介質(zhì)損耗因數(shù)的自動數(shù)字測量系統(tǒng)
[導讀]摘 要： 介紹了以80C196為核心的介質(zhì)損耗因數(shù)自動測量系統(tǒng)，使用了Flash Memory和高速A/D等技術(shù)，克服了一般測量系統(tǒng)在反接測量時的絕緣和干擾等問題，達到了較高的測量精度。關(guān)鍵詞： 介質(zhì)損耗因數(shù)tgδ 閃速存儲體
摘 要： 介紹了以80C196為核心的介質(zhì)損耗因數(shù)自動測量系統(tǒng)，使用了Flash Memory和高速A/D等技術(shù)，克服了一般測量系統(tǒng)在反接測量時的絕緣和干擾等問題，達到了較高的測量精度。
關(guān)鍵詞： 介質(zhì)損耗因數(shù)tgδ 閃速存儲體 高速A/D 密封電池
介質(zhì)損耗因數(shù)tgδ是反映高電壓電氣設備絕緣性能的一項重要指標。通過測量tgδ可以反映出絕緣的一系列缺陷，如絕緣受潮、劣化變質(zhì)或絕緣中有氣體發(fā)生放電等。因此，在電力設備運行過程中，要定期對反映設備絕緣的介質(zhì)損耗因數(shù)進行測量，若達不到一定標準，將不能繼續(xù)使用該電力設備。
長期以來，tgδ的測量是通過QS-1電橋?qū)崿F(xiàn)的。但它的測試程序復雜，操作工作量大，測量時間長，自動化水平低，并易受人為因素的影響，這些都限制了QS-1在電力系統(tǒng)中的應用。
由于絕緣測量的重要性，一些單位開展了數(shù)字化測量介質(zhì)損耗因數(shù)的工作。但由于介質(zhì)損耗測量具有特殊性，如在反接時實際上是在極高的共模電壓下測量介質(zhì)損耗因數(shù)，對系統(tǒng)的絕緣、抗干擾性能有較高的要求，這些對介質(zhì)損耗因數(shù)的數(shù)字化測量造成了困難。本課題組采用高速A/D、閃速存儲體(Flash Memory)和電池供電等技術(shù)，解決了測量時對絕緣和抗干擾能力的要求，測量精度也達到了QS-1的標準。由于本系統(tǒng)在信號輸入端采用和QS-1相同的接口，因此可以很方便地在實際測量中取代QS-1系統(tǒng)。
1 正接和反接條件下的介損測量
介損因數(shù)測量有正接和反接兩種方法，如圖1所示，其中Cx和Rx為試品的等值電容和等值電阻，Cn為無損標準電容，R1和R2為試品和參考電流的取樣電阻。對于一些重量比較輕且其外殼沒有和地形成不可分割狀態(tài)的電氣設備，可以用正接法對其測量，此時測量電壓主要集中在電容兩端，測量系統(tǒng)對地處于低電位，對系統(tǒng)的絕緣性能要求不高。對于一些重量很重或其外殼不能和地分開的電氣設備，只能采用反接法測量其介質(zhì)損耗因數(shù)，此時測量系統(tǒng)工作在極高的共模電壓下(一般為10kV)，對系統(tǒng)的絕緣性能要求很高，若此時測量系統(tǒng)仍采用220V交流電源供電，在電源變壓器的兩端要承受10kV以上的交流電壓，使系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復雜化。
2 自動數(shù)字介損測量系統(tǒng)
鑒于反接法在實際測量中的重要性，并考慮到系統(tǒng)的便攜性，本測量系統(tǒng)沒有采用一般系統(tǒng)的交流供電的方法，而使用重量很輕且可充電的密封電池(Sealed Battery)供電。在實際系統(tǒng)中，采用了6V4Ah/20HR密封鉛蓄電池。經(jīng)試驗，在一次充電之后，系統(tǒng)可以連續(xù)工作5個小時以上，完全滿足實際測量的要求。
