CN110231515B - 一种绝缘寿命试验介质损耗因数的实时在线测量方法 - Google Patents

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    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
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    • G01R27/2688—Measuring quality factor or dielectric loss, e.g. loss angle, or power factor
    • G01R27/2694—Measuring dielectric loss, e.g. loss angle, loss factor or power factor

Abstract

本发明给出一种绝缘寿命试验介质损耗因数的实时在线测量方法。主要针对绝缘加速老化寿命试验的特点，即在绝缘加速老化寿命试验的前1/2(或2/3)阶段绝缘性能良好，介质损耗因数(或功率因数)基本保持在初始值不变，随着老化时间的增加，在试验的后期绝缘性能逐渐劣化，介质损耗因素(或功率因数)会发生变化，接近寿命终了时介质损耗因数变化率进一步变大。利用此特征在非同步非整数周期实时在线采样测量试件的电压、电流信号利用算法计算介质损耗因数，利用介质损耗因数初值和实验初期电性能未劣化时的测量值获取测量电路附加相位移补偿系数进行附加相位偏移补偿，得到介质损耗因数的准确测量值。

Description

一种绝缘寿命试验介质损耗因数的实时在线测量方法
技术领域
本发明涉及在电气设备绝缘老化失效试验中介质损耗因数在线测量和电气设备运行过程中介质损耗因数的实时在线测量的需要，提供一种基于时域采样信号的加速老化绝缘寿命试验介质损耗因数在线测量的实现方法。
背景技术
电气设备绝缘老化失效是影响电气装备最终寿命和运行安全的极重要因素。电气绝缘老化是其绝缘各种应力损伤累积的渐近的随机过程，通常在应用过程中承受正常应力时老化失效的时间很长，在绝缘新技术新工艺研究中，为评价这些新技术对绝缘电性能的改善，需在尽可能短的时间内获得绝缘电寿命信息，需要在不改变绝缘失效机理的前提下进行加速老化绝缘寿命试验。加速老化绝缘寿命试验一般选择温度和电压作为加速老化应力因子，通过选择合适的加速应力值，使绝缘试件在1小时～数百小时之间老化失效。绝缘试件的漏电流、介质损耗因数与绝缘性能高度相关，同时也是评价绝缘失效的重要指标。由于在线测量介质损耗因素比较困难，当前主要利用试件回路电流与设定阈值比较来判定实验终点并确定加速老化寿命值，同时在实验过程中定期或随机地暂停实验并取出试件离线测试介质损耗因数，这不仅增加了实验操作的复杂性和难度，而且对加速老化绝缘寿命试验准确造成不利影响。为提加速老化绝缘寿命试验结果的准确性，更全面的评价绝缘试件的电性能，希望能够在线实时测量漏电流、介质损耗因数及其变化曲线。
目前介质损耗因数的方法可以大致划分为:(1)硬件检测方法，如传统的西林电桥法和过零比较法，要求高水平的硬件设计且对干扰和谐波敏感，在测量上还存在不确定性。(2)基于信号处理的方法，如快速傅里叶变换(FFT)、时间窗等对采样信号进行处理，但存在非同步采样和有限的采样数据引起的频谱泄漏和栅栏效应等问题。本发明给出一种与试验电压同步的非整周期采样介质损耗因数测量方法，其特点是经过一段试验时间后，能在较大干扰环境下准确测量绝缘试件的介质损耗因数，适用于加速老化绝缘寿命试验、电气设备在运行过程等长时间运行情况下介质损耗因数测量需要。
发明内容
本发明的目的主要针对加速老化绝缘寿命试验的特点，即被测试件在试验的前1/2(或2/3)阶段绝缘性能良好，介质损耗因数(或功率因数)基本与初始值保持不变，随着老化时间的增加，在试验的后期绝缘性能逐渐劣化，介质损耗因素(或功率因数)会发生变化，接近寿命终了时介质损耗因数变化率进一步变大(即比前一阶段的变化率更大)。根据此特性提供一种基于时域非同步非整数周期采样信号的绝缘寿命试验介质损耗因数的实时在线测量方法。
本发明是这样实现的:
(1)试验开始前，利用测试仪器离线测量试件的介质损耗因数初始值tan(δ0)，试件等效电阻初值R0,等效电容初值C0.
(2)电压电流采样。利用测量电路将试件承受的电压u(t)、流过试样回路的电流i(t)转换为AD转化电路所需要的信号，并对其进行等间隔周期采样，得到采样信号序列u(k),i(k)(其中k＝1,2,...,y,y表示当前采样时刻的采样序号),用T表示电压u(t)的周期，用TS表示采样周期，则采样周期Ts＝T/m，选择m＝20～100。
(3)利用采样信号序列u(k),i(k)计算(当前采样点的序号是y)当前的采样周期y的介质损耗因数测量值tan(y).
Figure GDA0002941430050000021
Figure GDA0002941430050000022
Figure GDA0002941430050000023
Figure GDA0002941430050000031
其中的yMAX是根据需要定义的一个常数yMAX＝150*m。
(4)测量电路附加相位偏移的补偿。测量电路会造成一定的附加相位偏移，由式(4)得到的介质损耗因数是受这个附加相位偏移影响的介质损耗因数，为提高介质损耗因数的测量精确度，需要对这个附加相移进行补偿。试样的介质损耗因数初值为tan(δ0)，由试样特性可知，从试验开始到第yMAX个采样点属于试验前期的稳定阶段，介质损耗因数保持在tan(δ0)不变，且在该阶段已经过所需要的消除测量误差的阶段，因此该点的测量值是可信测量值。测量电路确定后所造成的附加相位偏移是固定的，可使用下述方法补偿附加相位偏移造成的介质损耗因数测量误差。
Figure GDA0002941430050000032
补偿后的介质损耗因数为
Figure GDA0002941430050000033
本方法针对加速老化绝缘寿命试验，给出一种加速实验环境下介质损耗的非同步非整数周期采样实时在线测量方法。
附图说明
图1为本发明的实验与测量原理框图。
图2为本发明的等效电路图。
具体实施方式
实施例：
S1：如图1所示，电压取样电路和电压信号调理电路一起构成电压测量电路，电流取样电路和电流信号调理电路构成电流测量电路。
S2：电压信号测量电路输出的电压测量信号送AD转换电路，设置AD转换电路以采样周期时间TS将电压转换为采样信号序列u(k)，电流测量电路的输出信号送到AD转换电路，以同样的采样周期TS得到电流采样信号序列i(k)。
S3:利用公式(1)和(2)计算当前采样点y的电压电流峰值UM(y)和IM(y)；
S4：利用公式(3)计算
Figure GDA0002941430050000042
S5：利用公式(4)计算tan(y)；
S6：利用公式(5)计算补偿信号tan(E)；
S7：利用公式(6)对测量值tan(y)进行补偿，得到补偿后的介质损耗因数测量值
Figure GDA0002941430050000041
S8：返回步骤S1,就进行下一次采样及测量，直到试验结束。

