【摘 要】采用加窗DFT分析方法，對諧振電壓下介質(zhì)損耗測量技術(shù)進(jìn)行了研究。對相應(yīng)的算法進(jìn)行了理論推導(dǎo)，介紹了測量電路原理，及信號的采集與處理，并進(jìn)行了實驗測試. 結(jié)果表明，該方法具有測量準(zhǔn)確度高、抗干擾能力強(qiáng)等特點，可廣泛地應(yīng)用于電氣設(shè)備的介質(zhì)損耗測量。

【關(guān)鍵詞】DFT 介損測量 抗干擾 布萊克曼窗

一、引言

如今，電容性設(shè)備在電力系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用，而介質(zhì)損耗角正切值的測量可以反映電容性設(shè)備的絕緣狀況。電容性設(shè)備在正常工作時，其介質(zhì)損耗正切值非常小，一旦絕緣出現(xiàn)問題，介損值變大。但是由于測量值非常小，測量值很容易收到現(xiàn)場的干擾，導(dǎo)致測量不準(zhǔn)確。為了提高介損角正切值的測量精度和抗干擾能力，本文采用數(shù)字濾波，加窗DFT算法，實驗結(jié)果表明：該方法可以進(jìn)一步修正非同步采樣，提高測量精度，抗諧波干擾能力強(qiáng)。

二、 介損測量硬件原理

介損測量原理如圖1，圖中由變壓器升壓，用分壓電容采集電壓反饋使試驗電壓穩(wěn)定，測量電路是標(biāo)準(zhǔn)回路和試品回路構(gòu)成，經(jīng)采樣電阻的測量電壓。在由A/D采樣，此兩通道信號經(jīng)數(shù)字濾波、傅立葉變換得到兩通道的相位差即介損值。

三、介損測量數(shù)字算法

傳統(tǒng)的傅立葉變換算法本身存在局限性：

（一）電壓、電流同時采樣

（二）數(shù)字處理模塊采樣周期是50Hz的整數(shù)倍

（三）普通的FFT運算測量介質(zhì)損耗因數(shù)不準(zhǔn)確。

現(xiàn)在，對于上面的局限性有一些解決辦法，首先保證觸發(fā)采樣的一致性，但是這樣硬件成本太高，并存在一定誤差，與此同時，采樣數(shù)據(jù)長度非50HZ整數(shù)倍， 也導(dǎo)致測量誤差。

并且，實際信號的各次諧波分量不一定是基波的整數(shù)倍，通過DFT 計算，不能準(zhǔn)確得到基波頻率，這種誤差可通過插值算法消除， 諧波間的泄漏引起的誤差則需靠加布萊克曼窗的方法消除。因此，經(jīng)過算法改進(jìn)可以使以上誤差減小，提高測量精度。

假設(shè)兩通道信號為：公式1

如上面所提到的，為了提高精度可做加窗DFT測量。通過比較，加布拉克曼窗效果最好，而且沒有相移。

布拉克曼窗表達(dá)式：

四、信號的采集與處理

主處理器采用TI的TMS320F2812，處理能力150MIPS，其運算速度足可以滿足FIR濾波器和IIR濾波器以及FFT快速傅立葉變換軟件實現(xiàn)。A/D轉(zhuǎn)換器采用ADS1202，其是單通道AD轉(zhuǎn)換器，16位分辨率，采樣率40K，同時使用兩片進(jìn)行同步采樣。

兩通道信號通過電阻采樣獲得，然后進(jìn)行放大濾波，通過A/D轉(zhuǎn)換，把數(shù)據(jù)傳送給DSP，DSP負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理，及液晶顯示、鍵盤控制和通信。

五、仿真分析與實驗

設(shè)采樣率為50kHz，即Ts =20ms；N=1000；信號基波周期T= N Ts ；

信號X1基波理論初相角為零，信號X2諧波含量占30%，基波理論初相角為30度，計算誤差（即計算所得的初相角與理論值差值的絕對值）的通過仿真，誤差很小。

在實際測量中，實驗電壓10KV，由電阻采集電流信號，經(jīng)16位AD轉(zhuǎn)換，由DSP處理分析數(shù)據(jù)，用高壓損耗因數(shù)標(biāo)準(zhǔn)器作為標(biāo)準(zhǔn)，其測量結(jié)果如圖2所示。

由以上數(shù)據(jù)可以看出，誤差小于1%，與仿真結(jié)果基本相同，因此可以證明加不拉克曼窗DFT算法計算介損值可行。

六、結(jié)論

本文提出了加不拉克曼（Blackman）窗DFT分析方法，可以有效的消除柵欄效應(yīng)，克服諧波再測量過程中的干擾，提高了測量精度，而且可以在恒定采樣率下，電網(wǎng)頻率波動在允許的范圍內(nèi)，可以實現(xiàn)高精度的相角測量，穩(wěn)定性高。該方法通過目前的高性能DSP即可實現(xiàn)，應(yīng)用前景十分廣泛。

參考文獻(xiàn)：

[1] W ang P， Raghuveer M R， M cDerm id W ， et al. A digitaltechnique fo r the on2line measurement of dissipation facto rand capacitance [J ]. IEEE T rans on D ielectric and E lectricalInsu lation， 2001，8 （2） ： 228 232.

[2] 柴旭崢，關(guān)根志，文習(xí)山. Tanδ高準(zhǔn)確度測量的加權(quán)插值FFT 算法[J ] .高電壓技術(shù)，2003 ，29 （2） ： 32233.

[3] 王楠，律方成，梁英，等. 基于高精度DFT 的介損數(shù)字測量方法[J]. 高電壓技術(shù)，2003，29（4）：5，8.

[4] 左志強(qiáng)，徐陽，曹曉瓏，等. 計算電容型設(shè)備介質(zhì)損耗因數(shù)的相關(guān)函數(shù)法的改進(jìn)[J]. 電網(wǎng)技術(shù)，2004，28（18）：53-57.

[5] 蘇奎峰等. TMS320F2812原理與開發(fā)[M]. 電子工業(yè)出版社，2006

作者簡介：

王京保，性別：男，學(xué)歷：碩士研究生，單位：天威新域科技發(fā)展有限公司，職稱：中級工程師。畢業(yè)學(xué)校：河北工業(yè)大學(xué) 控制理論與控制工程專業(yè)，現(xiàn)任公司技術(shù)部主任工程師，主要研究絕緣監(jiān)測、測量儀器、軟件測試等。