对电能表和PT、CT的二次进行监测,监测软件的功能较少。概括如下：(1)系统特点电压、电流量程自动切换测量显示各个瞬时量参数显示电压、电流向量图能够实现本地手动控制和自动控制实现对电能表误差测量、PT二次压降测量、CT二次回路的导纳监测.能够远程控制对特定回路的电能表误差测量、PT二次压降测量、CT二次回路的导纳测量。本地和远程报警功能具备报警自动回拨功能,提醒用户现场出现的异常情况。可以存储测试数据,方便远程进行数据下载汉化界面数据库管理，方便现代化管理需要多种通信方式：PSTN/GSM/LAN 网络(2)软件功能本地或远程设置系统参数本地或远程下载系统的数据统计数据产生数据报表显示测量变化的趋势图实时分析并显示系统的各项报警输出打印（3)技术参数标准表精度： 0。05检测回路: 5个 (可以扩展)电压回路：适用各种电压等级 电流回路：0.1A10A 工作电源：AC 220V10% 50Hz工作频率:50Hz10 环境温度：-1050外磁场干扰：0。005/mt三、研究内容1、主要研究要点电能计量装置包括电能表、互感器、二次接线三部分，误差亦由这三部分误差组成，统称综合误差，即为电能表误差、互感器合成误差、电压互感器二次导线压降引起的误差三者的代数和。因此本项目的研究要点主要包括以下几个方面:（1）电能计量装置在线测试技术研究包括PT二次压降、二次负荷在线测试技术、电磁式PT和电容式PT在线测试技术、CT二次负荷在线测试技术、CT误差在线测试技术以及电能表误差在线测试技术.(2)系统的安全性及可靠性研究包括与一次设备的安全隔离技术、在线监测系统可靠性、稳定性及容错技术研究.(3）分布式系统在线监测同步技术研究实现各监测终端数据采集的同步性，从而保证监测数据的有效性。2、拟解决的主要技术难点（一）电容式电压互感器误差在线测试电容式电压互感器误差包含分压器误差、电磁单元误差及电源频率变化和温度变化引起的附加误差等,影响环节多，对实负荷和实时环境下误差的推算有较大难度,需要进行理论推导和大量试验验证。(二）与实际检定相比满足相同的精度（三）系统安全性及可靠性分布式在线计量监测系统是实时运行的分布式系统,系统分布于整个变电站的复杂电磁环境中，通过某些环节与一次系统联系,又通过信号电缆和电源电缆与控制室计算机系统连接，并且处于无人职守的长期运行状态,因此，对系统的安全性和可靠性有着较高的要求。在线计量监测系统在以下方面对系统的安全性和可靠性给予了充分的考虑。(1）与一次系统的安全隔离与保护为保证一次运行设备的安全，在线计量监测系统在与一次系统的连接环节上采取了隔离及保护措施。n 电流交流测量回路选用自行设计的穿芯式电流互感器，通过磁耦合方式测量一次电流，与一次系统没有电的联系并不改变一次系统原有的接线方式;n 穿芯式电流互感器一次穿心引线与二次线圈间有足够的耐操作冲击和雷冲击的水平,而且从交流测量回路进入电子电路部分有放电保护管保护电子电路部分免受过电压的侵害，因此，即使一次发生闪络事故,也不会影响损坏在线监测系统;n 电压交流测量回路选用自行设计的高精度隔离电压互感器测量系统电压，为防止接入测量PT的一次和二次侧发生短路事故,在一次侧加入保险丝，二次侧加入限流阻抗；（2） 测量系统可靠性设计测量系统的可靠性设计的关键，除了前面谈到的电流互感器系统的设计外,系统电磁兼容的设计是不可忽视的环节.在线计量监测系统的设计在此方面进行了重点考虑。n 在测量微弱信号时，互感器本体对空间磁场以及互感器二次绕组对杂散电容有相当的敏感度，会直接影响测量的稳定度，为此在传感器电磁屏蔽环节采取专门的措施。