一种介质损耗角正切值测试方法及测试仪的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力设备在线测试技术领域，尤其是涉及一种介质损耗角正切值在线 测试方法及测试仪。
【背景技术】
[0002] 介质损耗角、泄漏电流和绝缘介质电容Cx是衡量电气设备绝缘程度的三个特征 量。由于介质损耗角正切值（即tan δ )仅取决于材料的特性而与材料的尺寸和形状无关， 故把tan δ作为设备整体绝缘状况的参数是非常有效的。
[0003] 近年来，随着状态检测技术的发展，介质损耗（以下简称介损）在线检测技术也日 益受到重视，并逐渐开发出多种检测方法，主要形成以下两大分支：其一是主要靠"硬件"实 现的检测方法，以电桥法、过零点相位比较法为代表，此方法依靠硬件装置来实现，受硬件 本身的影响较大，准确度难以保证；其二是主要靠"软件"实现的方法，主要有相关函数法、 高阶正弦拟合法、离散傅里叶变换算法等，通常借助传感器等装置分别测量运行电压和流 经试品的电流，再将测量出的模拟信号转化为数字信号，然后采用相关分析方法提取出电 压和电流的基波相位差信息，从而估计出介损角。软件法以其较好的抗干扰性和稳定性，成 为目前较为理想的检测方法。
[0004] 采用传统的傅里叶变换变换法进行介质损耗测试时，由两基波相位相减即可得到 介质损耗角，进而能计算出介质损耗角正切值。但传统的傅里叶变换变换法存在实时性较 差、测试精度较低等问题。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种介质损耗 角正切值测试方法，其方法步骤简单、设计合理且实现方便、使用效果好，能简便、快速对被 测试电气设备的介质损耗角正切值进行测试，并且实时性好，测试精度高。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种介质损耗角正切值测试方 法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
[0007] 步骤一、电流与电压信号采集：采用电流检测单元和电压检测单元对被测试电气 设备的工作电流和工作电压分别进行实时检测，并通过信号采集电路且按照预先设定的采 样频率f s对电流检测单元所检测的电流信号与所检测的电压信号分别进行采集，且将各采 样时刻所采集到的电流值和电压值均同步传送至数据处理器；
[0008] 步骤二、信号处理：所述数据处理器按照采样先后顺序，对各采样时刻所述信号采 集电路采集的电流值和电压值分别进行处理；各采样时刻采集的电流值和电压值的处理方 法均相同，对任一个采样时刻采集的电流值和电压值进行处理时，包括以下步骤：
[0009] 步骤201、信号接收及同步存储：所述数据处理器接收到当前时刻所述信号采集 电路采集的电流值和电压值后，对接收到的电流值和电压值进行同步存储，并对当前时刻 所述信号采集电路的总采样次数进行判断：当当前时刻所述信号采集电路的总采样次数> N时，进入步骤202 ;否则，进入步骤203 ;其中，N为正整数且N= fs/f (1-22)，公式（1-22) 中f为被测试电气设备的供电频率，fs为预先设计的采样频率；
[0010] 步骤202、当前时刻介质损耗角正切值计算：所述数据处理器调用介质损耗角正 切值计算模块对当前时刻被测试电气设备的介质损耗角正切值进行计算，过程如下：
[0011] 步骤2021、数据组构建：将当前时刻所述信号采集电路采集的电流值和前Ν'个 采样时刻所述信号采集电路采集的电流值组成一个电流数据组，并按照采样先后顺序对所 述电流数据组中的Ν'+1所述电流值由前至后进行排序；同时，将当前时刻所述信号采集 电路采集的电压值和前Ν'个采样时刻所述信号采集电路采集的电压值组成一个电压数据 组，并按照采样先后顺序对所述电压数据组中的Ν' +1所述电压值由前至后进行排序；
[0012] 其中，Ν'为正整数且Ν' = N或N-I ;
[0013] 当Ν' = N时，所述电流数据组中的Ν' +1所述电流值由前至后分别记作i (0)、 i (I)、i (2)、…、i (N)，所述电压数据组中的Ν'+1所述电压值由前至后分别记作u (0)、u (1)、 u(2)、...、u(N);
