介质损耗角检测系统研究与设计.docVIP

介质损耗角检测系统的研究与设计 1.1 介质损耗及介质损耗角 对于电容型绝缘设备，通过对其介电特性的监测，可以发现尚处于早期发展阶段的缺陷。反映介电特性的参数有介质损耗角正切，电容值和电流值I，是设备绝缘的局部缺陷中，由介质损耗引起的有功电流分量Ir 和设备总电容电流Ic之比[3]，它对发现绝缘的整体劣化（例如，绝缘均匀受潮）较为灵敏，而对局部缺陷（即体积只占介质中较小部分缺陷和集中缺陷）则不易用测方法实现。 1..1介质损耗的概念 电介质在电场作用下（加电压后），要发生极化过程和电导过程[4]。有损极化过程中 有能量损耗；在电导过程中，电导性泄露电流流过绝缘电阻当然也有能量损耗。损耗程度一般用单位时间内损耗的能量，即损耗功率表示。电介质出现功率损耗的过程称为介质损耗。 显然，介质损耗过程随极化过程和电导过程同时进行，换句话说，由于极化、电导过程的存在才有损耗过程。电介质损耗掉的能量也就是电能全部转变成了热能，使电介质温度升高。若介质损耗过大，则电介质温度将升的过高，这将加速电介质的热分解与老化，最终导致绝缘性能的完全失去。 1.2 介质损耗的基本形式 （1）电导损耗是由泄露电流流过电介质而引起的损耗。 （2）极化损耗是由有损极化引起的损耗。 （3）游离损耗是气体间隙的电晕放电以及液固体电介质内部气泡中的局部放电所引起的附加损耗。 由于电介质的极化，电导过程很微弱，所以气体电介质的介质损耗是极小的，但是液体固体电介质在运行过程中的介质损耗就不能忽略。在直流电压作用下，液体固体电介质的电导损耗占主导，其余可忽略；在交流电压作用下，极化损耗就不能忽略。 1.3 介质损耗角 介质损耗角是在交变电场下，电介质内流过的电流向量和电压向量之间的夹角（即功率向量角?）的余角δ，简称介损角[5]。如果取得试品的电流向量和电压向量，则可以得到向量图： 图1.1 介质损耗角等效电路及电路图 介质损耗角（介损角）是一项反映高压电气设备绝缘性能的重要指标。介损角的变化可反映受潮、劣化变质或绝缘中气体放电等绝缘缺陷，因此测量介损角是研究绝缘老化特征及在线监测绝缘状况的一项重要内容。而在实际测量中，由于介损角很小，所以需要测量系统有较高的测量精度，这样才能正确及时地反映介损角的变化。人们一直在研究介损角测量方法，每种方法都有其自身的特点。随着电子工业及计算机的迅速发展和广泛应用，数字化测量手段涌现出来，并且其运用的各种算法也有很多。数字化测量方法求取介损角即对电压、电流信号进行数字化采样后在通过一定的算法求出介损角。目前工业上常用的算法是基波相位分离法。 1.4 介质损耗检测的意义及其注意问题 （1）在绝缘设计时，必须注意绝缘材料的值。若值过大则会引起严重发热，使绝缘加速老化，甚至可能导致热击穿。而在直流电压下，较小而可用于制造直流或脉冲电容器。 （2）值反映了绝缘的状况，可通过测量=f()的关系曲线来判断从良状态向劣化状态转化的进程，故的测量是电气设备绝缘试验中的一个基本项目。 （3）通过研究温度对值的影响，力求在工作温度下的值为最小值而避开最大值。 （4）极化损耗随频率升高而增大，尤其电容器采用极性电介质时，其极化损耗随频率升高增加很快，当电源中出现高次（如3次、55）用于冲击测量的连接电缆，其绝缘的必须很小，否则所测冲击电压通过电缆后将发生严重的波形畸变，影响到测量的准确性。 2 介质损耗角检测的方法 2.1电桥法 电桥法历史悠久，具有较高的灵敏度。典型代表是西林电桥[7]。用交流电桥平衡 时，比较桥臂阻抗即可得到被测参数。 电桥法的优点是较准确，可靠。但是要求比较严格，工艺烦琐，并且监测前要对低压桥臂（R3、C4、R4G指向零点，所以增加了操作的复杂性。 2.2 伏安法 基本原理是根据被测试品的端电压向量和流过被测试品电流向量之比，可得到被测试品的阻抗向量，根据Zx的实部和虚部，进一步计算求得介质损耗。 2.3 自由轴法 自由轴法测量介损角的原理图如图2.1所示。 U4 US U2 Ux U3 U1 图2.1 自由轴法测量介损角原理图 由于US的相对位置以及它们的模不变，所以是固定的。用软件方便实现对向 量在X轴、Y轴数据上的采集，硬件构成简单，使复杂的测量系统简单化，便于实现。使用这种方法明显优于电桥法。但由于影响电力设备介质损耗角的变化的因素有很多，例如：温度、频率、电压等，并且波形不准、外界电磁场的干扰、元件的误差都会造成测量不准。所以要增加许多措施来减少这些误差。 2.4 相位差法 利用采样电路测出电流和电压的过零点，通过逻辑转换形成一定宽度的时间信号，并且脉冲宽度反映相位差，最后通过测量方波的宽度来求出试品的介损值。相位差法的原理图如