n 信号传输线采用双层屏蔽电缆； n 电源系统采取了隔离、屏蔽与滤波措施.n 对传感器系统采用环氧树脂封装，对现场测量终端使用IP55级机箱； (3)实时运行系统可靠性设计n 现场采集终端采用软硬件WATCHDOG技术;n 站方系统设计了专门的进程管理工具，对实时程序的异常进行保护；n 系统设置权限管理,无论系统的进入、退出及其他操作,均需要相应的权限.（四)分布式在线监测系统的同步测量的实现对于分布式在线监测系统需要解决的关键问题之一是现场终端端同步测量。由于测量二次压降时，PT二次侧的电压采集与仪表侧的电压采集一般不在一块现场终端上，因此需要不同终端同步进行采集。同步控制单元的主要任务是根据系统的频率波动，实时提供整周期采样需要的脉冲信号，并将此信号驱动现场所有采集终端实现同步采样.同步控制单元的输入为工频信号，经过调理整形、光电隔离后,一路输出到微处理器计算其频率，另一路经过锁相、倍频产生与电网电压信号同步的倍频脉冲信号，工控机通过RS232串口向同步控制单元发送每周波采样点数和采样周波数的要求,微处理器收到后通过选择相应频率的倍频脉冲信号，经过光电隔离、放大后输出幅值为15V的脉冲作为同步控制信号.此外,同步控制单元具有系统状态指示、系统复位、报警指示、硬件看门狗和双机热备份等功能。四、技术路线、创新点与预期成果 1、技术路线与实施方案本项目的研究目标是建立基于复杂因素分析的电磁式电压互感器误差、电容式电压互感器、电流互感器误差推算数学模型，综合考虑系统可靠性和安全性,开发一套高压电能计量装置在线监测系统，实现电压互感器、电流互感器、二次回路、电能表、环境、绝缘等状态准确监测，保证电能计量的准确性.高压电能计量装置在线监测与诊断系统按分布式系统设计，采用积木式结构，具有很强的可扩充性。图1 分布式系统设计图在高压电能计量装置在线监测与诊断研究中，技术关键及其总体方案如下：（一） 高压电能计量装置在线测试技术（1) PT二次压降在线监测方法研究目前对PT二次压降测试大多数用测差原理,其方法如图2所示。该方法的原理是用一个高等级的标准电压互感器把PT侧的电压隔离后与仪表侧电压组成测差回路，然后把差压信号送入校验仪，由校验仪测出二次压降的比差、角差。该方法原理往往需要200m或更长的电缆线把信号引到仪器，会增加现场施工时的工作量。但该方法具有数据测试稳定，精度较高的特点。目前，现场测量压降的方法基本上采用该原理进行。图2 PT二次压降的测差原理图另外一种测试压降的方法是采用现场数字化方法来进行测试.其原理如图3所示。该方法测试原理是利用高精度的电压互感器分别把PT侧和仪表侧的电压隔离后进行现场数字化处理，然后把处理的数据直接通过现场总线和控制终端进行通讯.由监控机完成数据计算以及分析。这种方法的好处是在现场不需要铺设长的电缆线，但目前该测量方案的精度较低，主要是要保证同步测量的问题，并且需要两台机器同时测量，在在线测量的情况下，会增加测量设备，增加了硬件系统的不可靠性。图3 数字化方法测量原理图本研究项目对测量同步问题作了一些测量验证，精度难以达到所提的技术指标。二次压降在线测量最终确定的测量方案采用的是第一种测差原理的方案.（2) PT二次负荷在线监测方法研究PT二次负荷测量原理见图4.电压互感器的误差与二次负荷的关系称为负荷特性。负荷误差是由于负荷电流在一次及二次线圈电阻和漏电抗上的电压降产生的.