介质损耗角检测基本系统的专项研究与设计

介质损耗角检测系统研究与 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 1.1介质损耗及介质损耗角对于电容型绝缘设备,经过对其介电特征监测,能够发觉尚处于早期发展阶段缺点。反应介电特征参数有介质损耗角正切,电容值和电流值I,是设备绝缘局部缺点中,由介质损耗引发有功电流分量Ir和设备总电容电流Ic之比[3],它对发觉绝缘整体劣化（比如,绝缘均匀受潮）较为灵敏,而对局部缺点（即体积只占介质中较小部分缺点和集中缺点）则不易用测方法实现。1..1介质损耗概念电介质在电场作用下（加电压后）,要发生极化过程和电导过程[4]。有损极化过程中有能量损耗;在电导过程中,电导性泄露电流流过绝缘电阻当然也有能量损耗。损耗程度通常见单位时间内损耗能量,即损耗功率表示。电介质出现功率损耗过程称为介质损耗。显然,介质损耗过程随极化过程和电导过程同时进行,换句话说,因为极化、电导过程存在才有损耗过程。电介质损耗掉能量也就是电能全部转变成了热能,使电介质温度升高。若介质损耗过大,则电介质温度将升过高,这将加速电介质热分解与老化,最终造成绝缘性能完全失去。1.2介质损耗基础形式（1）电导损耗是由泄露电流流过电介质而引发损耗。（2）极化损耗是由有损极化引发损耗。（3）游离损耗是气体间隙电晕放电以及液固体电介质内部气泡中局部放电所引发附加损耗。因为电介质极化,电导过程很微弱,所以气体电介质介质损耗是极小,不过液体固体电介质在运行过程中介质损耗就不能忽略。在直流电压作用下,液体固体电介质电导损耗占主导,其它可忽略;在交流电压作用下,极化损耗就不能忽略。1.3介质损耗角介质损耗角是在交变电场下,电介质内流过电流向量和电压向量之间夹角（即功率向量角ø）余角δ,简称介损角[5]。假如取得试品电流向量和电压向量,则能够得到向量图:图1.1介质损耗角等效电路及电路图介质损耗角（介损角）是一项反应高压电气设备绝缘性能关键指标。介损角改变可反应受潮、劣化变质或绝缘中气体放电等绝缘缺点,所以测量介损角是研究绝缘老化特征及在线监测绝缘情况一项关键内容。而在实际测量中,因为介损角很小,所以需要测量系统有较高测量精度,这么才能正确立刻地反应介损角改变。大家一直在研究介损角测量方法,每种方法都有其本身特点。伴随电子工业及计算机快速发展和广泛应用,数字化测量手段涌现出来,而且其利用多种算法也有很多。数字化测量方法求取介损角即对电压、电流信号进行数字化采样后在经过一定算法求出介损角。现在工业上常见算法是基波相位分离法。1.4介质损耗检测意义及其注意问题（1）在绝缘设计时,必需注意绝缘材料值。若值过大则会引发严重发烧,使绝缘加速老化,甚至可能造成热击穿。而在直流电压下,较小而可用于制造直流或脉冲电容器。（2）值反应了绝缘情况,可经过测量=f()关系曲线来判定从良状态向劣化状态转化进程,故测量是电气设备绝缘试验中一个基础项目。（3）经过研究温度对值影响,努力争取在工作温度下值为最小值而避开最大值。（4）极化损耗随频率升高而增大,尤其电容器采取极性电介质时,其极化损耗随频率升高增加很快,当电源中出现高次（如3次、5次）谐波时,就很轻易造成电容器绝缘材料因过热而击穿。（5）用于冲击测量连接电缆,其绝缘必需很小,不然所测冲击电压经过电缆后将发生严重波形畸变,影响到测量正确性。2介质损耗角检测方法2.1电桥法电桥法历史悠久,含有较高灵敏度。经典代表是西林电桥[7]。用交流电桥平衡时,比较桥臂阻抗即可得到被测参数。电桥法优点是较正确,可靠。不过要求比较严格,工艺烦琐,而且监测前要对低压桥臂（R3、C4、R4）进行调整,使G指向零点,所以增加了操作复杂性。2.2伏安法基础原理是依据被测试品端电压向量和流过被测试品电流向量之比,可得到被测试品阻抗向量,依据Zx实部和虚部,深入计算求得介质损耗。2.3自由轴法自由轴法测量介损角原理图如图2.1所表示。U4USU2UxU3U1图2.1自由轴法测量介损角原理图因为US相对位置以及它们模不变,所以是固定。用软件方便实现对向量在X轴、Y轴数据上采集,硬件组成简单,使复杂测量系统简单化,便于实现。使用这种方法显著优于电桥法。