一種新型油介質(zhì)損耗測試系統(tǒng)研究

陳方東+于文博+趙淑珍

摘 要：隨著電力事業(yè)的迅速發(fā)展，對電力系統(tǒng)運(yùn)行可靠性要求將越來越高，為了減少高壓電氣設(shè)備運(yùn)行故障減少電器設(shè)備運(yùn)行經(jīng)濟(jì)損失，必須進(jìn)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(nèi)容便是油介質(zhì)損耗測試。本文依據(jù)介質(zhì)損耗原理，結(jié)合數(shù)字信號處理（DSP）和傅立葉變換（FFT）技術(shù)提出一種新型油介質(zhì)損耗測試系統(tǒng)。能夠精確實現(xiàn)能夠全自動完成升溫以及介電常數(shù)，介質(zhì)損耗，體積電阻率的測量。

關(guān)鍵詞：油介質(zhì)損耗；傅里葉變換；高壓電器設(shè)備

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

0 引言

為了提高高壓電氣設(shè)備的運(yùn)行可靠性， 減少因故障及事故引起的經(jīng)濟(jì)損失， 必須定期進(jìn)行電氣絕緣性能的預(yù)防性實驗測量。隨著電力事業(yè)的迅速發(fā)展，對電力系統(tǒng)運(yùn)行可靠性要求將越來越高，電氣設(shè)備絕緣檢測技術(shù)的發(fā)展更加受到重視。充油設(shè)備在電力系統(tǒng)中占有相當(dāng)大的比例，而絕緣油介質(zhì)損耗因數(shù)是反映其絕緣狀況的重要參數(shù)[1-2]。因此，研究絕緣油介質(zhì)損耗因數(shù)的測量方法具有十分重要的實際意義。本文依據(jù)我國GB5654-1985《液體絕緣材料工頻相對介電常數(shù)、介質(zhì)損耗因數(shù)和體積電阻率的測量》標(biāo)準(zhǔn)及國際電工協(xié)會IEC247標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行一種新型油介質(zhì)損耗測試系統(tǒng)研究。

1 介質(zhì)損耗機(jī)理

電介質(zhì)的損耗分可以主要分為漏導(dǎo)引起的損耗，電介質(zhì)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(zhì)損耗的模型如圖1所示。

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

（2）電介質(zhì)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(zhì)的帶電質(zhì)點(diǎn)要沿交變電場方向作往復(fù)的有限位移和重新排列，這就需要克服質(zhì)點(diǎn)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(zhì)的結(jié)構(gòu)或材料的缺陷，當(dāng)外加電壓超過一定值后，電介質(zhì)內(nèi)部或表面發(fā)生局部放電，產(chǎn)生附加損耗。

2 新型測試系統(tǒng)性能

2.1 系統(tǒng)采樣方法

該系統(tǒng)主要應(yīng)用的采樣方法是數(shù)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(diǎn)，每周期192點(diǎn)，根據(jù)實際波形的數(shù)字采樣得到序列點(diǎn)。計算有效值的公式（1）：

以上公式雖然具有非常簡單的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)，但是在計算機(jī)上并不適用，必然進(jìn)行離散化，將公式（1）在[0，T]區(qū)間內(nèi)的積分分為N段進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)電容全電流的數(shù)字采樣，運(yùn)用傅里葉級數(shù)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(yīng)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(jù)三角函數(shù)可知：

2.2 系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)

改方法在進(jìn)行系統(tǒng)介質(zhì)損耗測試時嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，為滿足系統(tǒng)正常使用和測試結(jié)果的正確性，經(jīng)過多次開發(fā)測試實驗該系統(tǒng)的應(yīng)用相關(guān)指標(biāo)如表1所示：

2.3 測量系統(tǒng)功能及優(yōu)勢

一體機(jī)具有三種測量功能，能夠全自動完成升溫以及介電常數(shù)，介質(zhì)損耗，體積電阻率的測量。突破傳統(tǒng)的模擬電橋和現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的半數(shù)字半模擬電橋[6-7]。儀器采用全自動純數(shù)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(wěn)定性。測量部分采用相位放大技術(shù)，DSP數(shù)字采樣，傅里葉變換，數(shù)字鑒相等技術(shù)，儀器穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先，國際先進(jìn)水平。中頻感應(yīng)升溫系統(tǒng)，把油溫升到90℃時間控制在15分鐘左右。由于采用感應(yīng)法升溫，使得升溫系統(tǒng)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(tǒng)，使得升溫平穩(wěn)，超調(diào)量小，控溫精度控制在0.5～1℃之內(nèi)。最簡化的硬件設(shè)計，代之以豐富的軟件技術(shù)。

3 總結(jié)

在電力行業(yè)快速發(fā)展的倒逼要求下，進(jìn)一步提高高壓電氣設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行及油介質(zhì)損耗測試技術(shù)的要求越發(fā)加重，本文依據(jù)我國GB5654-1985《液體絕緣材料工頻相對介電常數(shù)、介質(zhì)損耗因數(shù)和體積電阻率的測量》標(biāo)準(zhǔn)及國際電工協(xié)會IEC247標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合介質(zhì)損耗原理，數(shù)字信號處理（DSP）和傅立葉變換（FFT）技術(shù)提出一種新型油介質(zhì)損耗測試系統(tǒng)。能夠精確實現(xiàn)能夠全自動完成升溫以及介電常數(shù)，介質(zhì)損耗，體積電阻率的測量。同時突破傳統(tǒng)的模擬電橋和現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的半數(shù)字半模擬電橋，進(jìn)一步將設(shè)備做到體積最小，重量最輕，突破傳統(tǒng)儀器不便于攜帶的現(xiàn)狀。對使用人員和設(shè)備安全提供完善的保護(hù)措施。接地提示，開蓋斷高壓，無油杯空燒保護(hù)等功能。

參考文獻(xiàn)：

[1]韓常輝，孫緯坤.高壓電氣設(shè)備的絕緣預(yù)防性試驗方法及安全措施[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)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(chuàng)新與應(yīng)用，2016（06）：178.

[3]范希明，劉福綏.電介質(zhì)損耗理論[J].物理學(xué)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(xué)，2014.

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

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

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