基于虛擬儀器技術(shù)的容性設(shè)備介質(zhì)損耗檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)

劉勝軍 段志國(guó) 馮正軍 沈辰 喬紅軍

摘 ?要：為了更好地檢測(cè)電容型設(shè)備的絕緣狀況以及保護(hù)高壓電力設(shè)備有效地運(yùn)行，設(shè)計(jì)了一套集高精準(zhǔn)電壓與電流檢測(cè)傳感器、高速度數(shù)據(jù)采集裝置以及過零時(shí)差比較計(jì)算介質(zhì)損耗因數(shù)算法于一體的介質(zhì)損耗因數(shù)在線檢測(cè)裝置。最后，結(jié)合虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)完成軟件界面的設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)的分析與調(diào)用等。

關(guān)鍵詞：電容型設(shè)備;過零時(shí)差比較;介質(zhì)損耗因數(shù);虛擬儀器

引言

隨著電力系統(tǒng)的快速發(fā)展，設(shè)備運(yùn)行的可靠性顯得越來越重要，因此提高設(shè)備的運(yùn)行可靠性是保證電力運(yùn)行的關(guān)鍵[1-2]。介質(zhì)損耗因數(shù)tanδ是反映高電壓電氣設(shè)備絕緣性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)，通過測(cè)量tanδ可以反映出絕緣的一系列缺陷，尤其是電容型設(shè)備，電容型設(shè)備的tanδ檢測(cè)是極為重要的，通過檢測(cè)介質(zhì)損耗角來及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的絕緣缺陷，是保證高壓電力設(shè)備運(yùn)行的有效手段之一。因此如何有效排除測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)大的電場(chǎng)干擾，準(zhǔn)確地測(cè)出電力設(shè)備的絕緣介質(zhì)損耗角tanδ是當(dāng)前介損測(cè)量技術(shù)的重點(diǎn)[3-4]。

因此，文章利用過零時(shí)差比較法檢測(cè)方法，設(shè)計(jì)了一套集高精準(zhǔn)電壓與電流檢測(cè)傳感器、高速度數(shù)據(jù)采集裝置以及過零時(shí)差比較計(jì)算介質(zhì)損耗因數(shù)算法于一體的介質(zhì)損耗在線檢測(cè)裝置，并采用美國(guó)NI公司的LABVIEW軟件作為開發(fā)平臺(tái)，編寫了一套穩(wěn)定、方便、實(shí)用、有效的介質(zhì)損耗在線檢測(cè)軟件。

1 介質(zhì)損耗因數(shù)檢測(cè)原理

檢測(cè)介質(zhì)損耗因數(shù)傳統(tǒng)的方法是電橋測(cè)量法，但是其受各種硬件的問題以及外界干擾的影響不能得到廣泛的使用。為了具有較好的抗干擾性與提高檢測(cè)精度，文章采用過零時(shí)差比較法對(duì)電容型設(shè)備的介質(zhì)損耗因數(shù)進(jìn)行檢測(cè)。過零時(shí)差比較法是一種相位轉(zhuǎn)化為時(shí)間測(cè)量手段的方法，根據(jù)信號(hào)采集系統(tǒng)采集的電流和電壓信號(hào)，再用軟件進(jìn)行過零點(diǎn)的提取，并通過數(shù)值計(jì)算得到電壓電流的信號(hào)相位差[5-6]，通過相位差計(jì)算出設(shè)備的介質(zhì)損耗因數(shù)tanδ。

通過測(cè)得時(shí)間差，然后時(shí)差△T轉(zhuǎn)換為相位角?，再根據(jù)已知正弦波的周期T，按公式（1）中計(jì)算?，進(jìn)而根據(jù)公式（2）計(jì)算介質(zhì)損耗因數(shù)tanδ。

?=2π（△T/T） （1）

tanδ=π/2-?（2）

這種方法具有測(cè)量分辨率高，線性好，易數(shù)學(xué)化的優(yōu)點(diǎn)[7-8]，正好結(jié)合虛擬儀器在信號(hào)處理上優(yōu)勢(shì)，使其實(shí)現(xiàn)起來更加簡(jiǎn)便與精準(zhǔn)。

2 裝置的結(jié)構(gòu)與功能設(shè)計(jì)

文章利用過零時(shí)差比較法檢測(cè)介質(zhì)損耗因數(shù)原理與虛擬儀器技術(shù)，設(shè)計(jì)一套集高精準(zhǔn)電壓與電流檢測(cè)傳感器、高速度數(shù)據(jù)采集裝置以及過零時(shí)差比較計(jì)算介質(zhì)損耗因數(shù)tanδ算法于一體的介質(zhì)損耗在線檢測(cè)裝置。

文章通過電流互感器采集電容型設(shè)備的電流信號(hào)，使用分壓器進(jìn)行電壓信號(hào)的采集，由于采集的電壓與電流信號(hào)有可能會(huì)出現(xiàn)過電壓與過電流損害裝置，因此電流互感器與分壓器的信號(hào)都接入信號(hào)保護(hù)單元，信號(hào)保護(hù)單元將限制了過高電流與過高電壓對(duì)采集裝置的影響，信號(hào)保護(hù)單元與采集裝置可能出現(xiàn)阻抗不匹配的情況，由此必須設(shè)計(jì)阻抗匹配電路來保證采集裝置能夠準(zhǔn)確采集信號(hào)。

文章設(shè)計(jì)的基于虛擬儀器技術(shù)的介質(zhì)損耗在線檢測(cè)裝置具有如下幾個(gè)功能：

（1）利用過零時(shí)差比較法計(jì)算介質(zhì)損耗因數(shù);（2）以具有較強(qiáng)特性的虛擬儀器為平臺(tái)開發(fā)了監(jiān)測(cè)軟件;（3）設(shè)計(jì)的電流電壓傳感器

精度高，抗干擾能力強(qiáng);（4）實(shí)時(shí)檢測(cè)采集的電壓信號(hào)與電流信號(hào);（5）界面具有較強(qiáng)的人機(jī)互動(dòng)性。

3 上位機(jī)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

結(jié)合虛擬儀器技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，利用LABVIEW進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有操作簡(jiǎn)便，算法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)便等特點(diǎn)[9-10]。根據(jù)對(duì)系統(tǒng)功能的要求，文章監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用NI公司的LABVIEW 2014作為軟件開發(fā)平臺(tái)。

就地監(jiān)測(cè)層采集了電壓與電流數(shù)據(jù)后，上傳到主機(jī)后，主機(jī)進(jìn)行時(shí)差與相位計(jì)算后得到介質(zhì)損耗角（文章顯示的是介質(zhì)損耗因數(shù)tanδ），軟件監(jiān)測(cè)界面如圖1所示：

4 結(jié)束語

文章所設(shè)計(jì)的利用過零時(shí)差比較法檢測(cè)方法與虛擬儀器技術(shù)相結(jié)合的介質(zhì)損耗因素檢測(cè)裝置，首先建立了過零時(shí)差比較法檢測(cè)數(shù)學(xué)模型，其次分析了硬件電路的具體實(shí)現(xiàn)方法，其次設(shè)計(jì)了電壓與電流信號(hào)采集傳感器、高速信號(hào)采集裝置以及阻抗匹配電路，最后結(jié)合虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)，完成軟件界面的設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)的分析與調(diào)用等。

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