另外，為了提高系統(tǒng)的自動化程度并減小測量人員的風險，本系統(tǒng)采用了自動測量的方式。如在反接方式下，測量人員連接好相應連線后，打開測量系統(tǒng)的電源開關(guān)并按下測量鍵，此時只需給試品提供測量電壓而不用再對系統(tǒng)進行操作。當電壓升高到一定閾值后，測量系統(tǒng)自動進入測量狀態(tài)。約一分鐘后，系統(tǒng)即可測量完畢，并將結(jié)果保存到閃速存儲體中。這時測量人員可退下測量電壓，在無高壓存在的情況下將測量結(jié)果讀出。為方便測量人員讀取數(shù)據(jù)，系統(tǒng)配備了字符式液晶，按下計算鍵后，即可將結(jié)果顯示在液晶屏上。為了便于操作，系統(tǒng)還安裝了3個發(fā)光二極管，根據(jù)發(fā)光二極管的亮、滅和閃爍，測量人員可以了解系統(tǒng)的運行情況。整個系統(tǒng)的框圖如圖2所示。
3 提高精度的幾個措施
為提高測量的可靠性，本系統(tǒng)沒有采用一般的過零比較法，而是使用A/D芯片，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并使用數(shù)字信號處理方法對采集后的信號進行濾波，去除了在過零處信號的毛刺現(xiàn)象。為提高測量精度，還在硬件和軟件方面采取了以下幾項措施：
(1) 使用高速A/D芯片，提高A/D轉(zhuǎn)換速度。在本系統(tǒng)中每個通道都配置了Burr-Brown公司的ADS7800芯片，它的轉(zhuǎn)換時間為3μs，在讀取本次轉(zhuǎn)換結(jié)果的同時啟動下一次A/D轉(zhuǎn)換。由于使用80C196讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果并將結(jié)果存入到SRAM所用的時間超過3μs(系統(tǒng)工作在12MHz頻率)，因此沒有必要在程序中對轉(zhuǎn)換是否完成進行判斷。在本系統(tǒng)中完成兩個通道的A/D轉(zhuǎn)換并將結(jié)果存入到SRAM的時間為10μs左右。對于50Hz工頻信號，一個周期內(nèi)可以采樣2000個點左右，它的測量精度為360/2000=0.18°。(2) 采用兩通道同時采樣，去除由于啟動轉(zhuǎn)換的時間間隔造成的誤差。在數(shù)據(jù)緩存處將轉(zhuǎn)換結(jié)果分時讀出。A/D部分電路如圖3所示。
(3)使用模擬濾波芯片UAF42構(gòu)成低通濾波電路。由于UAF42內(nèi)部電容有極好的匹配性，只需調(diào)節(jié)外部電阻即可使兩路信號在經(jīng)過濾波電路時產(chǎn)生的相移盡可能相等。(4) 系統(tǒng)還具有通道自檢功能。在每次測量前，系統(tǒng)自動使用標準端產(chǎn)生的信號對兩個通道進行檢查，測出兩個通道在通過同一個信號時產(chǎn)生的相位差。然后兩個通道分別通過標準信號和測試信號，測出此時兩個通道的相位差，減去自檢時的相位差作為該時刻的結(jié)果，從而減小通道不匹配對測量結(jié)果的影響。(5) 在一次測量中采集多個周期的信號，對測量的結(jié)果取中值作為介質(zhì)損耗的δ值。用查表的方法得出tgδ的值。
4 測試結(jié)果
在系統(tǒng)完成后，對多個樣品進行了測試，并和QS-1的測量結(jié)果進行了比較。測試結(jié)果如表1所示。
由該表可以看出，本系統(tǒng)的測量值與QS-1的測量結(jié)果基本相符。
