［摘　要］　
介質(zhì)損耗測量是電力系統(tǒng)檢測高壓電氣設(shè)備的常規(guī)項目；變頻測量是一種新的抗干擾技術(shù)。文中詳細介紹了介質(zhì)損耗變頻測量儀變頻測量的基本原理和系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)。

1　概述

 

電力系統(tǒng)中常用測量介質(zhì)損耗角的方法來判斷高壓電氣設(shè)備的絕緣情況。所謂介質(zhì)損耗角就是電介質(zhì)上電壓和電流夾角的余角。一般情況下，電介質(zhì)損耗的等值回路用電阻和電容的串聯(lián)或并聯(lián)來表示，

 

可見tgδ是只與材料特性有關(guān)，而與材料尺寸、體積無關(guān)的物理量，所以用測量介質(zhì)損耗角來判斷高壓電氣設(shè)備的絕緣情況，特別是對絕緣受潮、老化變質(zhì)等分布性缺陷是卓有成效的。

由于高壓電氣設(shè)備的介質(zhì)損耗一般都比較小，對測量的精度要求高，在現(xiàn)場測量時易受到各種形式的干擾，因此要測量現(xiàn)場設(shè)備的介質(zhì)損耗難度較大。傳統(tǒng)測量方法是電橋法，我國目前廣泛使用的是QSI型西林電橋，但這一裝置抗*力很差，為此曾提出了不少的解決方法：如屏蔽法、移相電源法或倒相法等，然而這些方法在現(xiàn)場采用均有缺陷；而目前國內(nèi)外以信號變換處理技術(shù)為主體研制的各種自動測量設(shè)備總的來說處于使用和研制并舉的階段，競爭激烈。這些自動測量設(shè)備各有特點，共同的局限性是抗外界電網(wǎng)工頻強電場對測量回路樣信號頻率的變化，而是引起取樣信號相位差的改變，從而使介損測量產(chǎn)生很大誤差。

對于介質(zhì)損耗現(xiàn)場測量中存在的外界同頻干擾，其產(chǎn)生的根本原因是：測量裝置內(nèi)部產(chǎn)生的高壓測量電源是由輸入工頻供電電源直接升壓得到，而此供電電源與產(chǎn)生強電場干擾的電網(wǎng)是源于同一供電系統(tǒng)，即兩者具有相同的頻率。

通過試驗分析發(fā)現(xiàn)，如果將測量裝置內(nèi)測量電源的頻率偏離工頻50Hz，則上述同頻干擾就變成了異頻干擾，就可用頻域“鑒相”或“頻譜分析”的方法消除此干擾，另外，合理選擇測量電源的頻率偏離量（50Hz±Δ％），可以消除實際電網(wǎng)的頻率漂移（一般±0．5Hz以內(nèi)）對測量產(chǎn)生的異頻干擾。

2　變頻測量的基本原理

2．1　從離散信號中求出基波的幅值和相位

　　設(shè)對正弦信號X（t）＝Asin（2πf0t＋φ）進行抽樣截取后，得到的有限長序列為：

 

 

 

　　所以當整周期截取時，可以利用FFT變換，把原有用信號從離散信號中提取出來，提取出的是原信號的幅值和相位（傅里葉輸出是以實部、虛部的形式）。

2．2　介損計算中，電壓、電流幅值和相位的提取對電流：

 

 

 

 

 

2.3 計算試品介損參數(shù)　　從電壓、電流信號中提取電壓電流的幅值和相位后，就可以利用下式計算試品的tgδ和Cx值。

 

 

3　變頻測量系統(tǒng)設(shè)計　　整個測量裝置由以下幾部分組成：鎖相環(huán)控制的數(shù)據(jù)采集電路；變頻電路；單片機測量系統(tǒng)；外設(shè)及接口；直流工作電源。其中變頻電源是利用數(shù)字調(diào)頻技術(shù)設(shè)計的大功率電源，其輸出電流的頻率可由單片機控制，頻率變化范圍30～80Hz，zui大輸出功率可達1．5kW。整個單片機測量系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)見圖3—1。

 

