基于虛擬儀器技術(shù)的容性設(shè)備介質(zhì)損耗檢測裝置設(shè)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(shè)備的絕緣狀況以及保護高壓電力設(shè)備有效地運行，設(shè)計了一套集高精準電壓與電流檢測傳感器、高速度數(shù)據(jù)采集裝置以及過零時差比較計算介質(zhì)損耗因數(shù)算法于一體的介質(zhì)損耗因數(shù)在線檢測裝置。最后，結(jié)合虛擬儀器開發(fā)平臺完成軟件界面的設(shè)計，數(shù)據(jù)的分析與調(diào)用等。

關(guān)鍵詞：電容型設(shè)備;過零時差比較;介質(zhì)損耗因數(shù);虛擬儀器

引言

隨著電力系統(tǒng)的快速發(fā)展，設(shè)備運行的可靠性顯得越來越重要，因此提高設(shè)備的運行可靠性是保證電力運行的關(guān)鍵[1-2]。介質(zhì)損耗因數(shù)tanδ是反映高電壓電氣設(shè)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(shè)備，電容型設(shè)備的tanδ檢測是極為重要的，通過檢測介質(zhì)損耗角來及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備的絕緣缺陷，是保證高壓電力設(shè)備運行的有效手段之一。因此如何有效排除測試現(xiàn)場強大的電場干擾，準確地測出電力設(shè)備的絕緣介質(zhì)損耗角tanδ是當前介損測量技術(shù)的重點[3-4]。

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

1 介質(zhì)損耗因數(shù)檢測原理

檢測介質(zhì)損耗因數(shù)傳統(tǒng)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(shè)備的介質(zhì)損耗因數(shù)進行檢測。過零時差比較法是一種相位轉(zhuǎn)化為時間測量手段的方法，根據(jù)信號采集系統(tǒng)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(shù)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(shè)備的介質(zhì)損耗因數(shù)tanδ。

通過測得時間差，然后時差△T轉(zhuǎn)換為相位角?，再根據(jù)已知正弦波的周期T，按公式（1）中計算?，進而根據(jù)公式（2）計算介質(zhì)損耗因數(shù)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(shù)學(xué)化的優(yōu)點[7-8]，正好結(jié)合虛擬儀器在信號處理上優(yōu)勢，使其實現(xiàn)起來更加簡便與精準。

2 裝置的結(jié)構(gòu)與功能設(shè)計

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

文章通過電流互感器采集電容型設(shè)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(xiàn)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(xiàn)阻抗不匹配的情況，由此必須設(shè)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(shè)計的基于虛擬儀器技術(shù)的介質(zhì)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(zhì)損耗因數(shù);（2）以具有較強特性的虛擬儀器為平臺開發(fā)了監(jiān)測軟件;（3）設(shè)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(tǒng)設(shè)計

結(jié)合虛擬儀器技術(shù)進行檢測系統(tǒng)的設(shè)計，利用LABVIEW進行系統(tǒng)設(shè)計具有操作簡便，算法實現(xiàn)簡便等特點[9-10]。根據(jù)對系統(tǒng)功能的要求，文章監(jiān)測系統(tǒng)采用NI公司的LABVIEW 2014作為軟件開發(fā)平臺。

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

4 結(jié)束語

文章所設(shè)計的利用過零時差比較法檢測方法與虛擬儀器技術(shù)相結(jié)合的介質(zhì)損耗因素檢測裝置，首先建立了過零時差比較法檢測數(shù)學(xué)模型，其次分析了硬件電路的具體實現(xiàn)方法，其次設(shè)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(jié)合虛擬儀器開發(fā)平臺，完成軟件界面的設(shè)計，數(shù)據(jù)的分析與調(diào)用等。

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