［摘　要］　
介質損耗測量是電力系統檢測高壓電氣設備的常規項目；變頻測量是一種新的抗干擾技術。文中詳細介紹了介質損耗變頻測量儀變頻測量的基本原理和系統設計的關鍵技術。

1　概述

電力系統中常用測量介質損耗角的方法來判斷高壓電氣設備的絕緣情況。所謂介質損耗角就是電介質上電壓和電流夾角的余角。一般情況下，電介質損耗的等值回路用電阻和電容的串聯或并聯來表示，

由于高壓電氣設備的介質損耗一般都比較小，對測量的精度要求高，在現場測量時易受到各種形式的干擾，因此要測量現場設備的介質損耗難度較大。傳統測量方法是電橋法，我國目前廣泛使用的是QSI型西林電橋，但這一裝置抗*力很差，為此曾提出了不少的解決方法：如屏蔽法、移相電源法或倒相法等，然而這些方法在現場采用均有缺陷；而目前國內外以信號變換處理技術為主體研制的各種自動測量設備總的來說處于使用和研制并舉的階段，競爭激烈。這些自動測量設備各有特點，共同的局限性是抗外界電網工頻強電場對測量回路樣信號頻率的變化，而是引起取樣信號相位差的改變，從而使介損測量產生很大誤差。

對于介質損耗現場測量中存在的外界同頻干擾，其產生的根本原因是：測量裝置內部產生的高壓測量電源是由輸入工頻供電電源直接升壓得到，而此供電電源與產生強電場干擾的電網是源于同一供電系統，即兩者具有相同的頻率。

通過試驗分析發現，如果將測量裝置內測量電源的頻率偏離工頻50Hz，則上述同頻干擾就變成了異頻干擾，就可用頻域“鑒相”或“頻譜分析”的方法消除此干擾，另外，合理選擇測量電源的頻率偏離量（50Hz±Δ％），可以消除實際電網的頻率漂移（一般±0．5Hz以內）對測量產生的異頻干擾。

2　變頻測量的基本原理

2．1　從離散信號中求出基波的幅值和相位

　　設對正弦信號X（t）＝Asin（2πf0t＋φ）進行抽樣截取后，得到的有限長序列為：

　　所以當整周期截取時，可以利用FFT變換，把原有用信號從離散信號中提取出來，提取出的是原信號的幅值和相位（傅里葉輸出是以實部、虛部的形式）。

2．2　介損計算中，電壓、電流幅值和相位的提取對電流：

2.3 計算試品介損參數　　從電壓、電流信號中提取電壓電流的幅值和相位后，就可以利用下式計算試品的tgδ和Cx值。

3　變頻測量系統設計　　整個測量裝置由以下幾部分組成：鎖相環控制的數據采集電路；變頻電路；單片機測量系統；外設及接口；直流工作電源。其中變頻電源是利用數字調頻技術設計的大功率電源，其輸出電流的頻率可由單片機控制，頻率變化范圍30～80Hz，zui大輸出功率可達1．5kW。整個單片機測量系統的硬件結構見圖3—1。

3．1　信號采集及調理　　

　　信號取樣通道包括隔離放大、濾波、鎖相環倍頻電路等部分組成。

　　取樣方法經分析比較測量誤差后采用固定采樣點數和采樣間隔的方式，電壓和電流信號每周期取樣點數固定為N，采樣間隔ΔT＝1／（Nf0），采樣間隔由鎖相環倍頻電路來控制。由于N是固定的，當選擇N＝2 m（m為正數）時，還能利用取樣數據方便地進行波形分析（如DFT、FFT運算等）。但需注意的是電壓和電流測量要保證“同時性”，即所測得的電壓和電流是同一時刻所對應的值，這可以利用同一個采樣信號控制兩個A／D芯片來實現。

　　由于電源的頻率是變化的，要保持對應于變頻電源基波每周期的采樣點數固定，用內部時鐘同步的辦法控制采樣頻率是很困難的。只有依靠與采樣信號頻率一致的外部時鐘來控制采樣，方能實現每周期定點數采樣。為了保證外部時鐘能時刻跟蹤參考信號的頻率，測量電路里設計了鎖相環單元，在鎖相環電路的捕捉頻率范圍內使輸出的采樣控制信號能迅速跟蹤參考信號頻率的變化。圖3—2是鎖相環倍頻電路原理圖，圖中鎖相環電路的輸入信號是來自變頻電源的電流取樣信號，它經分頻器N分頻后輸出的信號作為鎖相環電路的反饋信號。

　　在信號進入濾波電路之前，為了盡量減少干擾信號，對電流信號的提取采用了雙線方式，即一線提取試品信號，一線懸空，提取干擾信號。這樣，試品線上不僅含有有用信號，還包含有和懸空線上一樣的干擾信號，于是就可以通過差模比較電路（如圖3—3），除去干擾信號。

　　又由于電流信號非常小，并且對不同電容量的試品，電流的分布范圍很大，從μ*到m*。該設計采用分檔電阻取樣，如果僅用一種阻值進行取樣，對小電流取樣信號太小，減小了信噪比，使A／D的轉換誤差變大；對電流則可能會使信號失真。