如果电压互感器空载下的比值差f0，相位差已测定，再测量它在额定负荷,cos时的比值差和相位差e，就可以通过计算得到任意负载b下的比值差f和相位差。图4 PT二次负荷原理图一般来说，电压互感器在负荷增大时，比值差向负方向变化,相位差则视不同情况,可能向正方向变化,也可能向负方向变化。电压互感器在负荷的功率因数减小时,比值差变化不大，方向可正可负，相位差则向正方向变化。因此，如果有电压互感器的初始误差（出厂或现场检定时测量的数据)就可以通过现场实际负荷的情况得出电压互感器的实时误差。(3) 电磁式电压互感器误差在线监测方法研究根据电压互感器的数学模型可以看出：电压互感器的误差由空载误差和负载误差两部分组成， 即式(1)。 （1)图5 TV的T形等效电路图这种方法的原理可以用图5的电压互感器T形等效电路说明。式(1)中，Ym为一次回路励磁导纳，Y为电压互感器实际负荷导纳,Z1、Z2为电压互感器一次内阻抗和二次内阻抗。结合图5，在电压U1下，电压互感器的空载误差为 ： (2)为一次回路电阻和漏电抗值，可以看作常数.，为一次回路导纳，是一个非线性元件，与外加电压有关。电压互感器的误差由空载误差和负载误差两部分组成，空载误差由互感器本身的参数已经决定，只要测出互感器的实时负载，推算出互感器实时负荷下的负载误差，再调出互感器空载误差数据即可以得出互感器的实时误差数据。参数的确定：根据电压互感器误差在同电压下有同样空载误差特性，在知道上限负荷和下限负荷时，就可以通过计算得出，见式（3).Z2+ Z1= (ds） / (Yd-Ys） (3）式中：s 上限负荷下误差；d 下限负荷下误差；Ys 上限负荷下导纳；Yd 下限负荷下导纳；电压互感器在该电压下的空载误差为：k=d（Z2+Z1）Yd （4)空载误差一般只与互感器本体有关。将互感器在80%、100和120电压百分表下的额定负荷下的误差减去相同的负载误差就得到了互感器在80%、100%和120%电压百分表下的空载误差.这样就可以通过三点的值模拟互感器空载误差曲线。采用直线拟合方式处理可以近似得到互感器空载误差曲线,根据实际电压百分比得出该电压下的空载误差k 。该电压百分表下的互感器误差为：=k Y(Z2+ Z1) (5)式中:Y 负载导纳根据提供的负载负荷和功率因数计算得出。(4) 电容式电压互感器误差在线监测方法研究电容式电压互感器，通常简称CVT，具有电磁式电压互感器的全部功能，同时也兼作载波通信的耦合电容器之用；其耐雷冲击性能理论上比电磁式电压互感器优越，可以降低雷电波的波头陡度,对变电所电气设备有一定的保护作用；不存在电磁式电压互感器与断路器断口电容的串联铁磁谐振问题；价格比较便宜，电压等级越高越有优势。因此，近年来，电容式电压互感器有取代电磁式电压互感器的趋势。由于互感器绕组的内阻抗的存在，电容式电压互感器和电磁式电压互感器都存在着空载误差,当互感器二次接负荷时，还存在着负荷误差。通常情况下,互感器的误差可以通过调节匝数来实现对比值误差和相角误差的调整。但电容式电压互感器的误差特性与电磁式电压互感器相比有其不足之处，如电源频率的变化及温度的变化都会对其误差造成影响，另外其稳定性也会受到电容量变化的干扰，如高压引线引起的电容量变化也会引入误差，这些统称之为附加误差。同时由于其内部含有电容与非线性电感元件，当互感器发生一次侧突然合闸或二次侧发生短路又突然消除等电流冲击时，暂态过程出现的过电压会使中间变压器铁芯出现磁饱和，从而可能出现铁磁谐振;当一次侧发生对地短路时,由于电容器、电抗器及中间变压器上都有储能，这些能量要经过R、L、C回路释放,二次电压要经过一定时间后才能衰减到零，这就是CVT的瞬变响应特性。