技术领域本发明涉及一种电力设备绝缘状态评估方法。
背景技术：
本发明提出便携绝缘状态评估系统及方法主要是解决目前介质损耗测量过程中现场测量测量抗干扰引起介质损耗测量不稳定、高压设备在小电压测试条件介质损耗不准确及garton效应对高压设备介质损耗测量不准确等问题。目前的测量方式如：1、西林电桥法，由于它在测量过程引互感和CT误差不确定性，导致介质损耗测量结果不确定。2、自平衡电桥法，由于它在测量过程中受到输入测量信号的不确定频率影响，从而导致不稳定的测试频率不稳定的测量值。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种电力设备绝缘状态评估方法。为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种电力设备绝缘状态评估方法，包括以下步骤：1)初始化设置噪声及干扰探头，将噪声及干扰探头分别放置在工频信号抑制模块、升压功率因素调节模块、降压功率因素调节模块、交流谐波抑制模块、标准及被测试品上；2)启动噪声及干扰测量探头，读取t时刻噪声及干扰探头A、B、C、D、E的信号Ia(t)、Ib(t)、Ic(t)、Id(t)、Ie(t)、Temp(t)、Hum(t)，其中t为噪声及干扰探头采样时间，Temp(t)和Hum(t)为t时刻温度、湿度读取信号值；3)启动标准及被测试品，测量流经被测试品及标准品的电流Ix(n)、Ic(n)，其中n为被测试品电流及标准品电流采样点数；4)同步控制采集的数据分别存储于如下数组中：I1[n]＝Ia(t)；I2[n]＝Ib(t)；I3[n]＝Ic(t)；I4[n]＝Id(t)；I5[n]＝Ie(t)Ix[n]＝Ix(t)；Ic[n]＝Ic(t)，以上公式中的n为1s内同步采集器在163840zh的采样速率时的采样点数，其n＝0-163840；5)将上述数组代入下列加窗FFT公式中：in1=I0+Σn=1kW(n)*I(n)*sin(nwt+βn);]]>代入方法是将I1[n]、I2[n]、I3[n]、I4[n]、I5[n]、Ix[n]、Ic[n]、取代上面公式中的I(n)；其中，in1为输入信号对应的频域幅值，W(n)为加窗函数，I(n)为各次谐波电流对应的幅值，I0为直流分量，wt为采样信号频率，βn为基波及各次谐波相角，上式中n＝0～163840，k＝1～163840；6)将I1[n]、I2[n]、I3[n]、I4[n]进行叠加处理得出如下公式：Iz(n)＝I1[n]+I2[n]+I3[n]+I4[n]；将I5[n]、Ix[n]进行叠加处理得出如下公式：Ix2(n)＝I5[n]+Ix[n]；将I5[n]、Ic[n]进行叠加处理得出如下公式：Ic2(n)＝I5[n]+Ic[n]；7)用Iz(n)替代in1表达式中的I(n)进行加窗FFT变换，将加窗FFT变换后的相位βz1、直流分量、谐波成分发送到后台进行存储；将Ix2(n)替代in1表达式中的I(n)进行加窗FFT变换，将加窗FFT变换后的相位βx2、直流分量、谐波成分发送到后台进行存储；将Ic2(n)替代in1表达式中的I(n)进行加窗FFT变换，将加窗FFT变换变换后的相位βc2、直流分量、谐波成分发送到后台进行存储。