基于虚拟仪器技术的容性设备介质损耗检测装置设计

2016-10-21刘胜军段志国冯正军沈辰乔红军

科技创新与应用 2016年5期

刘胜军段志国冯正军沈辰乔红军

摘要：为了更好地检测电容型设备的绝缘状况以及保护高压电力设备有效地运行，设计了一套集高精准电压与电流检测传感器、高速度数据采集装置以及过零时差比较计算介质损耗因数算法于一体的介质损耗因数在线检测装置。最后，结合虚拟仪器开发平台完成软件界面的设计，数据的分析与调用等。

关键词：电容型设备;过零时差比较;介质损耗因数;虚拟仪器

引言

随着电力系统的快速发展，设备运行的可靠性显得越来越重要，因此提高设备的运行可靠性是保证电力运行的关键[1-2]。介质损耗因数tanδ是反映高电压电气设备绝缘性能的一项重要指标，通过测量tanδ可以反映出绝缘的一系列缺陷，尤其是电容型设备，电容型设备的tanδ检测是极为重要的，通过检测介质损耗角来及时发现设备的绝缘缺陷，是保证高压电力设备运行的有效手段之一。因此如何有效排除测试现场强大的电场干扰，准确地测出电力设备的绝缘介质损耗角tanδ是当前介损测量技术的重点[3-4]。

因此，文章利用过零时差比较法检测方法，设计了一套集高精准电压与电流检测传感器、高速度数据采集装置以及过零时差比较计算介质损耗因数算法于一体的介质损耗在线检测装置，并采用美国NI公司的LABVIEW软件作为开发平台，编写了一套稳定、方便、实用、有效的介质损耗在线检测软件。

1 介质损耗因数检测原理

检测介质损耗因数传统的方法是电桥测量法，但是其受各种硬件的问题以及外界干扰的影响不能得到广泛的使用。为了具有较好的抗干扰性与提高检测精度，文章采用过零时差比较法对电容型设备的介质损耗因数进行检测。过零时差比较法是一种相位转化为时间测量手段的方法，根据信号采集系统采集的电流和电压信号，再用软件进行过零点的提取，并通过数值计算得到电压电流的信号相位差[5-6]，通过相位差计算出设备的介质损耗因数tanδ。

通过测得时间差，然后时差△T转换为相位角?，再根据已知正弦波的周期T，按公式（1）中计算?，进而根据公式（2）计算介质损耗因数tanδ。

?=2π（△T/T）（1）

tanδ=π/2-?（2）

这种方法具有测量分辨率高，线性好，易数学化的优点[7-8]，正好结合虚拟仪器在信号处理上优势，使其实现起来更加简便与精准。

2 装置的结构与功能设计

文章利用过零时差比较法检测介质损耗因数原理与虚拟仪器技术，设计一套集高精准电压与电流检测传感器、高速度数据采集装置以及过零时差比较计算介质损耗因数tanδ算法于一体的介质损耗在线检测装置。

文章通过电流互感器采集电容型设备的电流信号，使用分压器进行电压信号的采集，由于采集的电压与电流信号有可能会出现过电压与过电流损害装置，因此电流互感器与分压器的信号都接入信号保护单元，信号保护单元将限制了过高电流与过高电压对采集装置的影响，信号保护单元与采集装置可能出现阻抗不匹配的情况，由此必须设计阻抗匹配电路来保证采集装置能够准确采集信号。

文章设计的基于虚拟仪器技术的介质损耗在线检测装置具有如下几个功能：

（1）利用过零时差比较法计算介质损耗因数;（2）以具有较强特性的虚拟仪器为平台开发了监测软件;（3）设计的电流电压传感器

精度高，抗干扰能力强;（4）实时检测采集的电压信号与电流信号;（5）界面具有较强的人机互动性。

3 上位机软件系统设计

结合虚拟仪器技术进行检测系统的设计，利用LABVIEW进行系统设计具有操作简便，算法实现简便等特点[9-10]。根据对系统功能的要求，文章监测系统采用NI公司的LABVIEW 2014作為软件开发平台。

就地监测层采集了电压与电流数据后，上传到主机后，主机进行时差与相位计算后得到介质损耗角（文章显示的是介质损耗因数tanδ），软件监测界面如图1所示：

4 结束语

文章所设计的利用过零时差比较法检测方法与虚拟仪器技术相结合的介质损耗因素检测装置，首先建立了过零时差比较法检测数学模型，其次分析了硬件电路的具体实现方法，其次设计了电压与电流信号采集传感器、高速信号采集装置以及阻抗匹配电路，最后结合虚拟仪器开发平台，完成软件界面的设计，数据的分析与调用等。

参考文献

[1]徐志钮，律方成，汪佛池，等.用加Hanning窗插值高正弦拟合法测介损角[J].高电压技术，2007，33（4）：50-53.

[2]李丽.电容型设备介质损耗因数在线检测技术的研究[D].河北农业大学，2006：5-12.

[3]金鑫.虚拟仪器及小波分析技术在电容设备绝缘介损在线检测中的应用研究[D].广西大学，2005：6-13.