以下在分析电容式电压互感器的基本工作原理的基础上，详细对由于频率、温度、高压引线等所引起的CVT附加误差进行理论分析. 电容式电压互感器基本工作原理电容式电压互感器主要由电容分压器、中间变压器、补偿电抗器、阻尼器等部分组成，后三部分总称为电磁单元。CVT的原理图如图3.6所示.图6 CVT原理图在图6中，C1、C2为高压和中压电容;LK为补偿电抗器;T为中间变压器；a、n、da、dn分别是二次绕组端子和剩余绕组端子；ZL为二次负荷；ZX为阻尼器。当施加电压于C1、C2组成的分压器时，如中压电容器未接电磁单元等并联阻抗，从A向系统看进去,则为一个有源网络,应用戴维南定理，可以用一个等值电压和一个等值阻抗来代替,即式（6-8)。等值电压为 （6)分压比为 (7）等值阻抗 (8)由式（68）可见,等值电压就是串联电容C2上的分压，它是利用容抗来分压。而等值容抗就是电容C1和C2的并联容抗，即等值电容C1C2的电抗。电容式电压互感器等值回路如图7所示：图7 电容式电压互感器等值回路图7中，XC为等值电容（C1+C2）的电抗;XTI、XT2分别为中压变压器的一二次绕组漏抗（折算到一次侧）；R1为中压变压器一次绕组和补偿电抗器绕组直流电阻及电容分压器损耗等值电阻之和（）；R2为中压变压器二次绕组的直流电阻（折算到一次侧）；Zm为中压变压器的励磁阻抗;Xk为补偿电抗器的电抗。如分压电容器带有电磁单元而不设补偿电感时，当接入二次负荷后，由于等值电容C1C2而形成较大的内阻抗XC,使中间电压发生很大变化.此时中间电压变为式（9）: （9)式中： I1为中压回路电流。这时电容式电压互感器二次电压将不能正确地传递电网一次电压信息，而无法使用。为了补偿XC的影响，必须在分压器回路中串联一只补偿电抗器Xk,并在额定频率下满足：。这样等值电容的压降就被电抗器XK及变压器漏抗压降所补偿,U2将只受很小的电阻R1和R2压降的影响，互感器的二次电压与一次电压之间将获得正确的相位关系。由图3。7可以看出，CVT的误差主要由激磁支路引起的空载误差和负荷支路引起(包括阻尼器负荷）的负载误差组成。空载误差是由于空载电流Im在一次阻抗上产生电压降而引起的，其表达式为： (10)负荷误差是由负荷电流在回路阻抗上产生的电压降引起的，其表达式为式（11)。 （11）为了降低CVT的电压误差，从理论上分析，可使CVT等值电路中容抗和感抗在额定频率下呈串联谐振，即： (12）但是由于回路中直流电阻不可消除，考虑到其对角差的影响,一般感抗稍大于容抗. 电容式电压互感器附加误差理论分析电容式电压互感器的误差，因其构成特点,包含分压器误差、电磁单元误差及电源频率变化、温度变化和杂散电容引起的附加误差等，以下主要对CVT的附加误差进行理论分析。频率可以引起的附加误差由上面讨论可知，一般情况下，电容式电压互感器在额定频率下满足:。当电网频率发生变化时，CVT的容抗与感抗将从相反的方向发生变化，从而产生附加误差。以下对由频率引起的附加误差进行具体分析。设X1为电容式电压互感器的补偿电抗器感抗与中变的漏抗之和.则为剩余电抗。剩余电抗所造成的电压降为： (13）在额定频率下，剩余电抗近似为零,则，即,故有，则式（13）可变为： （14) （15）则随频率变化而引起的电压误差和相位差分别为：电压误差 (16）相位误差 （17)式中, 电网额定角频率,rad;电网实际角频率,rad;P有功功率,W；Q无功功率，Var；U额定中压电压,V； 温度引起的附加误差当环境温度发生变化时，电容器的电容量也会发生变化，这是温度引起附加误差的最根本原因。