一种新型油介质损耗测试系统研究

陈方东+于文博+赵淑珍

摘 要：随着电力事业的迅速发展，对电力系统运行可靠性要求将越来越高，为了减少高压电气设备运行故障减少电器设备运行经济损失，必须进行有效且精确的电器绝缘性实验测量，其中最为重要的测量内容便是油介质损耗测试。本文依据介质损耗原理，结合数字信号处理（DSP）和傅立叶变换（FFT）技术提出一种新型油介质损耗测试系统。能够精确实现能够全自动完成升温以及介电常数，介质损耗，体积电阻率的测量。

关键词：油介质损耗；傅里叶变换；高压电器设备

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

0 引言

为了提高高压电气设备的运行可靠性， 减少因故障及事故引起的经济损失， 必须定期进行电气绝缘性能的预防性实验测量。随着电力事业的迅速发展，对电力系统运行可靠性要求将越来越高，电气设备绝缘检测技术的发展更加受到重视。充油设备在电力系统中占有相当大的比例，而绝缘油介质损耗因数是反映其绝缘状况的重要参数[1-2]。因此，研究绝缘油介质损耗因数的测量方法具有十分重要的实际意义。本文依据我国GB5654-1985《液体绝缘材料工频相对介电常数、介质损耗因数和体积电阻率的测量》标准及国际电工协会IEC247标准，进行一种新型油介质损耗测试系统研究。

1 介质损耗机理

电介质的损耗分可以主要分为漏导引起的损耗，电介质极化引起的损耗，局部放电引起的损耗[3]。表征电力绝缘材料试品电介质损耗的模型如图1所示。

（1）漏导引起的损耗：实际的电介质试品总是存在一定的电导，在电场的作用下就会产生泄漏电流贯穿电介质，引起热能量损耗。

（2）电介质极化引起的损耗：在交流电压作用下，由于周期性的极化过程，电介质的带电质点要沿交变电场方向作往复的有限位移和重新排列，这就需要克服质点间相互作用力而造成能量损耗。

（3）局部放电引起的损耗：由于电介质的结构或材料的缺陷，当外加电压超过一定值后，电介质内部或表面发生局部放电，产生附加损耗。

2 新型测试系统性能

2.1 系统采样方法

该系统主要应用的采样方法是数字信号处理（DSP）和傅立叶变换（FFT），采样率为10kHz/s，就是在一个信号波形上一秒钟采样9600个点，每周期192点，根据实际波形的数字采样得到序列点。计算有效值的公式（1）：

以上公式虽然具有非常简单的数学结构，但是在计算机上并不适用，必然进行离散化，将公式（1）在[0，T]区间内的积分分为N段进行分别处理，得出全电流有效值的计算公式2：

通过对被试品的全电流与标准电容全电流的数字采样，运用傅里叶级数公式如3所示[4-5]。

（3）

式中：为直流分量，（k=1，2，3……），其中为基波或k次谐波幅值，为基波或k次谐波相量实部，为基波或k次谐波相量虚部。

（k=1，2，3……） （4）

（k=1，2，3……） （5）

应用傅立叶变换公式可以得到一个向量的实部和虚部，另一个向量的实部和虚部，根据三角函数可知：

2.2 系统技术指标

改方法在进行系统介质损耗测试时严格按照相关标准，为满足系统正常使用和测试结果的正确性，经过多次开发测试实验该系统的应用相关指标如表1所示：

2.3 测量系统功能及优势

一体机具有三种测量功能，能够全自动完成升温以及介电常数，介质损耗，体积电阻率的测量。突破传统的模拟电桥和现在广泛应用的半数字半模拟电桥[6-7]。仪器采用全自动纯数字电桥，大大减小硬件开销，使硬件电路减至最少，提高仪器的稳定性。测量部分采用相位放大技术，DSP数字采样，傅里叶变换，数字鉴相等技术，仪器稳定性和数据准确度达到国内领先，国际先进水平。中频感应升温系统，把油温升到90℃时间控制在15分钟左右。由于采用感应法升温，使得升温系统和高压部分完全隔离，消除安全隐患。PID（比例微积分控制）+智能模糊时变控制系统，使得升温平稳，超调量小，控温精度控制在0.5～1℃之内。最简化的硬件设计，代之以丰富的软件技术。

3 总结

在电力行业快速发展的倒逼要求下，进一步提高高压电气设备的稳定运行及油介质损耗测试技术的要求越发加重，本文依据我国GB5654-1985《液体绝缘材料工频相对介电常数、介质损耗因数和体积电阻率的测量》标准及国际电工协会IEC247标准结合介质损耗原理，数字信号处理（DSP）和傅立叶变换（FFT）技术提出一种新型油介质损耗测试系统。能够精确实现能够全自动完成升温以及介电常数，介质损耗，体积电阻率的测量。同时突破传统的模拟电桥和现在广泛应用的半数字半模拟电桥，进一步将设备做到体积最小，重量最轻，突破传统仪器不便于携带的现状。对使用人员和设备安全提供完善的保护措施。接地提示，开盖断高压，无油杯空烧保护等功能。

参考文献：

[1]韩常辉，孙纬坤.高压电气设备的绝缘预防性试验方法及安全措施[J].科技创新与应用，2016（33）：178.

[2]孙明花，徐林涛.高压电气绝缘试验中的常见问题分析[J].科技创新与应用，2016（06）：178.

[3]范希明，刘福绥.电介质损耗理论[J].物理学报，1984（11）：

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[4]张汉中.基于傅立叶变换和小波变换的电力谐波分析[D].西华大学，2014.

[5]陈坤，张靖，黄石红.从傅立叶变换到小波变换[J].汽轮机技术，2007（03）：182-184.

[6]李怀龙，孟志强，王同业，陈燕东.一种新型介质损耗tanδ测量系统研究[J].電力自动化设备，2006（11）：55-57.

[7]白维，曾成碧，王涛.高压电气设备绝缘在线监测的研究[J]. 中国测试技术，2006（01）：64-66+122.