但因为影响电力设备介质损耗角改变原因有很多,比如:温度、频率、电压等,而且波形不准、外界电磁场干扰、元件误差都会造成测量不准。所以要增加很多方法来降低这些误差。2.4相位差法利用采样电路测出电流和电压过零点,经过逻辑转换形成一定宽度时间信号,而且脉冲宽度反应相位差,最终经过测量方波宽度来求出试品介损值。相位差法原理图如图2.3所表示。U(t)I(t)tttt图2.3相位差法原理图相位差法在中国应用比较广泛,其优点是不更改设备运行情况,直接测出,不过利用相位差法测量过程中,误差起源多,如频率改变有可能造成很大误差,电压互感器引发固有相差、信号中谐波影响、两路信号在处理过程中存在时延差、整形波形引发误差,而且还有温度等其她外界原因都可能引发误差,所以这种方法对电子器件要求较高。2.5过零点电压比较法过零点电压比较法抗干扰能力加强,不过它所要求条件十分苛刻。两个正弦波相位差要小;两个正弦波幅值要相等;两个正弦波频率要相等;两个正弦波谐波分量要相等;测量时要将电压向量移相。2.6基波相位分离法基波相位分离法实现起来硬件电路简单,采样点数越多,测量精度越高,同时克服了通常测量中高次谐波干扰带来影响。不过这种方法要求电压、电流这两路信号采集同时性,而且必需确保在一个共频周期内均匀采集到整数个点（即电压、电流信号周期必需是采样间隔整数倍）,假如达不到,则会引发较大误差。所以在此法基础上引进一个新算法——即采取等时间间隔对电压、电流信号进行采样,同时对信号周期波动产生误差进行赔偿,也就是非同时采样算法。2.7介质损耗角异频检测异频检测是由国外引进一个新抗干扰方法。其原理是在介质损耗测量过程中,试验电源频率偏离干扰电源频率（关键是共频电源干扰）,经过频率识别或滤波技术,排除干扰频率影响。3介质损耗角检测系统设计3.1系统总体结构基于以上测量原理,本文采取虚拟一起结构形式组成介质损耗角检测系统[11-14]。此系统总共分为五个步骤:信号采集、信号处理、信号传输与通信、测试数据分析与判定、测试结果显示与数据管理。见图3.1所表示。信号采集信号处理信号传输数据处理数据显示图3.1介质损耗角检测系统总体结构3.2信号采集信号采集是整个测试系统基础,信号采集与检出大多用传感器来实现。3.3信号处理原始信号经过某种方法提取后,首先不可避免地含有噪声、干扰等,这会影响测试系统对被测信号分析判定结果;其次需要转换成其她信息才能用于分析判定,所以在进行数据分析判定之前要对信号进行对应处理。信号处理指从传感器得来信号进行变换、放大、滤波、调制/解调、模/数和数/模转换、识别、估值等加工处理,方便减弱信号中多出、无用分量并增强信号中有用分量,或将信号变换成某种更期望形式,提取需要特征值,从而全方面、正确地获取有用信息。在本系统中,信号狐狸关键是对信号进行信号消噪。从传感器得来信号往往很微弱,并常常混有噪声。假如这些噪声处于有用信号之外,则能够用模拟滤波器给予消除。假如噪声是与信号频谱交叠弱信号,能够考虑用取样积分等方法来提取有用信息。信号处理根本目是提升信噪比。3.4信号传输与通信信号传输与通信关键完成测试系统装置间或测试装置与其她步骤间信息传输。在这里关键是测试装置与计算机之间传输、网络传输。在本测试系统中,虚拟仪器中硬件采取PCI卡式虚拟仪器,用来获取处理后信号。PCI（peripheralcomponentinterconnect）外部设备互连总线,是一个即插即用总线标准,采取地址/数据总线复用方法,最高总线时钟可达66MHz,最高峰值传输速度可达528MHz。PC上PCI总线以33MHz时钟频率操作,采取32位数据总线,数据传输速度可达132MB/S,PCI总线是一个自动配置总线,即居于完整即插即用（plug&play）功效。3.5数据分析与判定和数据显示在此检测系统中,利用美国NI企业研制开发虚拟仪器软件LabVIEW来实现对信号数据处理和分析以及最终数据显示。具体处理方法见第六章。结论经过以上介绍和分析,可得到以下结论:（1）经过基波相位分离法能够有效消除直流分量友好波分量影响,得到基波分量幅值和相位信息。（2）非同时采样赔偿算法很好处理了基波相位分离法对于被测信号必需是采样信号周期整数倍苛刻要求,在增加较少运算量同时提升测量精度。