电容随温度变化的关系用电容温度系数来表示,其定义是：当电容器的温度变化1K时,电容值相对20下电容值的相对变化量，单位为k-1.JBT81691999耦合电容器及电容分压器标准规定：电容温度系数510-4。一般油纸介质，在温度6060范围内，电容量变化呈线性特性,此时有； （18)式中:Cd:基准温度时的电容值;：电容温度系数；温度变化值.电容分压器的温度特性与其所使用的介质材料有关，由于聚丙烯薄膜电容温度系数为负值，电容器纸为正值,为了减少温度对准确度的影响，一般采用膜纸复合的介质结构。另外，电容器的介质损耗随温度增大而变小。在6070时达到最低值，然后又随温度升高而增大。温度变化将引起电容C1和C2的电容量发生变化，可造成两种误差而影响准确度.先是由于容抗改变而产生剩余电抗造成误差，其次是C1和C2由温度可产生分压比误差。分压比误差一般情况下，电容温度系数不会影响到电容分压器的分压比，这是由于电容分压器C1和C2的结构与介质相同,其电容温度系数相同，所以分压比基本不变,但是如果上下温度有差别时,会影响到电容分压器的分压比，由于其电容温度系数很小，上下温度的差异也很小，对分压比影响不大。剩余电抗产生误差环境温度的变化使电容分压器的等效电容发生变化,引起CVT剩余电抗的变化,产生附加误差.温度变化对电阻的变化量很小，可以忽略。环境温度变化T时，电容变化量为，则容抗为： (19)容抗变化量为： (20）剩余电抗变化量: (21)剩余电抗压降： （22）温度对比差的影响为： （%） （23)同样可计算温度对角差的影响：（） (24)高压引线对CVT误差的影响随着电压等级的提高，柱式电容式电压互感器(亦称之柱式CVT）高度随之增高，高压引线、周边物体及附近线路是否有运行电压等都会改变柱式CVT的电容分压器有效分压比，也就是邻近效应随电压等级的提高而增强。通常影响CVT电容分压器电容值的杂散电容包括电容分压器本体对地的杂散电容以及高压端对本体的杂散电容.电容分压器本体对地的杂散电容是基本固定的，而高压引线的不同接线角度将造成高压端对本体杂散电容的变化,从而引起电容分压器电容量的变化。以下从理论的角度加以定性分析。电容分压器考虑本体对地杂散电容以及高压端对本体杂散电容后的等值电路图如图8所示。图8 电容分压器考虑高压端以及对地杂散电容后的等值电路在图8中，C为电容分压器单位长度电容值；Ce为电容分压器单位长度对地杂散电容；CH为高压引线对分压器本体单位长度杂散电容.假设x点电位为,电流为,分压器总电容值为C，本体对地电容总值为Ce,高压端对本体电容总值为CH,则：C=CL， CeCeL， CH=CHL。取x0的极限得： (25) （26)解此二阶常微分方程，得从低压臂朝高压电源端看过去的分压器高压臂的等值电容为: (27)由式(26）还可以得到，电容分压器只造成CVT的幅值误差,而不引起相角误差。若不考虑电容器本体对地的杂散电容和均压环对本体的杂散电容，仅考虑高压引线对本体杂散电容的影响时,Ce0，得，此时，而，C1增大，KN增大,而，因此会导致比差fs正向增大。若仅考虑电容器本体对地杂散电容，则CH0,此时,此时，因此本体对地的杂散电容会导致比差fs减小。（5) CT二次负荷在线监测方法研究CT二次负荷测试原理见图8。CT的误差与二次负荷的关系称为负荷特性。典型的负荷误差特性曲线如图9所示。