1、數字化測量介質損耗角的方法1 引言高壓電氣設備中，對絕緣介質損耗的測試具有很重要的意義。在高壓預防性試驗中，介質損耗因素的測量屬于高準確度測量，通常是在被測試品兩端加以工頻50Hz的高電壓10kV，使被測試品流過一個極其微小的電流，利用電壓與電流之間夾角的余角delta;的正切值來反映被測試品的介質損耗大小。這種高電壓、微電流、小角度的精細測量要求測量系統應具有很高的靈敏度和準確性，在現場條件下還需要具有較強的抗干擾才能。過去介質損耗角的測量采用模擬測量方法，主要有諧振法、瓦特表法和電橋法，諧振法只適用于低壓高頻狀態下的測量。瓦特表法是由介質損失的功率和經過的電流計算求得，瓦特表法由于測量準確

2、度低，現已根本淘汰。電橋法是采用交流電橋差值比較原理，準確度相對較高，其典型代表是西林電橋，見圖1所示。由電橋平衡條件可得出被試品的電容值Cx及tandelta;： CX=R4/R3CN tandelta;=omega;C4R4目前數字化自動電橋其實只是采用數字化技術來調節電橋的平衡，而實際的測量原理仍然是用標準電容和電阻與被試品進展比較的模擬方法。其缺點是：1測量程序復雜，操作工作量大，自動化程度低，易受人為因素的影響。2隨著輸變電工程電壓等級的進步，強電場干擾嚴重，使變電站高壓電器設備的tandelta;測量誤差過大。3當試驗電源有較大諧波干擾時，即使基波電壓已獲平衡，檢流計仍不能為零，不

3、能排除與基波相近的諧波干擾。2 幾種介損的數字化測量方法數字化測量方法的原理是利用傳感器從試品上獲得所需的信號U和I，經前置預處理電路數字化后送至數據處理計算機或單片機，算出電流電壓之間的相位差psi;，最后得到tandelta;的測量值，見圖2.2.1過零電壓比較法過零電壓比較法是測量兩個頻率一樣，幅值相等，相角差小的正弦電壓波之間的相角差的方法。滿足上述條這種方法的特點是電路簡單，對啟動采樣電路、A/D轉換電路要求不高，且以過零點附近兩個正弦波的平均電壓差來評價兩正弦波的相位差，所以抗干擾擾才能強。但要求滿足的測量條件非常苛刻，如要求兩個被測的正弦波諧波分量和諧波相位相等，增大了測量難度1

4、.2.2過零時差比較法這是一種將相位測量變為時間測量的方法其原理見圖3.系統先通過采樣電路捕捉電流和電壓信號的過零點圖3b， c，然后通過一系列的邏輯轉換電路形成寬度為t的方波信號圖3d。由于方波的寬度反映了電流電壓信號的相位差，所以通過測量t即可求出試品的介損值。該方法具有測量分辨率高、線性好、易數學化的優點。但誤差因素有時對測量結果影響很大，從而限制了應用。其中最重要的誤差原因是由于零線漂移和波形畸變而導致信號過零點偏移。2.3諧波分析法諧波分析法就是用離散付立葉變換DFT對試品的電壓和電流信號進展諧波分析，得出基波，再求出介質損耗角。高次諧波主要以3次和5次諧波為主，試品上的電壓和電流可

5、表示為：諧波分析法把對波形的處理放在后期的軟件程序中進展，簡化了硬件線路和構造，進步了系統可靠性。由于電網頻率不穩，加之同步采樣環節的誤差，造成對采樣信號做DFT時產生較大的誤差，所以在對信號DFT計算時應采取相應的措施盡量消除頻譜泄漏和柵欄效應帶來的誤差2.2.4自由矢量法本方法的原理來自于電壓/電流法測量元件阻抗的原理，根據被測試品的端電壓相量和流過試品的電流相量之比，可以得到被測試品的阻抗相量，根據ZX的實部和虛部，進一步求得介質損耗角正切tandelta;。設to時刻方向上的矢量為參考矢量時，見圖4，電壓和電流用矢量表示為：自由矢量法實現的電路簡單、體積小、重量輕、價格廉價，但存在電源

6、頻率不穩，波形不準，外界電磁場干擾等誤差因素，限制了該方法的準確度和應用。2.5異頻電源法異頻電源法的原理為在介質測量過程中，試驗電源頻率偏離干擾電源頻率，通過頻率識別和濾波技術排除干擾電源的影響。使用DFT或FFT可將異頻頻率波和干擾頻率波分辨開來。理論上只要滿足同步采樣條件，DFT或FFT就不會有泄漏效應，可準確地將異頻電源頻率所對應的頻譜抽取出來，也就可得到該頻率波的初相位。實際上，介質隨頻率的變化而變化，這就出現不同頻率下的測量結果的等同性問題。異頻電源頻率不能偏離工頻太遠，否那么測量結果與工頻下的介損值失去等同性，也不能偏離太近，這樣會增大頻率分辨的難度，同樣會造成較大的誤差4.正弦

7、電壓和電流在時域的表達式可寫為：該方法要求A/D轉換的位數N不小于10，采樣率不低于1KHz5.由于在方法的設計上把流過試品的電壓和電流理想化為標準的正弦波，沒有考慮信號中有諧波等干擾成分，容易造成測量的誤差。以上介損的數字化測量方法之間并不是孤立的。例如在正弦波參數法和自由矢量法中，可先用諧波法濾除高次諧波，得到電壓和電流的基波再計算各個參數。而異頻電源的采用是為了抑制工頻干擾，它幾乎可以應用到其他所有的數字化測量方法中。因每種測量方法的特點，過零時差比較法和過零點電壓比較法多用于現場及在線監測的測量儀器，而自由矢量法和正弦波參數法多用于便攜式帶電檢測儀器。3 結語介損的數字化測量技術在不斷地開展和完善。數字化測量的優點在于它的智能化和多功能趨勢，特別是將后級處理與高壓設備絕