【正文】 中的夾層式極化等有損極化過程引起的損耗； 在直流電壓作用下，由于極化過程盡在電壓施加后的很短 時(shí)間內(nèi)存在，而沒有周期性的極化過程，因此可以認(rèn)為不存在極化損耗；在交流電壓作用下，由于電介質(zhì)隨交流電壓極性的周期性變化而坐周期性的正向極化和反向極 化，極化過程始終存在于整個(gè)周期加壓過程中，因此就會(huì)引起能量損耗； 引起電導(dǎo)損耗的泄漏電流和外 施電壓的頻率無關(guān)，因此電導(dǎo)損耗在直流電壓和交流電壓作用下都存在； 綜上所述，在直流電壓作用下僅存在在電導(dǎo)損耗而無極化損耗，這是用電導(dǎo)率或電阻率已能表征電介質(zhì)的損耗特征，不需要再引入介質(zhì)損耗的概念。電容器損耗與其損耗角正切值 tanδ成正比。當(dāng)絕緣受潮或惡化時(shí)， tanδ 會(huì)急劇增大，因此通過檢測 tanδ 值并進(jìn)行對(duì)比，可判斷絕緣的狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，另外通過測量 tanδ 和電壓的關(guān)系曲線可判斷絕緣內(nèi)部是否發(fā)生了局部放電。 因?yàn)閷?shí)際的電壓電流均為有限長的采樣序列，只有實(shí)現(xiàn)整周期采樣時(shí)，如式（ 215）所示，上述的諧波分析法公式才能夠嚴(yán)格成立。 基于本次設(shè) 計(jì)，系統(tǒng)的基波頻率為 ??0=50Hz，暫不考慮頻率波動(dòng)，在每個(gè)周期中采樣點(diǎn)數(shù) N=128，則采樣頻率： ???? = N??0 = 12850HZ = 6400Hz (2?16) 對(duì)于采樣得到的波形，可采用 ??0=1024 點(diǎn) FFT（快速傅里葉變換），故變換的頻率分辨率： ?f= ??????0= 6400Hz1024 = (2?17) 故對(duì)于變換后的波形，基波頻率 ??0 = 50Hz在第 ??0??? +1 = 9個(gè)點(diǎn)。這就好像在百頁窗內(nèi)觀察窗外的景色，看到的是百葉窗窗縫內(nèi) 的部分景色，而無法看到被百葉窗遮擋住的部分，這就是“柵欄現(xiàn)象”； 對(duì)于矩形窗截取的序列，由于每個(gè)譜線附近的頻譜與矩形窗函數(shù)的頻譜相同，矩形窗函數(shù)主瓣占據(jù)的帶寬為 ，對(duì)應(yīng)的模擬頻率大小為 Fs/N（也就是我們通常說的信號(hào)的頻譜分辨率）； 當(dāng)兩個(gè)譜線之間的間隔小于 Fs/N 時(shí)，兩個(gè)矩形窗的主瓣開始混疊，原來的兩個(gè)譜線所對(duì)應(yīng)的兩個(gè)峰值消失，出現(xiàn)一個(gè)新的頻譜峰值，即兩個(gè)譜線被看成一個(gè)新的譜線 [21]。 A/D 量化位數(shù)的影響：由于硬件采用的 AD 轉(zhuǎn)換器的最低分辨率限制，對(duì)實(shí)際測量的電壓電流，均有最小分辨率的限制，該值受 AD 轉(zhuǎn)換器的位數(shù)影響，如果 AD 轉(zhuǎn)換器位數(shù)太低 ，則勢必對(duì)測量結(jié)果造成細(xì)微的不準(zhǔn)確而產(chǎn)生誤差。利用 Hilbert 變換構(gòu)造解析變換以消除信號(hào)中的負(fù)頻率成分；設(shè)計(jì)加 Hanning 窗的 FIR 低通濾波器以濾除干擾信號(hào)，從而提高介質(zhì)損耗測量精度。 相角誤差分析： 假設(shè)理想的工頻信號(hào)為 x(n)=Asin（ ???? +φ），根據(jù)式（ 218）、式（ 219）、式（ 220）可以獲得解析信號(hào)為： z(n) = A????(??????????2) 。 . 信號(hào)預(yù)處理 在 節(jié)中提到的各類干擾影響中，很大的一部分干擾因素都可以利用信號(hào)預(yù)處理的方法將其予以消除。 . 其他干擾因素 零點(diǎn)漂移現(xiàn)象：電壓和電流信號(hào)的測量中難免要發(fā)生零點(diǎn)漂移現(xiàn)象，這會(huì)在信號(hào)中產(chǎn)生直流分量。對(duì)被測信號(hào)進(jìn)行快速傅立葉變換，就意味著首先要對(duì)時(shí)域信號(hào)進(jìn)行截?cái)?，即在時(shí)域?qū)π盘?hào)設(shè)置窗函數(shù)，因?yàn)閷?duì)信號(hào)加時(shí)域窗等效于在頻域相卷積，這種截?cái)鄬?dǎo)致頻譜分析出現(xiàn)誤差，其效果是使得頻譜以實(shí)際頻率值為中心，以窗函數(shù)頻譜波形的形狀向兩側(cè)擴(kuò)散，產(chǎn)生“泄漏效應(yīng)” [21]。