随着二次负荷的增加，p/N%的值增加，电流互感器的比差向负方向变化，角差向正方向变化。当二次负荷的功率因数减少时，随着角增加，CT的比差和角差都向负方向变化。图8 CT二次负荷测试原理图图 9 CT负荷-误差特性曲线图图 7中，p/N%表示实际二次电流与额定二次电流百分比。(6) CT误差在线监测方法研究依据互感器等值电路图10,只有匝数或分数匝补偿的电流互感器其复数误差由式（28）得出：图10 CT的T型等值电路图=-(Z2+Z） Y+f （28）式中：Z2二次绕组内阻抗；Z二次负荷阻抗；Y二次励磁导纳；f-比值差补偿值。将该电流互感器当成一个等变比的电压互感器来看待，该电压互感器的空载误差由式（29）得出。k =-Z2Y+f （29)在两个电压下Ug和Us下分别测空载误差g、s和Yg、Ys,根据式（30）可算得Z2。Z2=（g-s）/(Yg-Ys) (30)电流互感器在实验室检定或现场检定的的数据如表1和表2所示，其中额定负荷和下限负荷已知.表1 CT额定负荷下检定数据1%520%100%120额定负荷功率因数f（%）(S级)()（S级)表2 CT下限负荷下检定数据520%100下限负荷功率因数f（）（)在电流互感器断电情况下，测出其在额定负荷和下限负荷下对应电流百分比下的励磁导纳。依据式（31）,在电流互感器的二次加励磁电压。Es= X%I2n(Zb+Z2） （31)式中:X电流百分表；I2n额定二次电流；Zb实际负荷。表3 CT的励磁导纳1%520100120%负荷功率因数Y（S级)额定负荷Y下限负荷依据式(28）和表3,在特定负荷的百分表下（如额定负荷100%下)可求出固定的匝比误差f。测出电流互感器在实际运行情况下的二次负荷值Zb和实际运行电流,如果已知 Es= Ib(Zb+Z2)下电流互感器的励磁导纳Yb，则可按式（31）求出电流互感器实际运行情况下的误差。b =-（Z2+Zb） Yb+f. （32）设电流互感器二次饱和电压为Us,分段测出电流互感器在0VUs下的励磁导纳（数据表格)，已知电流Ib和实际负荷Zb,计算出电压Es,依据Es所落的区间拟合该电压下的励磁导纳Yb.需要注意：电流互感器二次匝数超过2000匝,可能产生泄漏电流，这时互感器误差应叠加一容性误差c=(Z2+Zb）Yc，实际二次加电压测量励磁导纳时也叠加了容性导纳，符合实际情况。（7）电能表误差在线校验电能表计量在线检验的电路设计原理如图11所示.电压采样电流采样多路开关多路开关高速A/D转换器锁相环电路 高速DSP信号处理 网卡 站方主机 脉冲输入、输出控制电路 脉冲输入、输出图11 电能表计量在线校验电路设计原理图根据电能计算原理，测量电能表的电压、电流和脉冲信号，通过高速A/D转换将其接入DSP，对监测的数据进行存储并可以现场直接读取检验数据，同时可以通过通讯接口传送被监测数据到站方主机，站方主机通过接收电能表相关信息，实现对现场电能表精度变化情况的监视，便于对不合格电能表进行及时处理，另外，由于多路开关的存在,使得一套电能表监测装置可以完成多个电能表的校验，提高了设备利用率，降低了成本。(8） 绝缘在线监测方法研究互感器绝缘在线监测主要监测电流互感器（CT)、电容式电压互感器(CVT）等电容型设备，通过测量介损(tg)及电容量,可较为灵敏地发现设备的绝缘缺陷。测量原理如图12所示。介质损耗计算方法见式（33）。图12 互感器绝缘在线监测原理图 （33)本系统采用信号重建法进行测量,信号重建法是根据采样数据重建i、u的正弦波模型,再由波形参数求得i、u相位差，从而求出介损角.