一種高壓電氣設備介質(zhì)損耗因數(shù)計算方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明屬于電氣設備絕緣狀態(tài)檢測數(shù)據(jù)處理技術(shù)領域，具體涉及一種高壓電氣設 備介質(zhì)損耗因數(shù)計算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 介質(zhì)損耗因數(shù)（tan 5 )是表征高壓電氣設備絕緣狀況的一項重要指標。其中5指 介質(zhì)損耗角即在交變電場下，電介質(zhì)內(nèi)流過的電流向量和電壓向量之間的夾角的余角，簡 稱介損角。
[0003] 目前，測量介損角可分為硬件法和軟件法。硬件法主要有過零比較法、電橋平衡法 等，此類方法存在硬件處理環(huán)節(jié)多、抗干擾能力差、累積誤差大等缺點難W滿足介損測量的 精度；軟件分析方法主要是諧波分析法，其原理基于傅里葉變換，利用H角函數(shù)的正交性使 求解基波分量不受諧波和直流的影響，故可W達到較高穩(wěn)定性和測量精度。
[0004] 基于正弦信號本身的特點和數(shù)字頻譜分析理論可知，只有信號在滿足整周期采樣 和整周期截斷計算才能準確的實現(xiàn)信號的頻譜分析，否則會出現(xiàn)頻譜泄漏和柵欄效應，使 計算結(jié)果出現(xiàn)較大誤差，尤其是相位誤差更大。實際中電網(wǎng)頻率時常波動，采樣裝置的采樣 頻率很難準確的保持在電網(wǎng)頻率的整數(shù)倍，該也使得無法得到整周期截斷的樣本。加窗插 值的傅里葉算法能減輕頻譜泄漏和柵欄效應，在一定條件下精確度高。但非同步采樣下，余 弦組合窗抑制頻譜泄漏的能力有限，介損角真實值極易被頻譜泄漏和柵欄效應掩蓋，窗的 主瓣寬度和旁瓣高度的矛盾也制約著計算的精確性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有高壓電氣設備介質(zhì)損耗因素計算精度不足的問題，提 出一種能準確、高效地計算高壓電氣設備介質(zhì)損耗因數(shù)的方法。
[0006] 為了解決上述技術(shù)問題，
[0007] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點在于，本發(fā)明基于能量矩守恒原理計算高壓 電氣設備介質(zhì)損耗因素不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對高壓電氣設備介質(zhì)損耗因數(shù)的精確計算，還能通過 精確測量電信號的基波頻率來檢測電能質(zhì)量，而且還能準確得出電壓、電流信號各次諧波 之間的相位夾角。
【附圖說明】
[0008] 圖1是能量矩平衡不意圖。
[0009] 圖2本發(fā)明中根據(jù)能量矩原理測基波頻率的流程框圖。
【具體實施方式】
[0010] 如圖2所示，本發(fā)明高壓電氣設備介質(zhì)損耗因數(shù)計算方法，所述方法相電壓 信號作為相位基準信號，H相電流信號與基準信號相位夾角即為損耗因數(shù)，具體步驟如 下：
[0011] 步驟一、將電壓信號和電流信號在時域內(nèi)去除直流分量；
[0012] 步驟二、將電壓信號和電流信號在頻域內(nèi)做功率譜分析，獲得多根離散的功率譜 譜線，然后根據(jù)能量矩守恒原理測量電壓信號和電流信號基波頻率；
[0013] 所述功率譜分析的方法為，將電壓信號和電流信號加Blackman-HarriS窗后 進行功率譜分析；Blackman-Harris窗的中文全稱為布萊克曼-哈里斯，詳見文獻(徐志 鈕，律方成，李和明?加Blackman-Harris窗插值算法仿真介損角測量[J].高電壓技 術(shù)，2007, 03:104-108.)
