基于虛擬儀器技術的容性設備介質損耗檢測裝置設計

劉勝軍 段志國 馮正軍 沈辰 喬紅軍

摘 ?要：為了更好地檢測電容型設備的絕緣狀況以及保護高壓電力設備有效地運行，設計了一套集高精準電壓與電流檢測傳感器、高速度數據采集裝置以及過零時差比較計算介質損耗因數算法于一體的介質損耗因數在線檢測裝置。最后，結合虛擬儀器開發平臺完成軟件界面的設計，數據的分析與調用等。

關鍵詞：電容型設備;過零時差比較;介質損耗因數;虛擬儀器

引言

隨著電力系統的快速發展，設備運行的可靠性顯得越來越重要，因此提高設備的運行可靠性是保證電力運行的關鍵[1-2]。介質損耗因數tanδ是反映高電壓電氣設備絕緣性能的一項重要指標，通過測量tanδ可以反映出絕緣的一系列缺陷，尤其是電容型設備，電容型設備的tanδ檢測是極為重要的，通過檢測介質損耗角來及時發現設備的絕緣缺陷，是保證高壓電力設備運行的有效手段之一。因此如何有效排除測試現場強大的電場干擾，準確地測出電力設備的絕緣介質損耗角tanδ是當前介損測量技術的重點[3-4]。

因此，文章利用過零時差比較法檢測方法，設計了一套集高精準電壓與電流檢測傳感器、高速度數據采集裝置以及過零時差比較計算介質損耗因數算法于一體的介質損耗在線檢測裝置，并采用美國NI公司的LABVIEW軟件作為開發平臺，編寫了一套穩定、方便、實用、有效的介質損耗在線檢測軟件。

1 介質損耗因數檢測原理

檢測介質損耗因數傳統的方法是電橋測量法，但是其受各種硬件的問題以及外界干擾的影響不能得到廣泛的使用。為了具有較好的抗干擾性與提高檢測精度，文章采用過零時差比較法對電容型設備的介質損耗因數進行檢測。過零時差比較法是一種相位轉化為時間測量手段的方法，根據信號采集系統采集的電流和電壓信號，再用軟件進行過零點的提取，并通過數值計算得到電壓電流的信號相位差[5-6]，通過相位差計算出設備的介質損耗因數tanδ。

通過測得時間差，然后時差△T轉換為相位角?，再根據已知正弦波的周期T，按公式（1）中計算?，進而根據公式（2）計算介質損耗因數tanδ。

?=2π（△T/T） （1）

tanδ=π/2-?（2）

這種方法具有測量分辨率高，線性好，易數學化的優點[7-8]，正好結合虛擬儀器在信號處理上優勢，使其實現起來更加簡便與精準。

2 裝置的結構與功能設計

文章利用過零時差比較法檢測介質損耗因數原理與虛擬儀器技術，設計一套集高精準電壓與電流檢測傳感器、高速度數據采集裝置以及過零時差比較計算介質損耗因數tanδ算法于一體的介質損耗在線檢測裝置。

文章通過電流互感器采集電容型設備的電流信號，使用分壓器進行電壓信號的采集，由于采集的電壓與電流信號有可能會出現過電壓與過電流損害裝置，因此電流互感器與分壓器的信號都接入信號保護單元，信號保護單元將限制了過高電流與過高電壓對采集裝置的影響，信號保護單元與采集裝置可能出現阻抗不匹配的情況，由此必須設計阻抗匹配電路來保證采集裝置能夠準確采集信號。

文章設計的基于虛擬儀器技術的介質損耗在線檢測裝置具有如下幾個功能：

（1）利用過零時差比較法計算介質損耗因數;（2）以具有較強特性的虛擬儀器為平臺開發了監測軟件;（3）設計的電流電壓傳感器

精度高，抗干擾能力強;（4）實時檢測采集的電壓信號與電流信號;（5）界面具有較強的人機互動性。

3 上位機軟件系統設計

結合虛擬儀器技術進行檢測系統的設計，利用LABVIEW進行系統設計具有操作簡便，算法實現簡便等特點[9-10]。根據對系統功能的要求，文章監測系統采用NI公司的LABVIEW 2014作為軟件開發平臺。

就地監測層采集了電壓與電流數據后，上傳到主機后，主機進行時差與相位計算后得到介質損耗角（文章顯示的是介質損耗因數tanδ），軟件監測界面如圖1所示：

4 結束語

文章所設計的利用過零時差比較法檢測方法與虛擬儀器技術相結合的介質損耗因素檢測裝置，首先建立了過零時差比較法檢測數學模型，其次分析了硬件電路的具體實現方法，其次設計了電壓與電流信號采集傳感器、高速信號采集裝置以及阻抗匹配電路，最后結合虛擬儀器開發平臺，完成軟件界面的設計，數據的分析與調用等。

參考文獻

[1]徐志鈕，律方成，汪佛池，等.用加Hanning窗插值高正弦擬合法測介損角[J].高電壓技術，2007，33（4）：50-53.

[2]李麗.電容型設備介質損耗因數在線檢測技術的研究[D].河北農業大學，2006：5-12.

[3]金鑫.虛擬儀器及小波分析技術在電容設備絕緣介損在線檢測中的應用研究[D].廣西大學，2005：6-13.

[4]李冰林.介質損耗因數在線檢測的研究與實現[D].景德鎮陶瓷學院，2007：4-11.

[5]郝西偉，楊大偉，劉廣艷，等.高精度FFT算法在介損監測中的理論與仿真研究[J].高壓電器，2009，45（2）：57-61.

[6]柴旭崢，關根志，文習山，等.tanδ高精度測量加權插值FFT算法[J].高電壓技術，2003，29（2）：33-34.

[7]萬全，高云鵬，羅志坤，等.基于Nuttall窗頻譜校正的介質損耗因數測量[J].儀器儀表學報，2010，33（1）：15-20.

[8]黃順建，劉建華，孫亮，等.介質損耗監測算法的MATLAB仿真分析[J].中國新技術新產品，2009（10）：38-39.

[9]National Instruments Corporation.Using External Codein ?LabVIEW[Z].2000：23-28.

[10]Alan OPPenheim，Ronald Shafer.Disret time Signal Proeessing[Z].Preniice-Hall，1989.