串谐测量高压介损.doc

基于串联谐振的高压介损测量装置的设计 摘要: 利用串联谐振技术产生试验高电压,测量电气设备介质损耗等参数,实现自动化、数字化测量。文章阐述了基于此技术的介质损耗测量系统，详细的介绍了串联谐振升压的原理。 关键词:介质损耗 串联谐振 变频技术 测量系统 1 引言 长期以来,高压设备介质损耗测量普遍采用电桥方式,在绝缘试验中发挥了重要作用,但因其操作繁琐,自动化水平低,易受干扰等缺点，已很难适应市场需要。随着电子技术和信号处理技术的发展,新型的自动化测量仪器涌现出来,他们各有特点,采用的测量方法也各异,在智能化,小型化,抗干扰等方面取得了很大的进步。为了更真实地反映设备的绝缘状况，在设备的额定工作电压下测量介质损耗是十分必要的。为确保设备安全运行，通常在工程的交接试验、预防性试验或检修后都需要测量高压介损。根据DL/T 596－1996《电力设备预防性试验规程》和国家电网公司《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》的要求,检测高压介损已逐渐成为预防性实验的重要组成部分。本文介绍的运用串联谐振技术产生试验高压测量高压介损的方法，工作效率高、设备简单轻便、自动化程度高，是一种比较适合现场试验的装置。 2 串联谐振技术原理 系统由内置于一体化电桥中的配套变频电源产生可变频率可调幅度的工频电源，经由内置励磁变压器、高压谐振电抗器与电容谐振，产生高压电源，施加于标准电容器和被试设备上，将两者低压侧的信号输入高压介损测试仪，采样低压侧信号,根据电桥原理，运用计算机的数据处理能力，实现高电压下电气设备介质损耗等参数的自动化、数字化测量，并显示输出被试品的电容量和介损测量值并绘制测量曲线。 试验原理图如图1所示 图1 串联谐振测量高压介损原理图 图中 50/f ：变频电源(45～55Hz) Tr：激磁变压器 L：谐振电抗器 Cn：标准电容器 R:取样电阻 Cx：被试品 M：介损测量仪 仪器测量系统有两套高速采样电路，对标准侧和被试侧取样得到的正弦电流信号进行实时同步高速采样，得到两组（大约几万个）数据。通过计算可分别得出标准侧电流信号的幅值（In）和被试侧电流信号的幅值（Ix）,由于标准电容器的电容量Cn是已知的，我们可以得到试验电压Us＝In/ωCn,而被试品Cx的介损tgδ＝Q/P，其中P为有功损耗（P=Us*Ix Cosδ）和Q为无功损耗（Q＝Us*Ix Sinδ）。被试品的电容量 Cx=Cn×Ix/In 　　采用这种测量方法的好处是：当测试波形发生畸形变时也不影响测量精度，另外仪器内部还采用了充有六氟化硫（SF6）气体的标准电容器，电容量稳定，介损值受环境影响小，保证了仪器的测量精度。仪器在每次测量前还进行自校，对元器件漂移引起的系统误差进行补偿。 介质损耗变频测量系统 该系统包括信号采集、计算处理部分,变频电源部分和显示操作控制 三部分。其方框图如下： 图2.测量系统方框图 信号采集、计算处理部分 该部分在单片机的控制下对标准电容器和被试设备低压端的电流信号进行实时同步高速采样，再经过数据处理、计算，得出被试设备的电容量及介损。测量结果经过串行口送至显示操作控制部分。基本要求是：能对取样隔离后的电流和电压实现同步采样控制；采用傅立叶变换频谱分析法进行介损测量数值分析；测量结果通过串行口传送到显示控制部分。系统框图如下： 图3. 测量部分方框原理图 以51系列单片机为核心协调各部分工作。从高压端取样隔离来的电压和电流信号分别经过低通滤波后，同时进入各自带有采样保持的A/D转换器。为了保证电压和电流信号同时采样，两片AD芯片共用一个采样控制信号。另外，因数字滤波器和傅立叶变换要求每周期定点采样，如果输入信号频率是变化的，则采样控制信号的频率也要跟着改变.该测量系统有以下几个部分需要说明： (1).锁相环倍频电路 由于高压电源的频率是变化的，要保持对应于高压变频电源基波每周期的采样点数固定，采用与高压变频电源频率固定倍数的外部时钟来控制采样，这样就能准确实现每周期定点同步采样。为了保证外部是能时刻跟踪变频电源输出频率的变化，设计了锁相环倍频单元。在锁相环电路的捕捉频率范围内使A/D采样控制信号能迅速跟踪变频电源的输出频率变化。原理方框图如图3。图中环路鉴相器PD的输入信号是来自变频电源的频率反馈信号Fn，另一个输入信号是压控振荡器VCO输出的N分频反馈比较信号Fn’。PD的输出经低通滤波器后，得到的脉动控制电压,控制VCO的输出频率发生相应变化，构成一个闭合的锁相反馈环路。N0----N7为预置倍频数。 图4.锁相环倍频