采用傅立叶分析法重建正弦模型，该法是根据三角函数正交性测量，必须保证fs/f=int(其中fs为采样频率，f为电网频率，int为整数）。要实现电容型设备介质损耗参数的在线监测,关键是如何准确获得并求取电流信号和电压信号基波的相位差。本系统利用两个高精度穿芯式电流传感器,耦合被监测设备的电压和电流信号，利用数字化测量系统对信号进行整周期采样（A/D转换)及快速傅里叶变换，获得这两个信号的基波向量及其相位差，从而计算出介质损耗值.该方法不需要复杂的模拟信号处理电路，能有效抑制谐波干扰的影响。(二) 系统安全性及可靠性分布式在线计量监测系统是实时运行的分布式系统，系统分布于整个变电站的复杂电磁环境中,通过某些环节与一次系统联系，又通过信号电缆和电源电缆与控制室计算机系统连接，并且处于无人职守的长期运行状态，因此,对系统的安全性和可靠性有着较高的要求。在线计量监测系统在以下方面对系统的安全性和可靠性给予了充分的考虑。（1） 与一次系统的安全隔离与保护为保证一次运行设备的安全,在线计量监测系统在与一次系统的连接环节上采取了隔离及保护措施.电流交流测量回路选用自行设计的穿芯式电流互感器，通过磁耦合方式测量一次电流，与一次系统没有电的联系并不改变一次系统原有的接线方式；穿芯式电流互感器一次穿心引线与二次线圈间有足够的耐操作冲击和雷冲击的水平，而且从交流测量回路进入电子电路部分有放电保护管保护电子电路部分免受过电压的侵害,因此，即使一次发生闪络事故，也不会影响损坏在线监测系统；电压交流测量回路选用自行设计的高精度隔离电压互感器测量系统电压，为防止接入测量PT的一次和二次侧发生短路事故，在一次侧加入保险丝，二次侧加入限流阻抗；(2） 测量系统可靠性设计测量系统的可靠性设计的关键,除了前面谈到的电流互感器系统的设计外，系统电磁兼容的设计是不可忽视的环节。在线计量监测系统的设计在此方面进行了重点考虑。在测量微弱信号时,互感器本体对空间磁场以及互感器二次绕组对杂散电容有相当的敏感度,会直接影响测量的稳定度,为此在传感器电磁屏蔽环节采取专门的措施。信号传输线采用双层屏蔽电缆；电源系统采取了隔离、屏蔽与滤波措施。对传感器系统采用环氧树脂封装，对现场测量终端使用IP55级机箱；（3) 实时运行系统可靠性设计现场采集终端采用软硬件WATCHDOG技术；站方系统设计了专门的进程管理工具,对实时程序的异常进行保护；系统设置权限管理，无论系统的进入、退出及其他操作，均需要相应的权限。(三) 分布式在线监测系统的同步测量的实现对于分布式在线监测系统需要解决的关键问题之一是现场终端端同步测量。由于测量二次压降时,PT二次侧的电压采集与仪表侧的电压采集一般不在一块现场终端上,因此需要不同终端同步进行采集.同步控制单元的主要任务是根据系统的频率波动，实时提供整周期采样需要的脉冲信号,并将此信号驱动现场所有采集终端实现同步采样。同步控制单元的输入为工频信号，经过调理整形、光电隔离后，一路输出到微处理器计算其频率，另一路经过锁相、倍频产生与电网电压信号同步的倍频脉冲信号，工控机通过RS232串口向同步控制单元发送每周波采样点数和采样周波数的要求，微处理器收到后通过选择相应频率的倍频脉冲信号，经过光电隔离、放大后输出幅值为15V的脉冲作为同步控制信号。此外，同步控制单元具有系统状态指示、系统复位、报警指示、硬件看门狗和双机热备份等功能。2、创新点(1)实时监测实际运行状态下的电能表误差，CT、PT角差和比差，计量回路中二次压降、二次负