為了減輕非同步采樣情況 時(shí)的 柵欄效應(yīng) 和頻譜泄漏 的影響，本文將提出 一種 FFT快速傅里葉 分析法。?(φi1 ?φu1)) (2?14) 因此，從傳感器、前置放大電路所得的電壓信號(hào) U??、電流信號(hào) I??，經(jīng)過離散數(shù)字化處理后，按式 (212)~(214)計(jì)算即可求得容性設(shè)備的介質(zhì)損耗角正切值。 測量各種電氣設(shè)備絕緣的 tanδ值已成為絕緣預(yù)防性實(shí)驗(yàn)的重要內(nèi)容之一，表7 21 列出來一些常用絕緣材料的 tanδ值 [17]。而是小于90176。利用傳統(tǒng)諧波分析法和改進(jìn)型全波傅立葉算法計(jì)算介損值，并與理論介損值相比較，進(jìn)行誤差分析，對(duì)比改進(jìn)法算法的性能。 然后，提出基于 Hanning 窗插值的全 波傅立葉算法對(duì)波動(dòng)的系統(tǒng)頻率進(jìn)行修正，進(jìn)而得到修正后的介損角，并通過 Matlab 仿真驗(yàn)證了算法的性能。 針對(duì)相關(guān)函數(shù)法在非整周期采樣時(shí)產(chǎn)生較大誤差的問題 ,提出根據(jù)同向過零獲得整周期信號(hào)、采樣線性插值修正積分區(qū)間的方法 ,減少了非周期采樣帶來的介損測量誤差 ； 正是上述本質(zhì)性的困難 ,造成現(xiàn)有數(shù)字化算法從理論上難以克服電壓諧波、電網(wǎng)頻率波動(dòng)、非同步采樣與非整周期采樣等因素的綜合影響 ,因此有待于研究基于其他原理的新型數(shù)字化算法 [14]。為了消除頻率波動(dòng)的影響 ,提出了修正理想采樣頻率的諧波分析法 ,該方法對(duì)采樣序列進(jìn)行修正 ,使得介損的測量精度得到了提高 [8]。 . 過零比較法 過零比較法是根據(jù)電壓、電流信號(hào)過零點(diǎn)的時(shí) 間差或電壓、電流歸一化后過零點(diǎn)附近兩信號(hào)幅值差獲得信號(hào)的相角差 ,該算法原理簡單、容易實(shí)現(xiàn) ,但是精確度較低 ,容易受諧波、噪聲、頻率波動(dòng)和電壓變化等的影響 ,多用于介損測量儀 [1]。 附錄 ......................................................................... 35 附錄一 ..................................................................... 35 附錄二 ..................................................................... 41 參考文獻(xiàn) ..................................................................... 43 1 1. 緒論 . 選題背景及研究意義 電力系統(tǒng)高壓電力設(shè)備 ,若按照 絕緣結(jié)構(gòu)來 進(jìn)行 分類 ,電容型設(shè)備占很大部分 ,還 包括電流傳感器、套管、耦合電容器、電容式電壓互感器等 ,其中 容性設(shè)備在變電站中占 40% ~50%,他們的安全運(yùn)行 情況將 直接影響電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行 ,隨著電壓等級(jí)和設(shè)備容量的增大 ,設(shè)備故障的檢修時(shí)間越來越長 ,費(fèi)用也越來越高 ,嚴(yán)重影響了電網(wǎng)供電的可靠性 [31]。 本文對(duì)于諧波分析法 （快速 FFT 變換法） 存在的不足，提出了改進(jìn)型的諧波分析法計(jì)算介質(zhì)損耗 tanδ。的介損數(shù)字測量方法 [J].高電壓技術(shù) , 20xx,29(4): 35, 8. [6] 徐志鈕 ,律方成 ,趙麗娟 .基于加漢寧窗插值的諧波分析法用于介損角測量的分析 [J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化 , 20xx, 30(2): 8185. [7] 徐志鈕 ,律方成 ,李和明 .加布萊克曼 哈里斯窗插值諧波分析法用于介損角測量的仿真分析 [J].電力自動(dòng)化設(shè)備 , 20xx,33(3):104108. [8] 王楠 ,律方成等 .基于修正理想采樣頻率的諧波分析法在介損在線測量中的應(yīng)用 [J].