8)关闭噪声测量探头，同时记录噪声测量探头数据；9)设置输出高压电压值：0V-50kv、输出高压频率值：40Hz-75Hz、被测试接线方式；10)启动高压输出，闭环调节高压输出稳定后，同步启动噪声干扰测量探头、标准器、被测试品，记录噪声干扰探头数据,其测量数据存储于如下变量中：Iec1[n]＝Ia1(t)；Iec2[n]＝Ib2(t)；Iec3[n]＝Ic3(t)；Iec4[n]＝Id4(t)；Iec5[n]＝Ie5(t)；Iex[n]＝Iex(t)；Iec[n]＝Iec(t)，以上变量中的t＝1s,n＝163840；11)将Iec1[n]、Iec2[n]、Iec3[n]、Iec4[n]进行叠加处理得出如下公式：Iecz[n]＝Iec1[n]+Iec2[n]+Iec3[n]+Iec4[n]；将Iex[n]减去Iec5[n]得出如下公式：Iex2(n)＝Iex[n]-Iec5[n]-Iz(n)；将Iect1[n]减去Iec5[n]得出如下公式：Iect1(n)＝Iec[n]-Iec5[n]；将Iex[n]减去Iz(n)得出如下公式：Iex3(n)＝Iex[n]-Iz(n)-Ix2(n)；将Iec[n]减去Iz(n)得出如下公式：Iect2(n)＝Iec[n]-Iz(n)-Ic2(n)；表达式中Iex[n]标准器测量数据，Iec[n]被测试品测量数据；12)将Iecz[n]替代in1表达式中的I(n)进行加窗FFT变换，将in1加窗FFT变换后变换后的相位βen1、直流分量、谐波成分发送到后台进行存储；将Iex2(n)替代in1表达式中的I(n)进行加窗FFT变换，将in1加窗FFT变换后的相位βex1、直流分量、谐波成分发送到后台进行存储；将Iect1(n)替代in1表达式中的I(n)进行加窗FFT变换，将变换后的相位βen2、直流分量、谐波成分发送到后台进行存储；将Iex3(n)替代in1表达式中的I(n)进行加窗FFT变换，将变换后的相位βex2、直流分量、谐波成分发送到后台进行存储；将Iect2替代in1表达式中的I(n)进行加窗FFT变换，将变换后的相位βen3、直流分量、谐波成分发送到后台进行存储；13)假设高压输出前后噪声干扰信号比值变量K[n]、噪声干扰系列变量Imc1[n],Imc1[n]变换公式如下：K[n]＝[Iec5[n]-Iecz[n]]/[Iec5[n]-I5[n]]；Imc1[n]＝Iec5[n]*[K[n]+1]；14)将Iec[n]减去Imc1[n]得出如下公式：Iect3(n)＝Iec[n]-Imc1[n]；将Iex[n]减去Imc1[n]得出如下公式：Iex4(n)＝Iex[n]-Imc1[n]；15)将Iect3(n)替代in1表达式中的I(n)进行加窗FFT变换，将变换后的相位βen3、直流分量、谐波成分发送到后台进行存储；将Iex4(n)替代in1表达式中的I(n)进行加窗FFT变换，将变换后的相位βex4、直流分量、谐波成分发送到后台进行存储；16)重复步骤9)～步骤15)N次主要是提高测试结果精度、重复性、稳定性，设定N满足条件：0<N<1024，循环过程条件满足：保持当前设定输出高压不变，输出频率改变步进满足：Fre＝1024/M，每次循环测量的结果发送到后台进行存储，0<M<N；设定βex、βec随温湿度变化修正值为Kext、Kect；Kext、Kect采用线性校正得出：Kext＝βexs/βexm；βexs为设定目标相位角，βexm为标准器实际测量相位角；Kect＝βexs/βecm，βecm为被测试品实际测量相位角；m＝0～N-1；17)对Kext、Kect*βec1[m]、Kect*βec2[m]、Kect*βec3[m]进行均方差统计分析得出被测试品统计分析得出介质损耗角βex；Kect、Kext*βex1[m]、Kext*βex2[m]进行均方差统计分析得出被测试品统计分析得出介质损耗角βen；18)对βex[m]、βec[m]进行多阶曲线拟合，拟合公式如下：θex＝a*βex[m]3+b*βex[m]2+c*βex[m]+d；其中，βex[m]为重复步骤9)～步骤15