3．1　信號采集及調(diào)理　　

　　信號取樣通道包括隔離放大、濾波、鎖相環(huán)倍頻電路等部分組成。

　　取樣方法經(jīng)分析比較測量誤差后采用固定采樣點數(shù)和采樣間隔的方式，電壓和電流信號每周期取樣點數(shù)固定為N，采樣間隔ΔT＝1／（Nf0），采樣間隔由鎖相環(huán)倍頻電路來控制。由于N是固定的，當選擇N＝2 m（m為正數(shù)）時，還能利用取樣數(shù)據(jù)方便地進行波形分析（如DFT、FFT運算等）。但需注意的是電壓和電流測量要保證“同時性”，即所測得的電壓和電流是同一時刻所對應(yīng)的值，這可以利用同一個采樣信號控制兩個A／D芯片來實現(xiàn)。

　　由于電源的頻率是變化的，要保持對應(yīng)于變頻電源基波每周期的采樣點數(shù)固定，用內(nèi)部時鐘同步的辦法控制采樣頻率是很困難的。只有依靠與采樣信號頻率一致的外部時鐘來控制采樣，方能實現(xiàn)每周期定點數(shù)采樣。為了保證外部時鐘能時刻跟蹤參考信號的頻率，測量電路里設(shè)計了鎖相環(huán)單元，在鎖相環(huán)電路的捕捉頻率范圍內(nèi)使輸出的采樣控制信號能迅速跟蹤參考信號頻率的變化。圖3—2是鎖相環(huán)倍頻電路原理圖，圖中鎖相環(huán)電路的輸入信號是來自變頻電源的電流取樣信號，它經(jīng)分頻器N分頻后輸出的信號作為鎖相環(huán)電路的反饋信號。

　　在信號進入濾波電路之前，為了盡量減少干擾信號，對電流信號的提取采用了雙線方式，即一線提取試品信號，一線懸空，提取干擾信號。這樣，試品線上不僅含有有用信號，還包含有和懸空線上一樣的干擾信號，于是就可以通過差模比較電路（如圖3—3），除去干擾信號。

　　又由于電流信號非常小，并且對不同電容量的試品，電流的分布范圍很大，從μ*到m*。該設(shè)計采用分檔電阻取樣，如果僅用一種阻值進行取樣，對小電流取樣信號太小，減小了信噪比，使A／D的轉(zhuǎn)換誤差變大；對電流則可能會使信號失真。

　　由于高低壓側(cè)電壓信號相差太大，為避免高壓信號危及單片機系統(tǒng)，高低壓信號之間采用了光電隔離，同時也消除了部分干擾信號。圖中右半部分是有源濾波電路，防止高頻干擾信號進入A／D采樣電路。

　　在硬件設(shè)計中，雖然進行了種種濾波，但在采樣以后，不可避免的在離散信號中還會有諧波成分，所以在A／D取樣前，增加了FFT變換軟件濾波。這樣在提取電壓電流相位時，可以僅依賴電壓電流的整體波形，而不依賴于電壓電流波形過零點（這樣誤差很大）提取兩者的相位，從而提高了系統(tǒng)的抗*力。

PSJSC-A抗干擾介質(zhì)損耗測試儀 
  
 
產(chǎn)品概述：
       PSJSC-A抗干擾介質(zhì)損耗測試儀 是一種*的測量介質(zhì)損耗（tgδ）和電容容量（Cx）的儀器，用于工頻高壓下，測量各種絕緣材料、絕緣套管、電力電纜、電容器、互感器、變壓器等高壓設(shè)備的介質(zhì)損耗，（tgδ）和電容容量（Cx）它淘汰了 QS 高壓電橋，具有操作簡單、中文顯示、打印、使用方便、無需換算、自帶高壓、抗*力強、測試時間（在國內(nèi)同類產(chǎn)品中速度zui快）等特點。體積小、重量輕是我公司的第二代抗干擾介質(zhì)損耗測試儀。
主要技術(shù)指標：
      1、環(huán)境溫度：0 ～ 40℃（液晶屏應(yīng)避免長時日照）        
      2、相對濕度：30% ～ 70%
      3、供電電源：電壓：220V±10%、頻率：50±1Hz
      4、外形尺寸：長×寬×高   500mm×300mm×400mm
      5、重量：    約18Kg          
      6、輸出功率：0.6KVA
      7、顯示分辯率：3位、4位（內(nèi)部全是6位）
      8、測量范圍及輸出電壓選擇：
                 介質(zhì)損耗（tgδ）：±0.00～±999%
                 試品電容容量（Cx）和加載電壓：
                 2.5KV檔:≤300nF（300000pF）            3KV檔:≤200nF（200000pF）
                 5KV檔:≤76nF（76000pF）                7.5KV檔:≤34nF（34000pF）
                 10KV檔:≤20nF（20000pF）
      9、基本測量誤差：
                 介質(zhì)損耗（tgδ）：1%±7個字（加載電流20uA～500mA）
                 介質(zhì)損耗（tgδ）：2%±9個字（加載電流5uA～20uA）
                 電容容量（Cx）：1.5%±1.5pF
友情提醒：買儀器要買直接生產(chǎn)廠家，產(chǎn)品質(zhì)量及售后服務(wù)有保證。

