數(shù)字式介質(zhì)損耗測(cè)量裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)技術(shù)及將其應(yīng)用到高電壓試驗(yàn)與測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及高電壓靜電干擾、電磁場(chǎng)干擾、電暈放電和試品閃絡(luò)下的放電電流引起地電位抬高以及暫態(tài)恢復(fù)過(guò)電壓工況下的抗干擾技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]電力系統(tǒng)中應(yīng)用大量的高壓電氣設(shè)備，包括發(fā)電機(jī)、變壓器、斷路器、隔離/接地開關(guān)、電壓/電流互感器、電抗器、電容器、避雷器等。具電力部門統(tǒng)計(jì)，在電力系統(tǒng)事故中，因絕緣性能劣化或失效導(dǎo)致的故障占一半以上。為了避免或減少因絕緣工作不可靠導(dǎo)致的故障，必須準(zhǔn)確有效地且及時(shí)發(fā)現(xiàn)、診斷高壓電氣設(shè)備的絕緣狀態(tài)。介質(zhì)損耗對(duì)于絕緣狀態(tài)變化反應(yīng)非常靈敏，介質(zhì)損耗上升是絕緣老化的一個(gè)重要表現(xiàn)，能準(zhǔn)確的反應(yīng)電氣設(shè)備的絕緣性能，能宏觀地評(píng)價(jià)絕緣的基本狀況，是電力系統(tǒng)正?？煽窟\(yùn)行的一項(xiàng)必不可少的也是非常重要的檢測(cè)指標(biāo)。也就是說(shuō)，測(cè)量高壓電氣設(shè)備絕緣的介質(zhì)損耗對(duì)于及時(shí)有效地發(fā)現(xiàn)絕緣故障或隱患非常有效。另一方面，對(duì)于開展絕緣理論研究、電介質(zhì)絕緣性能研究同樣需要進(jìn)行介質(zhì)損耗測(cè)量。然而，介質(zhì)損耗是一個(gè)非常小的量，測(cè)量環(huán)境處于強(qiáng)電磁場(chǎng)下，有時(shí)存在暫態(tài)恢復(fù)過(guò)電壓、地電位抬高等，干擾比較復(fù)雜且強(qiáng)度大。因此，要求測(cè)量裝置具有很高的準(zhǔn)確度、穩(wěn)定度和靈敏度，并且要求測(cè)量系統(tǒng)的抗干擾能力、信號(hào)分析與處理能力強(qiáng)。
[0003]傳統(tǒng)的測(cè)量方法基本都是模擬法測(cè)量法，且只能離線測(cè)量。具有代表性的是高壓電橋，測(cè)量時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)阻抗使電橋平衡后讀取測(cè)量值。但是測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)存在較大的諧波干擾、外界電磁場(chǎng)干擾，電橋常常不易平衡，測(cè)量誤差比較大，因而多在試驗(yàn)室等干擾較小的場(chǎng)所使用，不能在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行在線測(cè)量，限制了該方法的應(yīng)用。數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)及應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展為介質(zhì)損耗測(cè)量技術(shù)的發(fā)展提供了條件，隨著研究的近一步深入，絕緣檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了一個(gè)新的水平，對(duì)介質(zhì)損耗的測(cè)量出現(xiàn)了數(shù)字化、智能化、在線測(cè)量。但是無(wú)論采用何種獲取數(shù)字化的測(cè)量信號(hào)以及采用何種信號(hào)處理方法，一個(gè)共同的問(wèn)題就是抗干擾能力、可靠性不高，測(cè)試數(shù)據(jù)精度低或出現(xiàn)異常等。目前，在現(xiàn)場(chǎng)干擾環(huán)境下對(duì)介質(zhì)損耗測(cè)量，從系統(tǒng)的角度來(lái)看，還有很多實(shí)際的問(wèn)題有待于解決，綜合來(lái)看數(shù)字化、自動(dòng)測(cè)量技術(shù)還處于不斷發(fā)展優(yōu)化的階段。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明目的
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，實(shí)現(xiàn)對(duì)介質(zhì)損耗的準(zhǔn)確測(cè)量，特別是實(shí)現(xiàn)在線測(cè)量，本發(fā)明提供一種數(shù)字式介質(zhì)損耗測(cè)量裝置及方法，解決了介質(zhì)損耗精確測(cè)量中的抗干擾問(wèn)題，提高了測(cè)量的穩(wěn)定性。
[0005]技術(shù)方案
一種數(shù)字式介質(zhì)損耗測(cè)量裝置，其特征在于:所述裝置主要包括:數(shù)字信號(hào)處理器、數(shù)據(jù)采集/模擬隔離電路、標(biāo)準(zhǔn)電容器、濾波電路、信號(hào)調(diào)理電路、鎖相環(huán)倍頻電路、A/D轉(zhuǎn)換器和顯示器；其中鎖相環(huán)倍頻電路從信號(hào)調(diào)理電路獲取信號(hào)后連接到數(shù)字信號(hào)處理器上；數(shù)據(jù)采集/模擬隔離電路與試品連接，第一濾波器與連接，標(biāo)準(zhǔn)電容器的輸入端與第一濾波器連接，標(biāo)準(zhǔn)電容器的輸出端與第二濾波器連接，第二濾波器與信號(hào)調(diào)理電路連接，信號(hào)調(diào)理電路與A/D轉(zhuǎn)換器連接，A/D轉(zhuǎn)換器與數(shù)字信號(hào)處理器連接；顯示器通過(guò)接口電路與數(shù)字信號(hào)處理器連接。
[0006]鎖相環(huán)倍頻電路中的相位比較器從信號(hào)調(diào)理電路獲得輸入信號(hào)并且與低通濾波器和分頻器連接，低通濾波器與壓控振蕩器連接，分頻器與輸出信號(hào)連接，輸出信號(hào)連接到數(shù)字信號(hào)處理器上。
