線性近似算法在介損測量中的應(yīng)用

輸變電系統(tǒng)中的容性設(shè)備的介質(zhì)損耗測量是整個輸變電系統(tǒng)絕緣監(jiān)測的一個重要組成部分，其相關(guān)技術(shù)也在飛速發(fā)展，檢測方法和原理有多種，比如過零時差比較、過零電壓比較、利用FFT（快速傅利葉變換）進行信號分析、小波形信號分析等等。由于FFT和小波形信號分析在介損測量中的應(yīng)用技術(shù)還不成熟，現(xiàn)場的實測數(shù)據(jù)也不理想。過零時差比較的方法是最早應(yīng)用在介損測量中的，在前端信號濾波效果很好的情況下，可以達到很高的精度和很高的分辨率。但由于電網(wǎng)中高次諧波、器件的溫漂等因素的影響，實測數(shù)據(jù)的誤差有時相當(dāng)大，目前過零時差比較的相位檢測精度一般只能達到2ˊ。實驗表明，實測的過零時差原始數(shù)據(jù)和容性設(shè)備介損的tgδ值并不嚴格成線性關(guān)系。

    能不能通過改進軟件算法提高過零時差比較的相位檢測精度呢？實踐證明，合理的算法確實對提高過零時差比較的相位檢測精度有很大的幫助，實測數(shù)據(jù)接近西林電橋的檢測精度。對前端模擬信號利用模擬加數(shù)字相結(jié)合進行濾波，加之合理的軟件算法，在實際應(yīng)用中收到了良好的效果。

    整個系統(tǒng)的前端信號采樣部分如下：

    向量圖如下

    電力系統(tǒng)的容性設(shè)備在正常工作時會產(chǎn)生一定的泄露電流， 泄露電流中包含容性分量Ic和阻性分量Ir，容性分量對設(shè)備的安全運行不會產(chǎn)生危害，阻性分量產(chǎn)生有功功率，表現(xiàn)為設(shè)備發(fā)熱，達到一定程度將危害設(shè)備的安全運行。Ir的大小是由容性設(shè)備的介質(zhì)損耗即tgδ決定的，因此動態(tài)地監(jiān)測介質(zhì)損耗的變化是保障電力系統(tǒng)安全運行的一項重要措施。    

    由于過零時差比較檢測的原始數(shù)據(jù)和設(shè)備的實際介損值不成線性，可以嘗試用線性化近似代替，線性近似算法依據(jù)以下原理：

    用CPLD器件EPM7160構(gòu)建24位計數(shù)器，以下VHDL代碼從略，外部時鐘選10M，最大計時間T=167.8ms，一個工頻周期為20ms，有充足的余量保證在一個工頻周期內(nèi)完成采樣而計數(shù)器不回零，這樣可以減少MCU的軟件開銷，相位分辨率接近0.1`，完全可滿足要求。一個完整的采樣周期是這樣的：CT信號經(jīng)由負變正過零觸發(fā)，此時的上升沿將時間捕捉，接著PT信號經(jīng)由負變正過零觸發(fā)，此時的上升沿將時間捕捉，然后停止計數(shù)器并發(fā)出中斷請求信號，MCU讀取時間值并計算時間差，連續(xù)采樣50次，取平均值。

    假定介損處于上圖中n1點時的相位時差為90000（δ=10度），n2點時的相位時差為60000（δ=50度），n3點時的相位時差為30000（δ=80度），理想情況下電流超前電壓90度時相位時差為100000，即δ=0。在角度很小的情況下，介損tgδ值約等于弧度值。n1點的實際介損tgδ*100（%）=17.63。n2點的實際介損tgδ*100（%）=119.18，n3點的實際介損tgδ*100（%）=567.13。以下給出此功能函數(shù)的C51源程序：

extern unsigned long int  phase_data;  file://相位時差采樣原始數(shù)據(jù)
extern float  true_value;    file://實際介損值
extern bit  over_flag;      file://過量程標(biāo)志
void  data_split()
{
 if(phase_data>90000)
 true_value =((100000- phase_data)/10000)*17.63;                      
 else if(60000<phase_data<=90000)
true_value =17.63+((90000- phase_data)/30000)*(119.18-17.63);  
 else if(30000<phase_data<=60000)
 true_value =119.18+((60000- phase_data)/30000)*(567.13-119.18);  
 else
 over_flag=1;      file://置過量程標(biāo)志
}

    為了便于說明，以上只是給出了一個簡單的模型，實際從0`到5400`的分割點要多得多。因容性設(shè)備的介質(zhì)損耗角（δ）達到60`時，此設(shè)備的介損已嚴重超標(biāo)，必須更換，所以介質(zhì)損耗角在10度以上時檢測已無必要。以上所列出的一些數(shù)據(jù)和算法模型有條件的讀者可以自行驗證。

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