PSJSC-B變頻介質(zhì)損耗測量儀

產(chǎn)品概述：
   PSJSC-B變頻介質(zhì)損耗測量儀，是我公司生產(chǎn)的一種新型的智能化介質(zhì)損耗測量儀，隨著城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造的不斷深入，更高電站越來越多，倒相法、移相法，已不能滿足現(xiàn)場測試需求，異頻測量（變頻），把50HZ變成其它頻率，可以排除干擾。但由于電子技術(shù)的限制，其變頻后的頻率一般離50HZ有一定距離，其50Hz條件下的電容值cx及tgδ 值是換算模擬出來的，與真實工頻測試有一定的距離，尤其對少數(shù)被試品，測出數(shù)據(jù)就有明顯誤差，經(jīng)過綜合比較，現(xiàn)研制一種新型介質(zhì)損耗測量儀，其原理不改變頻率，能得到50HZ條件下電容值cx及tgδ值，提高測量可靠性和準確性，*抑制電場干擾，滿足電場下的使用要求，該儀器體積zui小，重量zui輕，便于攜帶。有靈活的擴展性，通過接口與計算機連接，使用強大的軟件附件，對儀器升級，人性化設(shè)計，全自動操作本儀器適合500kv及以下電站有干擾現(xiàn)場的試驗。本儀器通過國家電力研究所及行業(yè)專家鑒定，并獲得國家高電壓計量站認證，已在江蘇、湖南、廣東、云南、遼寧、四川等多個變電站使用，為狀態(tài)維修提供了可靠的數(shù)據(jù)。
技術(shù)指標：
◆輸入電源
◆輸出電源0.5KV~10KV可選 功率1.5KVA
◆測量范圍<電容10~60000PF 0~99% 分辨率：0.01%
◆準 確 度:電容1%讀數(shù)±2PF 介損 1%讀數(shù)+0.0005
◆測試時間:約30秒（與測量方式有關(guān)）
◆CVT 測量:低壓輸出
性能特點：
◆具有多種測量方式,可選擇正/反接線、內(nèi)外標準電容器、CVT測量（無需外接升壓器，儀器內(nèi)自帶電源）、內(nèi)/外試驗電壓進行測量?？蒀1/C2同時測量。
◆測量、重復(fù)性好：儀器具有很高有測試進度，介損測試的基本誤差小于0.0005并且測試數(shù)據(jù)重復(fù)性*。
◆高壓短路和突然斷電時，食品能迅速切斷高壓，并發(fā)出警告信息。
◆高壓輸出插痤，無外露，安全可靠
◆高壓絕緣導(dǎo)線：高壓導(dǎo)線的絕緣程度不僅涉及到安全性，而且其對地泄漏直接影響到反接測試的準確度。本儀器高壓輸出導(dǎo)線采用特殊材料專門制作，能直接拖地使用。10KV輸出時，對地?zé)o放電、無泄漏、無聲響。
◆大屏幕中文提示操作，RS232微機接口。儀器自帶打印機，及時打印測試數(shù)據(jù)。
◆抗能性能儀器采用*抗震設(shè)計，可耐震，不損壞。
◆攜帶方便：該儀器體積約為同類產(chǎn)品的70%，攜帶十分方便。