一種新型油介質損耗測試系統研究

陳方東+于文博+趙淑珍

摘 要：隨著電力事業的迅速發展，對電力系統運行可靠性要求將越來越高，為了減少高壓電氣設備運行故障減少電器設備運行經濟損失，必須進行有效且精確的電器絕緣性實驗測量，其中最為重要的測量內容便是油介質損耗測試。本文依據介質損耗原理，結合數字信號處理（DSP）和傅立葉變換（FFT）技術提出一種新型油介質損耗測試系統。能夠精確實現能夠全自動完成升溫以及介電常數，介質損耗，體積電阻率的測量。

關鍵詞：油介質損耗；傅里葉變換；高壓電器設備

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.11.197

0 引言

為了提高高壓電氣設備的運行可靠性， 減少因故障及事故引起的經濟損失， 必須定期進行電氣絕緣性能的預防性實驗測量。隨著電力事業的迅速發展，對電力系統運行可靠性要求將越來越高，電氣設備絕緣檢測技術的發展更加受到重視。充油設備在電力系統中占有相當大的比例，而絕緣油介質損耗因數是反映其絕緣狀況的重要參數[1-2]。因此，研究絕緣油介質損耗因數的測量方法具有十分重要的實際意義。本文依據我國GB5654-1985《液體絕緣材料工頻相對介電常數、介質損耗因數和體積電阻率的測量》標準及國際電工協會IEC247標準，進行一種新型油介質損耗測試系統研究。

1 介質損耗機理

電介質的損耗分可以主要分為漏導引起的損耗，電介質極化引起的損耗，局部放電引起的損耗[3]。表征電力絕緣材料試品電介質損耗的模型如圖1所示。

（1）漏導引起的損耗：實際的電介質試品總是存在一定的電導，在電場的作用下就會產生泄漏電流貫穿電介質，引起熱能量損耗。

（2）電介質極化引起的損耗：在交流電壓作用下，由于周期性的極化過程，電介質的帶電質點要沿交變電場方向作往復的有限位移和重新排列，這就需要克服質點間相互作用力而造成能量損耗。

（3）局部放電引起的損耗：由于電介質的結構或材料的缺陷，當外加電壓超過一定值后，電介質內部或表面發生局部放電，產生附加損耗。

2 新型測試系統性能

2.1 系統采樣方法

該系統主要應用的采樣方法是數字信號處理（DSP）和傅立葉變換（FFT），采樣率為10kHz/s，就是在一個信號波形上一秒鐘采樣9600個點，每周期192點，根據實際波形的數字采樣得到序列點。計算有效值的公式（1）：

以上公式雖然具有非常簡單的數學結構，但是在計算機上并不適用，必然進行離散化，將公式（1）在[0，T]區間內的積分分為N段進行分別處理，得出全電流有效值的計算公式2：

通過對被試品的全電流與標準電容全電流的數字采樣，運用傅里葉級數公式如3所示[4-5]。

（3）

式中：為直流分量，（k=1，2，3……），其中為基波或k次諧波幅值，為基波或k次諧波相量實部，為基波或k次諧波相量虛部。

（k=1，2，3……） （4）

（k=1，2，3……） （5）

應用傅立葉變換公式可以得到一個向量的實部和虛部，另一個向量的實部和虛部，根據三角函數可知：

2.2 系統技術指標

改方法在進行系統介質損耗測試時嚴格按照相關標準，為滿足系統正常使用和測試結果的正確性，經過多次開發測試實驗該系統的應用相關指標如表1所示：

2.3 測量系統功能及優勢

一體機具有三種測量功能，能夠全自動完成升溫以及介電常數，介質損耗，體積電阻率的測量。突破傳統的模擬電橋和現在廣泛應用的半數字半模擬電橋[6-7]。儀器采用全自動純數字電橋，大大減小硬件開銷，使硬件電路減至最少，提高儀器的穩定性。測量部分采用相位放大技術，DSP數字采樣，傅里葉變換，數字鑒相等技術，儀器穩定性和數據準確度達到國內領先，國際先進水平。中頻感應升溫系統，把油溫升到90℃時間控制在15分鐘左右。由于采用感應法升溫，使得升溫系統和高壓部分完全隔離，消除安全隱患。PID（比例微積分控制）+智能模糊時變控制系統，使得升溫平穩，超調量小，控溫精度控制在0.5～1℃之內。最簡化的硬件設計，代之以豐富的軟件技術。

3 總結

在電力行業快速發展的倒逼要求下，進一步提高高壓電氣設備的穩定運行及油介質損耗測試技術的要求越發加重，本文依據我國GB5654-1985《液體絕緣材料工頻相對介電常數、介質損耗因數和體積電阻率的測量》標準及國際電工協會IEC247標準結合介質損耗原理，數字信號處理（DSP）和傅立葉變換（FFT）技術提出一種新型油介質損耗測試系統。能夠精確實現能夠全自動完成升溫以及介電常數，介質損耗，體積電阻率的測量。同時突破傳統的模擬電橋和現在廣泛應用的半數字半模擬電橋，進一步將設備做到體積最小，重量最輕，突破傳統儀器不便于攜帶的現狀。對使用人員和設備安全提供完善的保護措施。接地提示，開蓋斷高壓，無油杯空燒保護等功能。

參考文獻：

[1]韓常輝，孫緯坤.高壓電氣設備的絕緣預防性試驗方法及安全措施[J].科技創新與應用，2016（33）：178.

[2]孫明花，徐林濤.高壓電氣絕緣試驗中的常見問題分析[J].科技創新與應用，2016（06）：178.

[3]范希明，劉福綏.電介質損耗理論[J].物理學報，1984（11）：

1589-1592.

[4]張漢中.基于傅立葉變換和小波變換的電力諧波分析[D].西華大學，2014.

[5]陳坤，張靖，黃石紅.從傅立葉變換到小波變換[J].汽輪機技術，2007（03）：182-184.

[6]李懷龍，孟志強，王同業，陳燕東.一種新型介質損耗tanδ測量系統研究[J].電力自動化設備，2006（11）：55-57.

[7]白維，曾成碧，王濤.高壓電氣設備絕緣在線監測的研究[J]. 中國測試技術，2006（01）：64-66+122.