[0014] 所述根據(jù)能量矩守恒原理測量電壓信號和電流信號基波頻率的計算方式如公式 (1)所示，
[0015]
[0016] 公式（1)中；f。為所測電信號基波頻率；Fs為信號采樣頻率；N為樣本數(shù)；Xi是第i 根譜線的橫坐標，0 < i <- 是第i根譜線的幅值;M是最大幅值譜線的橫坐標；
[0017] 根據(jù)能量矩守恒原理測量基波頻率基本原理如下：
[001引如圖1所示，假設所測電信號的第i (此時0 < i < 2M)根功率譜譜線對功率普圖 坐標的原點0形成一個轉(zhuǎn)矩(本發(fā)明稱其為能量矩)，在反方向上同樣也存在一個能量矩，使 反方向上的轉(zhuǎn)矩與基波能量轉(zhuǎn)矩相等，從而推倒出所測信號的基波頻率。
[0019] 本發(fā)明認為基波功率全部分散在第1到第2M根功率譜譜線上，其總的基波能量矩 為
同樣在反方向上也存在一個能量矩P〇X。使之與基波能量矩平衡；
[0020] 根據(jù)能量守恒定律有
[0021] 根據(jù)能量矩守恒原理有
[0022] 由公式（2 )和（3 )可W獲得公式（4 )，
[0023]
[0024] 由公式（4)可W進一步得到公式（5)，
[00 巧]
[0026] 公式（5)中，f。為所測電信號基波頻率；Fs為信號采樣頻率；N為樣本數(shù)。
[0027] 步驟H、分別用H彎矩法對原始電壓信號和電流信號進行插值計算，第i時刻與 第i+1時刻區(qū)間[x^Xw]中，輸出插值y的計算方式如公式（6)所示，
[0028] y = Ayi+By…+切i' ' +Dy/'+i (6)
[0029] 式（6)中，中間量
[0030] 中間量
[0031] 步驟四、對插值后的電壓信號和電流信號進行整周期重采樣，重采樣頻率為fs，且 fs = K*f。，其中，K是大于1的正整數(shù)，本發(fā)明最優(yōu)取K=100, f。為信號基波頻率；
[0032] 步驟五、由重采樣后的數(shù)據(jù)截取整周期長度的樣本，根據(jù)快速傅里葉算法求得基 波電壓信號與基波電流信號的相位夾角；
[0033] 根據(jù)快速傅里葉算法求得基波電壓信號與基波電流信號的相位夾角的具體方法 可W參見文獻巧b天任.數(shù)字信號處理(第H版）.2008-08-01)。
[0034] 步驟六、根據(jù)基波電壓信號與電流信號的相位夾角計算出基波電壓和基波電流相 位夾角的余角，然后求出余角的正切即得到介質(zhì)損耗因數(shù)。
【主權(quán)項】
1. 一種高壓電氣設備介質(zhì)損耗因數(shù)計算方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟一、將電壓信號和電流信號在時域內(nèi)去除直流分量； 步驟二、將電壓信號和電流信號在頻域內(nèi)做功率譜分析，獲得多根離散的功率譜譜線， 然后根據(jù)能量矩守恒原理測量電壓信號和電流信號基波頻率； 步驟三、分別用三彎矩法對原始電壓信號和電流信號進行插值計算； 步驟四、對插值后的電壓信號和電流信號進行整周期重采樣； 步驟五、由重采樣后的數(shù)據(jù)截取整周期長度的樣本，根據(jù)快速傅里葉算法求得基波電 壓信號與基波電流信號的相位夾角； 步驟六、根據(jù)基波電壓信號與電流信號的相位夾角計算出基波電壓和基波電流相位夾 角的余角，然后求出余角的正切即得到介質(zhì)損耗因數(shù)。2. 如權(quán)利要求1所述的高壓電氣設備介質(zhì)損耗因數(shù)計算方法，其特征在于，步驟二中， 所述功率譜分析的方法為，將電壓信號和電流信號加Blackman-Harris窗后進行功率譜分 析； 所述根據(jù)能量矩守恒原理測量電壓信號和電流信號基波頻率的計算方式如公式（1)所 示，公式（1)中：&為所測電信號基波頻率；FS為信號采樣頻率；N為樣本數(shù)；Xi是第i根譜 線的橫坐標，0 <i<…；Pi是第i根譜線的幅值;M是最大幅值譜線的橫坐標。3. 如權(quán)利要求1所述的高壓電氣設備介質(zhì)損耗因數(shù)計算方法，其特征在于，步驟三中， 在第i時刻與第i+1時刻區(qū)間[Xi，xi+1]中，輸出插值y的計算方式如公式（2)所示， y=Ayi+Byi+1+Cy// 1+Dy/7+1 (2) 式（2)中，中間量>中間量B=l-A，中間量，中間量4. 如權(quán)利要求1所述的高壓電氣設備介質(zhì)損耗因數(shù)計算方法，其特征在于，步驟四中， 重采樣頻率為fs，且fs =K*^，其中，K是大于1的正整數(shù)，&為信號基波頻率。5. 如權(quán)利要求4所述的高壓電氣設備介質(zhì)損耗因數(shù)計算方法，其特征在于，K=100。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高壓電氣設備介質(zhì)損耗因數(shù)計算方法。首先將電壓、電流信號在時域內(nèi)去除直流分量；然后根據(jù)能量矩原理精確測出電信號基波頻率；在用三彎矩法對原信號進行插值計算，并進行整周期重采樣；最后截取整周期樣本長度進行快速傅里葉計算得到基波電壓和基波電流的相位夾角，并求出其余角的正切即得到介質(zhì)損耗因素。本發(fā)明方法計算準確、高效。
【IPC分類】G06F19/00, G01R27/26
【公開號】CN104951640
【申請?zhí)枴緾N201410123089
【發(fā)明人】李妍, 朱立位, 尹雷, 楊浩, 周光宇, 張勇
【申請人】國家電網(wǎng)公司, 江蘇省電力公司, 江蘇省電力公司連云港供電公司
【公開日】2015年9月30日
【申請日】2014年3月28日