)m次测量标准器得出的相位角数组，θex为被测试品曲线拟合介质损耗角，a、b、c、d为曲线拟合修正后的系数，m＝0～N-1；θen＝a1*βen[m]3+b1*βen[m]2+c1*βen[m]+d1；其中，βec[m]为重复步骤9)～步骤15)m次测量被测试品得出的相位角数组，θen为被测试品曲线拟合介质损耗角，a1、b1、c1、d1为曲线拟合修正后的系数，m＝0～N-1；19)将θex、θen计算结果代入如下公式得出用于评估高压电器设备绝缘性能好坏的指标tanδ：tanδ＝tan(θex-θen)。k＝0～163840；n＝0～163840。与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明能很好的解决现有技术两种测量方法的不足，从而实现一种便携式绝缘状态评估测量装置。此种方法对于准确检测电力设备的绝缘老化状态特性参数，全面评估电力设备绝缘老化状态，从而对电力电网的运行稳定可靠有着极大的现实意义。附图说明图1为本发明便携绝缘状态评估系统方法实现装置；图2为本发明直流升压功率因素调节模块原理框图；图3为本发明降压功率因素调节模块原理框图；图4为本发明便携式绝缘评估系统方法流程图。具体实施方式本发明提出便携绝缘状态评估系统方法实现装置框图如图1所示。包括：220v交流工频信号抑制模块，交流转直流升压功率因素调节模块(直流：500v～580v)，降压功率因素调节模块(0v～580v)，直流转交流变频调压模块(0v～300v)，0v～300v交流谐波抑制模块、高压升压变压器(0v～30000v)、标准及被测试品模块、千兆光纤数据采集模块(自适应电流测量模块、光纤通信、高速高精度同步数据采集模块)，FPGA千兆光纤通信数据采集控制模块(光纤通信模块、高速高精度同步数据采集模块)、后台显示测控软件系统(控制参数设置界面、测量参数显示界面、报表生成界面、测量数据查询界面)。220v交流工频电源抑制模块主要由浪涌电压抑制器、交流电源共模抑制滤波器、噪声干扰感应测量转换器、220v交流电流测量传感器、220v交流电压测量传感器、主回路电源投切开关、全桥整流模块等组成。其中，浪涌电压抑制器主要是吸收外部输入和耦合输入的雷击浪涌电压，从而保护设备正常运行；交流电源共模抑制滤波器主要是抑制和滤除外部输入高频共模信号，从而保证输入220v电源信号稳定利于保护及测量；噪声干扰感应测量转换器主要用于将外部噪声及干扰信号转化为电信号，转化后的电信号输入到FPGA千兆光纤通信同步数据采集控制模块进行数字量化测量；220v交流电流测量传感器主要是用于将输入220v输入交流电流信号转化为可测电信号输入到FPGA千兆光纤通信同步数据采集控制模块进行数字量化测量，测量到的电流主要用于过流保护、谐波信号提取、工频信号相位计算；220v交流电压测量传感器主要是用于将输入220v输入交流电压信号转化为可测电信号输入到FPGA千兆光纤通信同步数据采集控制模块进行数字量化测量，测量到的电压主要用于过压保护、谐波信号提取、工频信号相位计算；主回路电源投切开关主要用于当输入交流出现过流或者过压时进行主回路接通或关断控制，从而起到保护主回路器件不被破坏；全桥整流模块主要是将交流输入220v转化为稳定的直流电压，转化后的直流电压输入到直流升压功率因素调节模块。直流升压功率因素调节模块主要有由双通道隔离型MOSFET驱动、交互式MOSFET功率管、升压电感、交互式MOSFET电流测量传感器、升压后直流电压测量传感器、噪声干扰感应测量转换器等组成。