[0007]—種如上所述數(shù)字式介質(zhì)損耗測(cè)量裝置的測(cè)量方法，其特征在于:該方法步驟如下:
數(shù)據(jù)采集/模擬隔離電路對(duì)試品進(jìn)行采樣獲得試品的電壓和電流信號(hào)，經(jīng)過(guò)模擬隔離電路實(shí)現(xiàn)測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)與測(cè)量裝置的隔離，經(jīng)過(guò)濾波電路后濾除高頻干擾，經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理電路整定、鎖相環(huán)倍頻電路處理后進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后進(jìn)入數(shù)字信號(hào)處理器，經(jīng)過(guò)數(shù)字信號(hào)處理器處理、運(yùn)算后從顯示器輸出測(cè)量結(jié)果。
[0008]整個(gè)裝置采用屏蔽設(shè)計(jì)，電路板外采用同軸電纜連接。
[0009]測(cè)量裝置采用懸浮電位技術(shù)防止電暈放電或試品閃絡(luò)時(shí)地電位抬高導(dǎo)致裝置遭到破壞。
[0010]進(jìn)行插值FFT精確計(jì)算時(shí)，采用基于雙譜線加窗函數(shù)Blackman-Harris插值修正算法消除因“頻譜泄露”和“柵欄效應(yīng)”所產(chǎn)生的誤差。
[0011]測(cè)量時(shí)經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路整定的信號(hào)進(jìn)行鎖相環(huán)倍頻處理。
[0012]試品米用兩路?目號(hào)同步米樣算法。
[0013]優(yōu)點(diǎn)及效果
本發(fā)明這種數(shù)字式介質(zhì)損耗測(cè)量裝置及方法，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果:
高壓電氣設(shè)備的絕緣即使在投入運(yùn)行時(shí)滿足國(guó)家試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和運(yùn)行要求，但是由于現(xiàn)有絕緣設(shè)計(jì)理論的局限、電介質(zhì)絕緣性能的分散性、不利自然環(huán)境的侵蝕、工作電壓的長(zhǎng)期作用、過(guò)電壓的短時(shí)沖擊，其絕緣能力將逐漸降低，嚴(yán)重時(shí)發(fā)生貫穿性擊穿，危害供電的可靠性，有時(shí)甚至?xí)痣娏ο到y(tǒng)的崩潰，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響，因此需要及時(shí)測(cè)量設(shè)備的介質(zhì)損耗，發(fā)現(xiàn)介質(zhì)劣化狀況和確定絕緣狀態(tài)。傳統(tǒng)的介質(zhì)損耗測(cè)量采用電橋平衡法測(cè)量，該測(cè)量方法在測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)諧波干擾、外界電磁干擾下，電橋不易平衡，測(cè)量誤差較大。在介質(zhì)損耗數(shù)字方面，國(guó)內(nèi)外專家和學(xué)者們做了大量工作，但是綜合來(lái)看還處于不斷發(fā)展優(yōu)化的階段。
[0014]本發(fā)明針對(duì)傳統(tǒng)檢測(cè)方法具有以下優(yōu)勢(shì):
(I)該裝置可以實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)，在線檢測(cè)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患及絕緣變化的趨勢(shì)，避免絕緣擊穿事故發(fā)生，保證了供電的連續(xù)性。
[0015](2)該裝置采用了懸浮電位技術(shù)使之安全性、可靠性更高。
[0016](3)該裝置采用了采用基于雙譜線加窗函數(shù)Blackman-Harris插值修正算法和鎖相環(huán)倍頻電路及兩路信號(hào)同步采樣算法提高測(cè)量精度和穩(wěn)定性。
[0017](4)檢測(cè)裝置以數(shù)字信號(hào)處理器為控制中心，具有智能化，能夠根據(jù)從現(xiàn)場(chǎng)獲得的信息進(jìn)行分析、處理、診斷、評(píng)估設(shè)備絕緣絕緣狀態(tài)，提出預(yù)報(bào)與處理意見(jiàn)。
[0018](5)檢測(cè)裝置以數(shù)字信號(hào)處理器為控制中心，適應(yīng)當(dāng)今我國(guó)智能電網(wǎng)建設(shè)需要。由于通過(guò)對(duì)設(shè)備介質(zhì)損耗的準(zhǔn)確測(cè)量，進(jìn)而進(jìn)行故障診斷和狀態(tài)評(píng)估，可以有效地減少和避免其絕緣擊穿，更重要的是電氣設(shè)備可靠工作才能確保電力系統(tǒng)可靠，避免停電，及經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益巨大。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為本發(fā)明測(cè)量裝置原理圖。
[0020]圖2為加窗插值修正算法結(jié)構(gòu)圖。
[0021 ] 圖3為鎖相環(huán)倍頻電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]本發(fā)明涉及一種數(shù)字式介質(zhì)損耗測(cè)量裝置及方法，屬于計(jì)算機(jī)技術(shù)及將其應(yīng)用到高電壓試驗(yàn)與測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及高電壓靜電干擾、電磁場(chǎng)干擾、電暈放電和試品閃絡(luò)下的放電電流引起地電位抬高以及暫態(tài)恢復(fù)過(guò)電壓工況下的抗干擾技術(shù)；波形分析與處理、濾波技術(shù)；絕緣性能監(jiān)測(cè)與診斷技術(shù)領(lǐng)域。
[0023]如圖1中所示，所述數(shù)字式介質(zhì)損耗測(cè)