經(jīng)過對多個樣品的測試比較，本系統(tǒng)相對于QS-1具有更好的可操作性，測量時間比QS-1短了很多，而且精度也達到了QS-1的測量標準。另外，本系統(tǒng)采用了和QS-1相同的信號輸入接口，在實際測量中可以很方便地對QS-1進行替換。本系統(tǒng)還采用了雙層絕緣結(jié)構(gòu)，一方面減少了外界對測量電路的電磁干擾，另一方面也符合了高壓測量的要求，確保了測量人員的安全。
來源:零八我的愛0次
關(guān)鍵詞： 介質(zhì)損耗因數(shù)tgδ 閃速存儲體 高速A/D 密封電池
介質(zhì)損耗因數(shù)tgδ是反映高電壓電氣設備絕緣性能的一項重要指標。通過測量tgδ可以反映出絕緣的一系列缺陷，如絕緣受潮、劣化變質(zhì)或絕緣中有氣體發(fā)生放電等。因此，在電力設備運行過程中，要定期對反映設備絕緣的介質(zhì)損耗因數(shù)進行測量，若達不到一定標準，將不能繼續(xù)使用該電力設備。
長期以來，tgδ的測量是通過QS-1電橋?qū)崿F(xiàn)的。但它的測試程序復雜，操作工作量大，測量時間長，自動化水平低，并易受人為因素的影響，這些都限制了QS-1在電力系統(tǒng)中的應用。
由于絕緣測量的重要性，一些單位開展了數(shù)字化測量介質(zhì)損耗因數(shù)的工作。但由于介質(zhì)損耗測量具有特殊性，如在反接時實際上是在極高的共模電壓下測量介質(zhì)損耗因數(shù)，對系統(tǒng)的絕緣、抗干擾性能有較高的要求，這些對介質(zhì)損耗因數(shù)的數(shù)字化測量造成了困難。本課題組采用高速A/D、閃速存儲體(Flash Memory)和電池供電等技術(shù)，解決了測量時對絕緣和抗干擾能力的要求，測量精度也達到了QS-1的標準。由于本系統(tǒng)在信號輸入端采用和QS-1相同的接口，因此可以很方便地在實際測量中取代QS-1系統(tǒng)。
1 正接和反接條件下的介損測量
介損因數(shù)測量有正接和反接兩種方法，如圖1所示，其中Cx和Rx為試品的等值電容和等值電阻，Cn為無損標準電容，R1和R2為試品和參考電流的取樣電阻。對于一些重量比較輕且其外殼沒有和地形成不可分割狀態(tài)的電氣設備，可以用正接法對其測量，此時測量電壓主要集中在電容兩端，測量系統(tǒng)對地處于低電位，對系統(tǒng)的絕緣性能要求不高。對于一些重量很重或其外殼不能和地分開的電氣設備，只能采用反接法測量其介質(zhì)損耗因數(shù)，此時測量系統(tǒng)工作在極高的共模電壓下(一般為10kV)，對系統(tǒng)的絕緣性能要求很高，若此時測量系統(tǒng)仍采用220V交流電源供電，在電源變壓器的兩端要承受10kV以上的交流電壓，使系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復雜化。
2 自動數(shù)字介損測量系統(tǒng)鑒于反接法在實際測量中的重要性，并考慮到系統(tǒng)的便攜性，本測量系統(tǒng)沒有采用一般系統(tǒng)的交流供電的方法，而使用重量很輕且可充電的密封電池(Sealed Battery)供電。在實際系統(tǒng)中，采用了6V4Ah/20HR密封鉛蓄電池。經(jīng)試驗，在一次充電之后，系統(tǒng)可以連續(xù)工作5個小時以上，完全滿足實際測量的要求。
另外，為了提高系統(tǒng)的自動化程度并減小測量人員的風險，本系統(tǒng)采用了自動測量的方式。如在反接方式下，測量人員連接好相應連線后，打開測量系統(tǒng)的電源開關(guān)并按下測量鍵，此時只需給試品提供測量電壓而不用再對系統(tǒng)進行操作。當電壓升高到一定閾值后，測量系統(tǒng)自動進入測量狀態(tài)。約一分鐘后，系統(tǒng)即可測量完畢，并將結(jié)果保存到閃速存儲體中。這時測量人員可退下測量電壓，在無高壓存在的情況下將測量結(jié)果讀出。為方便測量人員讀取數(shù)據(jù)，系統(tǒng)配備了字符式液晶，按下計算鍵后，即可將結(jié)果顯示在液晶屏上。為了便于操作，系統(tǒng)還安裝了3個發(fā)光二極管，根據(jù)發(fā)光二極管的亮、滅和閃爍，測量人員可以了解系統(tǒng)的運行情況。整個系統(tǒng)的框圖如圖2所示。