其中，双通道隔离型MOSFET驱动主要实现FPGA控制级与MOSFET功率级电气隔离，从而避免MOSFET级高压信号耦合输入到控制级，以至使控制级实效，同时，隔离型驱动为MOSFET功率级提供足够的驱动电流驱动MOSFET正常工作；交互式MOSFET功率管主要是为输出提供足够的驱动功率，同时，交互式MOSFET功率管与升压电感组合形成一高速开关型升压电路，通过此升压电路将整流后的直流电压升高可调范围315v～580v；交互式MOSFET电流测量传感器主要是将升压回路中产生的电流信号转化为可测量信号输入到FPGA千兆光纤通信同步数据采集控制模块进行数字量化处理；升压后直流电压测量传感器主要是将升压后的高压信号转化为可测量信号输入到FPGA千兆光纤通信数据采集控制模块进行数字量化处理。升压模块输出电压大小调节及升压模块的功率因素调节是由反馈回的电流信号、电压信号通过多闭环PID控制产生交互式PWM信号控制实现，此控制方式提高输出电压调节稳定性、实时性、提高升压模块的功率因素。降压功率因素调节模块双通道隔离型MOSFET驱动、交互式MOSFET功率管、降压电感、交互式MOSFET电流测量传感器、升压后直流电压测量传感器、噪声干扰感应测量转换器等组成。直流转交流变频调压模块主要由四通道隔离型MOSFET驱动模块、全桥MOSFET功率模块、电压互感器模块、噪声干扰感应测量转换器等组成。其中，四通道隔离型MOSFET驱动模块主要实现FPGA控制级与MOSFET功率级电气隔离，从而避免MOSFET级高压信号耦合输入到控制级，以至使控制级实效，同时，隔离型驱动为MOSFET功率级提供足够的驱动电流驱动MOSFET正常工作；全桥MOSFET功率模块主要是为输出提供足够的驱动功率；电压互感器模块主要是将逆变后的输出电压转化为可测量信号输入到FPGA千兆光纤通信同步数据采集控制模块进行数字量化处理；噪声干扰感应测量转换器主要用于将外部噪声及干扰信号转化为电信号，转化后的电信号输入到FPGA千兆光纤通信同步数据采集控制模块进行数字量化测量。输出电压大小调节及输出信号频率由反馈回的电流信号、电压信号通过多闭环PID控制产生互补PWM信号控制全桥功率模块实现，此控制方式提高输出电压调节及频率调节稳定性、实时性、提高降压模块的功率因素。交流谐波抑制模块主要是由电感器、滤波电容器、噪声干扰感应测量转换器组成，该交流谐波抑制模块主要是滤除交流变频模块输出的spwm信号滤为交流50Hz的正弦信号，同时滤除交流信号中含有的谐波成份，从而保证输出交流为纯净的50Hz正弦信号，噪声干扰感应测量转换器主要用于将外部噪声及干扰信号转化为电信号，转化后的电信号输入到FPGA千兆光纤通信同步数据采集控制模块进行数字量化测量。高压升压变压器主要是将谐波抑制模块输出的交流0～300v电压转换为交流0～35Kv的高压输出到标准及被测试品模块，再升压过程中，高压输出电压大小及输出频率通过高压电压互感器反馈电压到FPGA千兆光纤通信同步数据采集模块进行数字化测量，量化后的数字信号经过FPGA千兆光纤通信同步数据采集模块的光纤发送到FPGA千兆光纤通信同步数据采集控制模块，FPGA千兆光纤通信同步数据采集控制模块通过反馈回测量高压输出电压大小进行闭环控制调节直流转交流变频调压模块，从而实现高压输出电压及频率大小进行实时调节，这样的调节大大提高设备使用的兼容性及灵活性。标准及被测试品模块主要是通过连接高压升压变压器输出高压产生一标准电流及被测试品电流，产生的电流通过硬件电路进行信号提取，提取后的信号经过高压程控放大电路进行放大，放大后的信号输入到FPGA千兆光纤通信数据采集模块进行数字量化处理。