電測與儀表 ,20xx, 40(7): 1215. [9] 陳楷 ,胡志堅(jiān) ,王卉 ,等 .介損角的非同步采樣算法及其應(yīng)用 [J].電網(wǎng)技術(shù) , 20xx,28(18): 5861. [10] 張介秋 ,梁昌洪 ,韓峰巖 ,等 .介質(zhì)損耗因數(shù)測量的頻譜泄漏對(duì)消算法 [J].高電壓技術(shù) , 20xx, 30(10): 2326. [11] 李和明 ,徐志鈕 ,律方成 .兩種高精度介損角算法的比較和分析 [J].電測與儀表 ,20xx,44(51):14～ 16,55. [12] 王微樂 ,李福琪 .測量介質(zhì)損耗角的高階正弦擬合算法 [J].清華大學(xué)學(xué)報(bào) :自然科學(xué)版 ,20xx,41(9):5～ 8. [13] 王楠 ,律方成等 .相關(guān)函數(shù)法計(jì)算容性設(shè)備介質(zhì)損失角正切 [J].華北電力大學(xué)學(xué)報(bào) ,20xx,28(3): 2225. [14] 左志強(qiáng) ,徐陽 ,等 .計(jì)算電容型設(shè)備介質(zhì)損耗因數(shù)的相關(guān)函數(shù)法的改進(jìn) [J].電網(wǎng)技術(shù) , 20xx, 28(18): 5357. [15] 孫春雷 ,陳照強(qiáng) .電力設(shè)備介質(zhì)損耗在線監(jiān)測技術(shù)綜述 [J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào) ,20xx,27:9798. VII [16] 王瑞闖 ,肖仕武 . 容性設(shè)備介質(zhì)損耗在線監(jiān)測方法的研究及幾點(diǎn)建議 [J]. 電力電容器與無功補(bǔ)償 ,20xx,30(4):4549. VIII 摘要 隨著電力系統(tǒng)向超高壓、大容量的方向發(fā)展，由電氣設(shè)備故障引發(fā)的電力系統(tǒng)事故所造成的危害也越發(fā)嚴(yán)重，因此開展對(duì)電容型設(shè)備這種重要的輸變電設(shè)備的絕緣在線監(jiān)測與故障診斷任務(wù)對(duì)于全面實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢修具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義；而介質(zhì)損耗因數(shù)角 tanδ 是反映電力電容型設(shè)備絕緣狀況的重要參數(shù)，可以通過對(duì) tanδ 的測量來及時(shí)發(fā)現(xiàn)電力設(shè)備中的劣化變質(zhì)、絕緣受潮及局部缺陷等問題，從而保證電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，因此實(shí)現(xiàn)介質(zhì)損耗的在線監(jiān)測具有重要的意義。 第四階段： 5 月 13 日 ~5 月 20 日，完成結(jié)果驗(yàn)證。 四 工作進(jìn)度安排 第一階段： 3 月 13 日 ~3 月 31 日，完成 tanδ 在線監(jiān)測方法及信號(hào)處理技術(shù)的研究。最后測量得到 tanδ。本章還涉及到了電流傳感器和電壓傳感器的選擇，這個(gè)可以根據(jù)工程實(shí)例作類似選擇解決。 實(shí)際運(yùn)行中的基波頻率不斷變動(dòng)將影響介損測量結(jié)果，針對(duì)初相角差異和諧波干擾兩個(gè)引起誤差的因數(shù)，分別采取 措施對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理：利用解析濾波算法消除信號(hào)初相角不同造成的計(jì)算誤差，設(shè)計(jì) FIR 數(shù)字低通濾波器以消除信號(hào)中諧波帶來的影響。 最終需要實(shí)現(xiàn)能高精度在線檢測出電容器介質(zhì)損耗 tanδ的檢測系統(tǒng) 研究路線和技術(shù)方案 設(shè)計(jì)以 TMS320F2812 型 DSP 為數(shù)據(jù)處理、邏輯控制核心的硬件電路，主要包括：微電流傳感器、電壓傳感器、前置處理電路、 AD7656 采樣電路、供電電IV 源等模塊。該方法是對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行最小二乘高階擬合。