电桥测量介损的原理课件

电桥测量介损的原理----简述AI-6000介质损耗测量仪的原理和用法

一、变频测量的等效性1、介质的两种模型及与频率的关系 含有介损的电容器都可以模拟成RC串联和并联两种理想模型进行分析：并联模型： 认为损耗是与电容并连的电阻产生的。这种情况RC两端电压相等： 有功功率，无功功率，

因此 其中ω＝2πf，f为电源频率。可见，如果真正用一个纯电阻和一个纯电容模拟介损的话，它与频率成反比。当R=∞时，没有有功功率，介损为0。 这种方法常用于试验室模拟10％以上的大介损，或用于制做标准介损器。串联模型：

认为损耗是与电容串连的电阻产生的。这种情况电路的电流相等： 有功功率，无功功率，

因此 可见，如果用真正用一个纯电阻和一个纯电容模拟介损的话，它与频率成正比。当R=0时，没有有功功率，介损为0。 这种方法常用于试验室模拟10％以下的介损，或用于制做标准介损器。通常认为并联模型更接近实际情况，这是因为有功电流穿过电极之间的绝缘层，更象是损耗电阻并联在电极之间，而电极本身电阻为零，没有损耗。

实际上当介损在10％以下时，这种电容量的差别是很小的。

从事现场试验的专家都有这样的经验：使用传统仪器，如QS1，在干扰严重的现场环境下测量介损，采用移相、倒相方法反复测量，仍无法使电桥平衡。

随着电压等级提高，干扰越来越严重。这种情况下变频测量是一个很好的、甚至是唯一的选择。变频测量的抗干扰能力比移相、倒相法提高一个数量级以上。这好比两个电台在同一个频率上，很难将另一个信号抑制掉，但如果两个电台的频率不同，则很容易区分。变频测量变频测量受到的唯一怀疑是频率的等效性。按串联或者并联模型，介损是随频率变化的。例如50Hz下1％的介损，采用55Hz测量。串联模型的测量结果变成1.1％(正比)，并联模型测量结果变成0.91%（反比）。虽然这样的误差可能满足现场测量的要求，但误差还是偏大。为了解决这个问题，我们首先提出了双变频测量原理：在50Hz对称位置45Hz和55Hz各测量一次，然后将测量数据平均，使误差大大减小。理论分析结果如下表所示：直接平均法：当然如果试品介损不随频率变化，则这几种平均方法都没有误差。以上分析表明，采用双变频测量，即发挥了变频测量的高抗干扰能力，理论上的最大相对误差也小于1％，可以满足现场测量需要。实际测量显示，变频测量的数据十分稳定，重复性特别好。试验室校验也显示了很好的精度指标。目前变频测量的原理已经得到普遍认可。 2005年4月21日，我们在济南500kV变电站强干扰下测量断口电容（2400pF）和灭弧室（15pF），AI-6000读数十分稳定，而2816电桥只作出了电容量，因抗干扰不行，没有测到介损数据。估计原因是移相抗干扰能力不行，而AI-6000则采用变频抗干扰，其优势十分明显。仪器结构仪器结构框图测量电路：傅立叶变换、复数运算等全部计算和量程切换、变频电源控制等。控制面板：打印机、键盘、显示和通讯中转。变频电源：采用SPWM开关电路产生大功率正弦波稳压输出。升压变压器：将变频电源输出升压到测量电压，最大无功输出2kVA/1分钟。标准电容器：内Cn，测量基准。Cn电流检测：用于检测内/外标准电容器电流，10μA~5A。输入电阻<2Ω。Cx正接线电流检测：只用于正接线测量，10μA~5A。输入电阻<2Ω。Cx反接线电流检测：只用于反接线测量，10μA~5A。输入电阻<2Ω。反接线数字隔离通讯：采用精密MPPM数字调制解调器，将反接线电流信号送到低压侧。隔离电压20kV。工作原理：

启动测量后高压设定值送到变频电源，变频电源用PID算法将输出缓速调整到设定值，测量电路将实测高压送到变频电源，微调低压，实现准确高压输出。根据正/反接线和内/外标准电容的设置，测量电路根据试验电流自动选择输入并切换量程，测量电路采用傅立叶变换滤掉干扰，分离出信号基波，对标准电流和试品电流进行矢量运算，幅值计算电容量，角差计算tgδ。反复进行多次测量，经过排序选择一个中间结果。测量结束，测量电路发出降压指令变频电源缓速降压到0。 CVT测量：CVT隔离开关断开，低压隔离开关接通输出低压。测量C2时，CVT倒线开关接通，C2接入试品通道，用C1作标准电容测量C2。准确度 Cx： ±（读数×1%+1pF） tgδ： ±（读数×1%+0.00040） 例如介损读数1.000％，按上式计算，误差为±（1%×1.000％+0.00040）＝±0.05%，即实际介损可能在0.950％～1.050%之间。通常介损的数值都比较小，因此这个零点误差起主要作用。AI-6000无干扰时控制零点误差为0.00005，2：1干扰下控制介损波动量小于0.0002。抗干扰指标 抗干扰指标：在200%干扰（即I干扰/I试品≤2）下仍能达到上述准确度 用于现场测量的介损仪，必须具备良好的抗干扰能力。抗干扰能力应当定量描述，例如只说“抗22万电场干扰或50万电场干扰”，或者拿试验室精度当作现场测量精度，或者随意提高精度指标都是不可取的。实际上仪器的测量重复性也能够反映抗干扰能力，如果重复性很好，必然说明抗干扰能力强。由于A/D位数限制，干扰进一步增大时，会导致有用信号的有效数字位数降低，引起A/D的量化效应，使测量数据产生波动。我们目前已经掌握了抵抗20倍以上干扰的方法。由于还没有发现超过2倍的干扰，因此暂时没有启用这个功能。