该模块集成一噪声干扰感应测量转换器，此转换器将噪声干扰信号转换为可测量电信号输入到FPGA千兆光纤通信数据采集模块进行数字量化处理，以上数字量化处理后的数字信号经过模块的光纤传输到FPGA千兆光纤通信同步数据采集控制模块，同时模块中还集成噪声干扰感应测量转换器，此转换器主要用于将外部噪声及干扰信号转化为电信号，转化后的电信号输入到FPGA千兆光纤通信同步数据采集控制模块进行数字量化测量。FPAG千兆光纤通信同步数据采集控制模块主要实现采集220v交流工频电源抑制模块中噪声干扰感应测量转换器信号、220v交流电流测量传感器、220v交流电压测量传感器信号；采集直流升压功率因素调节模块中交互式MOSFET电流测量传感器、升压后直流电压测量传感器、噪声干扰感应测量转换器信号；采集降压功率因素调节模块中交互式MOSFET电流测量传感器、降压后直流电压测量传感器、噪声干扰感应测量转换器信号；采集直流转交流变频调压模块中电压测量互感器、噪声干扰感应测量转换器信号。FPGA千兆光纤通信同步数据采集控制模块实现测量直流升压功率因素调节模块反馈回的传感器及转换器信号，通过反馈回的信号实现闭环PID产生交互式PWM信号控制直流升压功率因素调节模块中交互式MOSFET功率模块，从而实现直流升压功率因素调节模块输出直流电压实时调节；FPGA千兆光纤通信同步数据采集控制模块实现测量降压功率因素调节模块反馈回的传感器及转换器信号，通过反馈回的信号实现闭环PID产生交互式PWM信号控制降压功率因素调节模块中交互式MOSFET功率模块，从而实现降压功率因素调节模块输出直流电压实时调节；FPGA千兆光纤通信同步数据采集控制模块接收FPGA千兆光纤通信同步数据采集模块反馈回的高压电压值、频率值，FPGA千兆光纤通信同步数据采集控制模块根据测量到电压互感器及反馈回的高压电压值、频率值做闭环控制实现实时调节输出高电压值大小及输出电压频率；FPGA千兆光纤通信同步数据采集控制模块接收FPGA千兆光纤通信同步数据采集模块测量到的标准器电流、被测试品电流及标准及被测试品模块中噪声干扰感应测量转换器电压，FPGA千兆光纤通信同步数据采集控制模块将采集到信号、控制参数、FPGA千兆光纤通信同步数据采集模块反馈回的信号打包通过高速USB通信接口发送到后台嵌入式触摸屏显示器进行相关参数显示及曲线绘制。同时FPGA千兆光纤通信同步数据采集控制模块也负责接收嵌入是触摸屏显示器反馈回的控制参数，此控制参数主要配合闭环PID控制调节输出直流高压、直流低压、交流低压、升压变压器高压及频率大小。FPGA千兆光纤通信同步数据采集模块主要实现采集高压升压变压器中高压电压互感器输出电压及噪声干扰感应测量转换器输出电压；采集标准及被测试品模块中标准器电流、被测试品电流；实现高压端与低压端电气隔离，保证控制稳定安全可靠；实现通过测量的电流及转换器电压自动控制放大电路的放大倍数，通过放大倍数设置实现可靠稳定的小信号采集。FPGA千兆光纤通信同步数据采集模块将采集到的电流、电压信号打包通过光纤模块传送到FPGA千兆光纤通信同步数据采集控制模块。后台显示测控软件系统主要实现显示FPAG千兆光纤通信同步数据采集控制模块反馈回的电流信号、电压信号、干扰噪声信号，同时将电压信号、电流信号、干扰噪声信号以曲线的形式显示；显示后台设定直流升压功率因素调节模块输出电流电压、降压功率因素调节模块输出电流电压、直流转交流变频调压模块输出交流电压及直流转交流变频调压模块输出电压频率；显示被测试品介质损耗值、电容值、视在功率值；显示每一级噪声干扰信号电压幅值；显示标准及被测试品模块中标准器电流及被测试品电流频谱分析图。使用本发明的方法装置对一个的标准介损器进行标定实验，标定实验参考标准为JJG563-2004《高压电容电桥》，实验数据如下表所示：通过以上测试参数数据表，本发明装置使用方法及装置测量精度高、测量数据准确。