一種新型油介質(zhì)損耗測(cè)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(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行可靠性要求將越來(lái)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(shí)驗(yàn)測(cè)量，其中最為重要的測(cè)量?jī)?nèi)容便是油介質(zhì)損耗測(cè)試。本文依據(jù)介質(zhì)損耗原理，結(jié)合數(shù)字信號(hào)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(cè)試系統(tǒng)。能夠精確實(shí)現(xiàn)能夠全自動(dòng)完成升溫以及介電常數(shù)，介質(zhì)損耗，體積電阻率的測(cè)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(shí)驗(yàn)測(cè)量。隨著電力事業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行可靠性要求將越來(lái)越高，電氣設(shè)備絕緣檢測(cè)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(cè)量方法具有十分重要的實(shí)際意義。本文依據(jù)我國(guó)GB5654-1985《液體絕緣材料工頻相對(duì)介電常數(shù)、介質(zhì)損耗因數(shù)和體積電阻率的測(cè)量》標(biāo)準(zhǔn)及國(guó)際電工協(xié)會(huì)IEC247標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行一種新型油介質(zhì)損耗測(cè)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(shí)際的電介質(zhì)試品總是存在一定的電導(dǎo)，在電場(chǎng)的作用下就會(huì)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(guò)程，電介質(zhì)的帶電質(zhì)點(diǎn)要沿交變電場(chǎng)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(guò)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(cè)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(hào)處理（DSP）和傅立葉變換（FFT），采樣率為10kHz/s，就是在一個(gè)信號(hào)波形上一秒鐘采樣9600個(gè)點(diǎn)，每周期192點(diǎn)，根據(jù)實(shí)際波形的數(shù)字采樣得到序列點(diǎn)。計(jì)算有效值的公式（1）：

以上公式雖然具有非常簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)，但是在計(jì)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(jì)算公式2：

通過(guò)對(duì)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(jí)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(shí)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(gè)向量的實(shí)部和虛部，另一個(gè)向量的實(shí)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(cè)試時(shí)嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，為滿足系統(tǒng)正常使用和測(cè)試結(jié)果的正確性，經(jīng)過(guò)多次開(kāi)發(fā)測(cè)試實(shí)驗(yàn)該系統(tǒng)的應(yīng)用相關(guān)指標(biāo)如表1所示：

2.3 測(cè)量系統(tǒng)功能及優(yōu)勢(shì)

一體機(jī)具有三種測(cè)量功能，能夠全自動(dòng)完成升溫以及介電常數(shù)，介質(zhì)損耗，體積電阻率的測(cè)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(dòng)純數(shù)字電橋，大大減小硬件開(kāi)銷(xiāo)，使硬件電路減至最少，提高儀器的穩(wěn)定性。測(cè)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(guó)內(nèi)領(lǐng)先，國(guó)際先進(jìn)水平。中頻感應(yīng)升溫系統(tǒng)，把油溫升到90℃時(shí)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(shí)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(jiǎn)化的硬件設(shè)計(jì)，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(cè)試技術(shù)的要求越發(fā)加重，本文依據(jù)我國(guó)GB5654-1985《液體絕緣材料工頻相對(duì)介電常數(shù)、介質(zhì)損耗因數(shù)和體積電阻率的測(cè)量》標(biāo)準(zhǔn)及國(guó)際電工協(xié)會(huì)IEC247標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合介質(zhì)損耗原理，數(shù)字信號(hào)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(cè)試系統(tǒng)。能夠精確實(shí)現(xiàn)能夠全自動(dòng)完成升溫以及介電常數(shù)，介質(zhì)損耗，體積電阻率的測(cè)量。同時(shí)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(duì)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(kāi)蓋斷高壓，無(wú)油杯空燒保護(hù)等功能。

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