Claims (1)

1.一种绝缘寿命试验介质损耗因数的实时在线测量方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)利用测量电路将试件承受的电压u(t)、流过试样回路的电流i(t)转换为AD转化电路所需要的信号，由AD转换电路转换为时域采样信号序列u(k)、i(k)，其中k＝1,2,...,y,y表示当前采样时刻的采样序号；
(2)利用采样信号序列u(k)、i(k)计算当前采样点y的介质损耗因数，其中用T表示电压u(t)的周期，用TS表示采样周期，则采样周期Ts＝T/m，选择m＝20～100，yMAX是根据需要定义的一个常数yMAX＝150*m，对于每一个采样点，均可迭代计算出包含测量电路附加相位偏移的介质损耗因数tan(y)，该方法不需要获得完整正弦波周期的采样信号序列值；
Figure FDA0002941430040000011
其中
Figure FDA0002941430040000012
Figure FDA0002941430040000013
Figure FDA0002941430040000014
(3)利用离线仪器预先测量试件的介质损耗因数初值tan(δ0),根据试验开始到第yMAX个采样点属于试验前期的稳定阶段，介质损耗因数保持在tan(δ0)不变，且在该阶段已经过所需要的消除测量误差阶段的特点，以及测量电路所造成的附加相位偏移是固定的，利用下述公式计算测量电路附加相位偏移补偿系数；
Figure FDA0002941430040000021
(4)利用下述公式对测量电路附加相位偏移进行补偿，得到消除测量电路附加相位偏移的介质损耗因数；
Figure FDA0002941430040000022
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Assignee: Liuzhou Liudi Intelligent Technology Co.,Ltd.

Assignor: GUILIN University OF TECHNOLOGY

Contract record no.: X2022450000095

Denomination of invention: A Real time On line Measurement Method of Dielectric Loss Factor in Insulation Life Test

Granted publication date: 20210409

License type: Common License

Record date: 20221121

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