安全性能多种安全保护措施，确保人身和试验设备安全高压保护：试品短路、击穿或高压电流波动，能以短路方式高速切断输出。低压保护：误接380V，电源波动或突然断电，启动保护，不会引起过电压。接地保护：仪器接地失灵使外壳带危险电压时，启动接地保护。CVT：高压电压和电流、低压电压和电流四个保护限，不会损坏设备；误选菜单不会输出激磁电压。防误操作：两级电源开关；电压、电流实时显示；多次按键确认；接线端子高/低压分明；声光报警。防“容升”：测量大容量试品时会出现电压抬高的“容升”效应，仪器能自动跟踪输出电压，保持试验电压恒定。抗震性能：仪器采用独特抗震设计，可耐受强烈长途运输震动、颠簸而不会损坏。高压电缆：为耐高压绝缘导线，可拖地使用。

实际上，安全性应当成为仪器选型的首要因素。 例如意外接触高压，靠跳闸烧保险肯定是危险的。仪器应当在数毫秒内切断输出。当然开路式切断与短路式切断又有不同，短路式切断不会产生过电压，更加安全。 另外，仪器开关、端子、安全警示、操作是否能尽可能防止误操作，仪器是否带有接地保护等，也是十分重要的。设计者和生产厂有责任尽最大努力提高仪器安全性，减少误操作的可能性。即便发生误操作，也必须将损失降到最低限度。例如“一按启动即测量”肯定不安全。输出端子一会这个带高压，一会另一个带高压也是不安全的。 除对试验人员的保护外，还要求仪器能对被测设备进行保护。例如测量过程中，过高的电压引起试品电流异常增大，直至击穿放电，仪器能否提前察觉到电流异常增大而停止测量。或者进行CVT自激法测量时能否缓慢地、试探性升压，提前发现接线错误而停止测量等。 除对试验人员的保护外、被测设备进行保护外，仪器还应能对自身保护。因为即便用户使用原因引起仪器损坏，也会耽误用户的工作。例如现场测量拉电源线时，会将380V线电压当作相电压给仪器供电，如果没有这个保护，必然造成仪器返修。三、AI－6000介损仪的现场接线方式及注意事项1.常用测量接线正接线（UST）a、常规正接线

b、高电压介损反接线（GST）a、常规反接线c、反接线低压屏蔽CVT的设置与测量

CVT的设置：

将光标移到高压位置，轻按启停键可以依次出现以下界面，这四个分别是高压电压、高压电流、低压电压和低压电流的设定值，当然也可以根据需要自己设定。CVT的测量：下面以母线接地CVT为例介绍各个电容的测量方法（A未引出）。

如果是母线CVT测量之前应确认结合滤波器已断开，以消除载波信号影响。a、C1由多节电容组成时，测C11可用高压屏蔽其它电容C12、C13电容可用一般正接线测量。C14和C2用CVT自激法测量b、用自激法测量C12、C2：

低压激励线，可接任何一组二次线圈。二次线圈应解开，防止将仪器低压短路。低压激励线电流大，应良好接触。使用带接地屏蔽的高压线可以拖地（参见仪器操作说明）。使用其它导线不应拖地，必须吊起，否则高压线对地会有一个附加电阻，这样会导致电压产生相移从而引起测量误差。

测量CVT时建议高压线接CVT的下端δ（N）点。

发电机供电 发电机供电时输入频率不稳定，可采用定频50Hz模式工作。测试线 由于长期使用和连接，易造成测试线芯线和屏蔽短路或插座接触不良，用户应经常维护测试线； 测试标准电容试品时，应使用全屏蔽插头连接，以消除附加杂散电容影响，否则不能反映出仪器精度； 自激法测量CVT时，高压线应吊起悬空，否则对地附加杂散电容和介损会引起测量误差。工作模式选择 接好线后请选择正确的测量工作模式（正、反和CVT），不可选错。干扰环境下应选用变频抗干扰模式。试验方法影响 由于介损测量受试验方法影响较大，应区分是试验方法误差还是仪器误差。出现问题时可首先检查接线，然后检查是否仪器故障。仪器故出现故障及处理方法仪器测试时升压出现ER-PS

a.仪器工作电源问题：是否为发电机供电，电源插排是否良好。 b.仪器问题：检查仪器，空升是否保护。 c.测试线问题：检查接线，内部是否有短路情况。 d.试品方面的原因：试品是否对地短路。ER-ZX这也是在测试过程中常出现的情况 a.设置问题：在进行测试时是否设置为外标准电容。 b.检查仪器，空升是否出现ER-Zx，排除仪器内部线接触不良的问题。 c.测试线是否接触牢靠，对测试线的连接点是否进行过除锈处理。用万用表测量一下测试线的芯线和屏蔽是否短路；输入电源220V过高或过低；接地是否良好。

ER-cwCVT自激发测试时出现的保护信息 a.设置问题：在测试时对低压电压、低压电流、高压电压和高压电流进行设置，否则会出现ER-cv、ER-ci、ER-cV和ER-cI保护信息。 b.接线问题：有时一次尾段X点不接地，电压升不起来会出现ER-cw。 c.