3 提高精度的幾個措施為提高測量的可靠性，本系統(tǒng)沒有采用一般的過零比較法，而是使用A/D芯片，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并使用數(shù)字信號處理方法對采集后的信號進行濾波，去除了在過零處信號的毛刺現(xiàn)象。為提高測量精度，還在硬件和軟件方面采取了以下幾項措施：
(1) 使用高速A/D芯片，提高A/D轉(zhuǎn)換速度。在本系統(tǒng)中每個通道都配置了Burr-Brown公司的ADS7800芯片，它的轉(zhuǎn)換時間為3μs，在讀取本次轉(zhuǎn)換結(jié)果的同時啟動下一次A/D轉(zhuǎn)換。由于使用80C196讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果并將結(jié)果存入到SRAM所用的時間超過3μs(系統(tǒng)工作在12MHz頻率)，因此沒有必要在程序中對轉(zhuǎn)換是否完成進行判斷。在本系統(tǒng)中完成兩個通道的A/D轉(zhuǎn)換并將結(jié)果存入到SRAM的時間為10μs左右。對于50Hz工頻信號，一個周期內(nèi)可以采樣2000個點左右，它的測量精度為360/2000=0.18°。(2) 采用兩通道同時采樣，去除由于啟動轉(zhuǎn)換的時間間隔造成的誤差。在數(shù)據(jù)緩存處將轉(zhuǎn)換結(jié)果分時讀出。A/D部分電路如圖3所示。
(3)使用模擬濾波芯片UAF42構(gòu)成低通濾波電路。由于UAF42內(nèi)部電容有極好的匹配性，只需調(diào)節(jié)外部電阻即可使兩路信號在經(jīng)過濾波電路時產(chǎn)生的相移盡可能相等。(4) 系統(tǒng)還具有通道自檢功能。在每次測量前，系統(tǒng)自動使用標準端產(chǎn)生的信號對兩個通道進行檢查，測出兩個通道在通過同一個信號時產(chǎn)生的相位差。然后兩個通道分別通過標準信號和測試信號，測出此時兩個通道的相位差，減去自檢時的相位差作為該時刻的結(jié)果，從而減小通道不匹配對測量結(jié)果的影響。(5) 在一次測量中采集多個周期的信號，對測量的結(jié)果取中值作為介質(zhì)損耗的δ值。用查表的方法得出tgδ的值。4 測試結(jié)果
在系統(tǒng)完成后，對多個樣品進行了測試，并和QS-1的測量結(jié)果進行了比較。測試結(jié)果如表1所示。
由該表可以看出，本系統(tǒng)的測量值與QS-1的測量結(jié)果基本相符。經(jīng)過對多個樣品的測試比較，本系統(tǒng)相對于QS-1具有更好的可操作性，測量時間比QS-1短了很多，而且精度也達到了QS-1的測量標準。另外，本系統(tǒng)采用了和QS-1相同的信號輸入接口，在實際測量中可以很方便地對QS-1進行替換。本系統(tǒng)還采用了雙層絕緣結(jié)構(gòu)，一方面減少了外界對測量電路的電磁干擾，另一方面也符合了高壓測量的要求，確保了測量人員的安全。
來源:零八我的愛0次
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