加窗插值算法有很多種 ,其中應(yīng)用最廣的是加 Hanning 窗插值諧波分析法 [4]和加 BlackmanHarris 窗插值諧波分析法 [5],前者的優(yōu)點(diǎn)是可以較大程度減輕頻譜泄露和柵欄效應(yīng) ,并且增加的計(jì)算量較小、編程實(shí)現(xiàn)比較容易 ,后者用 4項(xiàng)的 BlackmanHarris 窗 ,他的旁瓣衰減為 92db,諧波間的干擾可有效衰減掉 ,介損精確度得 到大幅度的提高 ,但該算法要求解 6~7 階的一元方程 ,計(jì)算和編程實(shí)現(xiàn)比較困難 [6]。這些算法必須滿足一個(gè)假設(shè) :即必須為同步采樣 ,即采樣頻率為信號(hào)基波頻率的整數(shù)倍 ,然而 ,由于頻率波動(dòng)等因素使得同步采樣很難滿足 ,于是很多學(xué)者對(duì)這些算法進(jìn)行了改進(jìn)。 隨著電力系統(tǒng)向超高壓、大容量的方向發(fā)展，由電氣設(shè)備故障引發(fā)的電力系統(tǒng)事故所造成的危害也越發(fā)嚴(yán)重，因此開展對(duì)電容型設(shè)備這種重要的輸變電設(shè)備的絕緣在 線監(jiān)測與故障診斷任務(wù)對(duì)于全面實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢修具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義； 而介質(zhì)損耗因數(shù) 角 tanδ 是反映 電容型設(shè)備絕緣條件 的重要參數(shù)， 可以 通過對(duì) tanδ 的測量來 及時(shí)發(fā)現(xiàn)電力設(shè)備中的劣化變質(zhì)、絕緣受潮 及局部缺陷等問題，從而保 證電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，因此實(shí)現(xiàn)介質(zhì)損耗 的在線監(jiān)測具有重要的意義。由于絕緣介質(zhì)損耗因數(shù) tanδ 對(duì)反映電力設(shè)備早期的缺陷比較靈敏有效 ,電力行業(yè)制定了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)《 DL/T 5951996 電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》對(duì)不同種類的電力設(shè)備規(guī)定了 tanδ最大容許值 的 標(biāo)準(zhǔn) ,對(duì)介質(zhì)損耗的監(jiān)測是電力設(shè)備絕緣監(jiān)測的主要方法， 雖然可根據(jù) tanδ測量結(jié)果來分析判斷絕緣狀態(tài) ,但由于在正常時(shí) tanδ值比較小 ,其數(shù)量級(jí)一般為 10－ 3,對(duì)測量的精確性和穩(wěn)定性有很高的要求 ,并且由于在運(yùn)行現(xiàn)場受各種因素的影響 ,所測到的 tanδ 值總會(huì)有一定的誤差 ,如果不能處理好這些問題 ,將不能很好地實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備絕緣的在線監(jiān)測 [15]。主要以諧波分析法為代表 ,他根據(jù) i、 u 的采樣數(shù)據(jù)重建正弦信號(hào) ,再由波形參數(shù)求得φ ,如傅里葉分析法、高階正弦擬合法和相關(guān)系數(shù)法等。很多學(xué)者對(duì)采樣加窗插值算法進(jìn)行了研究 ,加窗可以減輕頻譜的泄露 ,插值可以減輕柵欄效應(yīng) [3]。 高階正弦擬合法 文獻(xiàn) [11,12]介紹了高階正弦擬合法。利用 Hilbert 變換構(gòu)造解析變換以消除信號(hào)中的負(fù)頻率成分；設(shè)計(jì)加 Hanning 窗的 FIR 低通濾波器以濾除干擾信號(hào)；另外，采用加窗插值的全波傅立葉算法來修正頻率波動(dòng)給相角測量造成的誤差。推導(dǎo)出介質(zhì)損耗角的計(jì)算公式，以及了解測量方法的優(yōu)缺點(diǎn)，以及在測量過程中會(huì)遇到的情況。由于我沒有學(xué)過 DSP，但是我能熟練掌握單片機(jī)，因此自學(xué) DSP 應(yīng)該不成問題。 電容型設(shè)備絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)可以采用模塊化設(shè)計(jì)，主要分為系統(tǒng)控制 主程序、中斷服務(wù)子程序、數(shù)據(jù)分析及診斷子程序以及圖形界面等幾大模塊內(nèi)容。然后，選取多組不同的電阻電容值（理論介損值范圍 ~ 之內(nèi)），將多種模型參數(shù)的介損值進(jìn)行