[0014] 当Ν' = N-I时，所述电流数据组中的Ν' +1所述电流值由前至后分别记作i (I)、 i (2)、一、i (N)，所述电压数据组中的Ν' +1所述电压值由前至后分别记作、U(I)、u(2)、…、 u (N)；
[0015] 其中，i (N)和U(N)分别为当前时刻所述信号采集电路采集的电流值和电压值；
[0016] 步骤2022、介质损耗角正切值计算：根据公式
并 结合步骤2021中所述电流数据组和所述电压数据组，计算得出当前时刻被测试电气设备 的介质损耗角正切值tan δ ;
[0017] 其中，当Ν' = N时，公式（1-21)中au和b u按照公式
进行计算；并且，aul和b ul按照公式
?进行计算；
[0018] 当Ν' = N-I时，au和b η按照公式
进行 计算；并且，aul和b ^按照公式
进行计算；
[0019] 步骤203、下一采样时刻信号分析处理：按照步骤201至步骤202中所述的方法， 所述数据处理器对下一个采样时刻所述信号采集电路采集的电流值和电压值进行处理。
[0020] 上述方法，其特征是：步骤201中所述的N = 16~100。
[0021] 同时，本发明公开了一种结构简单、设计合理且使用操作简便、使用效果好的介质 损耗角正切值测试仪，其特征在于：包括对被测试电气设备的工作电流进行实时检测的电 流检测单元、对被测试电气设备的工作电压进行实时检测的电压检测单元、对电流检测单 元所检测的电流信号与电压检测单元所检测的电压信号分别进行采集的信号采集电路和 对信号采集电路所采集信号进行处理并同步得出当前被测试电气设备的介质损耗角正切 值的数据处理器，所述电流检测单元和电压检测单元均与信号采集电路相接；所述被测试 电气设备的工作电流为三相电流，所述电流检测单元为三相电流检测单元；所述被测试电 气设备的工作电压为三相电压，所述电压检测单元为三相电压检测单元。
[0022] 上述测试仪，其特征是：还包括与数据处理器相接的上位机。
[0023] 上述测试仪，其特征是：所述信号采集电路为A/D转换器，所述数据处理器为DSP 芯片。
[0024] 上述测试仪，其特征是：所述电流检测单元包括三个分别对所述被测试电气设备 的三相工作电流分别进行实时检测的电流互感器，所述电压检测单元包括三个分别对所述 被测试电气设备的三相工作电压分别进行实时检测的电压互感器。
[0025] 上述测试仪，其特征是：所述电流检测单元还包括三个分别与三个所述电流互感 器相接的第一信号调理电路和三个分别与三个所述第一信号调理电路相接的第一低通滤 波电路，三个所述第一低通滤波电路均与信号采集电路相接；所述电压检测单元还包括三 个分别与三个所述电压互感器相接的第二信号调理电路和三个分别与三个所述第二信号 调理电路相接的第二低通滤波电路，三个所述第二低通滤波电路均与信号采集电路相接； 三个所述第一低通滤波电路和三个所述第二低通滤波电路均为二阶低通滤波电路，所述二 阶低通滤波电路与信号采集电路相接。
[0026] 上述测试仪，其特征是：所述二阶低通滤波电路包括芯片U3和芯片U4,所述芯片 U3和芯片U4均为运算放大器；
[0027] 所述芯片U3的正相输入端分两路，一路经电容C2后接地，另一路经电阻R8、电容 Cl和电阻RlO后与其反相输入端相接，电阻R8与电容Cl之间的接线点为所述二阶低通滤 波电路的输入端；所述芯片U3的反相输入端经电阻R9后接地；
[0028] 所述芯片U4的正相输入端分两路，一路经电容C4后接地，另一路经电阻R12、电容 C3和电阻R14后与其反相输入端相接，电阻R12与电容C3之间的接线点经电阻Rl 1后与所 述芯片U3的输出端相接；所述芯片U4的反相输入端经电阻R13后接地，所述芯片U4的输 出端为所述二阶低通滤波电路的输出端且其与信号采集电路相接。
[0029] 上述测试仪，其特征是：三个所述第一信号调理电路和三个所述第二信号调理电 路均为模拟信号调理电路，所述模拟信号调理电路包括偏置电路和与所述偏置电路相接的 比例运算电路，所述比例运算电路与所述二阶低通滤波电路相接；
[0030] 所述偏置电路包括芯片U1，所述芯片