　　由于高低壓側電壓信號相差太大，為避免高壓信號危及單片機系統，高低壓信號之間采用了光電隔離，同時也消除了部分干擾信號。圖中右半部分是有源濾波電路，防止高頻干擾信號進入A／D采樣電路。

　　在硬件設計中，雖然進行了種種濾波，但在采樣以后，不可避免的在離散信號中還會有諧波成分，所以在A／D取樣前，增加了FFT變換軟件濾波。這樣在提取電壓電流相位時，可以僅依賴電壓電流的整體波形，而不依賴于電壓電流波形過零點（這樣誤差很大）提取兩者的相位，從而提高了系統的抗*力。

PSJSC-A抗干擾介質損耗測試儀 
  
 
產品概述：
       PSJSC-A抗干擾介質損耗測試儀 是一種*的測量介質損耗（tgδ）和電容容量（Cx）的儀器，用于工頻高壓下，測量各種絕緣材料、絕緣套管、電力電纜、電容器、互感器、變壓器等高壓設備的介質損耗，（tgδ）和電容容量（Cx）它淘汰了 QS 高壓電橋，具有操作簡單、中文顯示、打印、使用方便、無需換算、自帶高壓、抗*力強、測試時間（在國內同類產品中速度zui快）等特點。體積小、重量輕是我公司的第二代抗干擾介質損耗測試儀。
主要技術指標：
      1、環境溫度：0 ～ 40℃（液晶屏應避免長時日照）        
      2、相對濕度：30% ～ 70%
      3、供電電源：電壓：220V±10%、頻率：50±1Hz
      4、外形尺寸：長×寬×高   500mm×300mm×400mm
      5、重量：    約18Kg          
      6、輸出功率：0.6KVA
      7、顯示分辯率：3位、4位（內部全是6位）
      8、測量范圍及輸出電壓選擇：
                 介質損耗（tgδ）：±0.00～±999%
                 試品電容容量（Cx）和加載電壓：
                 2.5KV檔:≤300nF（300000pF）            3KV檔:≤200nF（200000pF）
                 5KV檔:≤76nF（76000pF）                7.5KV檔:≤34nF（34000pF）
                 10KV檔:≤20nF（20000pF）
      9、基本測量誤差：
                 介質損耗（tgδ）：1%±7個字（加載電流20uA～500mA）
                 介質損耗（tgδ）：2%±9個字（加載電流5uA～20uA）
                 電容容量（Cx）：1.5%±1.5pF
友情提醒：買儀器要買直接生產廠家，產品質量及售后服務有保證。

PSJSC-B變頻介質損耗測量儀

產品概述：
   PSJSC-B變頻介質損耗測量儀，是我公司生產的一種新型的智能化介質損耗測量儀，隨著城鄉電網改造的不斷深入，更高電站越來越多，倒相法、移相法，已不能滿足現場測試需求，異頻測量（變頻），把50HZ變成其它頻率，可以排除干擾。但由于電子技術的限制，其變頻后的頻率一般離50HZ有一定距離，其50Hz條件下的電容值cx及tgδ 值是換算模擬出來的，與真實工頻測試有一定的距離，尤其對少數被試品，測出數據就有明顯誤差，經過綜合比較，現研制一種新型介質損耗測量儀，其原理不改變頻率，能得到50HZ條件下電容值cx及tgδ值，提高測量可靠性和準確性，*抑制電場干擾，滿足電場下的使用要求，該儀器體積zui小，重量zui輕，便于攜帶。有靈活的擴展性，通過接口與計算機連接，使用強大的軟件附件，對儀器升級，人性化設計，全自動操作本儀器適合500kv及以下電站有干擾現場的試驗。本儀器通過國家電力研究所及行業專家鑒定，并獲得國家高電壓計量站認證，已在江蘇、湖南、廣東、云南、遼寧、四川等多個變電站使用，為狀態維修提供了可靠的數據。
技術指標：
◆輸入電源
◆輸出電源0.5KV~10KV可選 功率1.5KVA
◆測量范圍<電容10~60000PF 0~99% 分辨率：0.01%
◆準 確 度:電容1%讀數±2PF 介損 1%讀數+0.0005
◆測試時間:約30秒（與測量方式有關）
◆CVT 測量:低壓輸出
性能特點：
◆具有多種測量方式,可選擇正/反接線、內外標準電容器、CVT測量（無需外接升壓器，儀器內自帶電源）、內/外試驗電壓進行測量。可C1/C2同時測量。
◆測量、重復性好：儀器具有很高有測試進度，介損測試的基本誤差小于0.0005并且測試數據重復性*。
◆高壓短路和突然斷電時，食品能迅速切斷高壓，并發出警告信息。
◆高壓輸出插痤，無外露，安全可靠
◆高壓絕緣導線：高壓導線的絕緣程度不僅涉及到安全性，而且其對地泄漏直接影響到反接測試的準確度。本儀器高壓輸出導線采用特殊材料專門制作，能直接拖地使用。10KV輸出時，對地無放電、無泄漏、無聲響。
◆大屏幕中文提示操作，RS232微機接口。儀器自帶打印機，及時打印測試數據。
◆抗能性能儀器采用*抗震設計，可耐震，不損壞。
◆攜帶方便：該儀器體積約為同類產品的70%，攜帶十分方便。