線性近似算法在介損測量中的應用

　　輸變電系統中的容性設備的介質損耗測量是整個輸變電系統絕緣監測的一個重要組成部分，其相關技術也在飛速發展，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用技術還不成熟，現場的實測數據也不理想。過零時差比較的方法是最早應用在介損測量中的，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。但由于電網中高次諧波、器件的溫漂等因素的影響，實測數據的誤差有時相當大，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據和容性設備介損的tgδ值并不嚴格成線性關系。

　　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，實測數據接近西林電橋的檢測精度。對前端模擬信號利用模擬加數字相結合進行濾波，加之合理的軟件算法，在實際應用中收到了良好的效果。

　　電力系統的容性設備在正常工作時會產生一定的泄露電流， 泄露電流中包含容性分量Ic和阻性分量Ir，容性分量對設備的安全運行不會產生危害，阻性分量產生有功功率，表現為設備發熱，達到一定程度將危害設備的安全運行。Ir的大小是由容性設備的介質損耗即tgδ決定的，因此動態地監測介質損耗的變化是保障電力系統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據和設備的實際介損值不成線性，可以嘗試用線性化近似代替，線性近似算法依據以下原理：

　　用CPLD器件EPM7160構建24位計數器，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完成采樣而計數器不回零，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信號經由負變正過零觸發，此時的上升沿將時間捕捉，接著PT信號經由負變正過零觸發，此時的上升沿將時間捕捉，然后停止計數器并發出中斷請求信號，MCU讀取時間值并計算時間差，連續采樣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的C51源程序：

　　extern unsigned long int  phase_data;  file://相位時差采樣原始數據

　　extern float  true_value;    file://實際介損值

　　extern bit  over_flag;      file://過量程標志

　　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。因容性設備的介質損耗角（δ）達到60`時，此設備的介損已嚴重超標，必須更換，所以介質損耗角在10度以上時檢測已無必要。以上所列出的一些數據和算法模型有條件的讀者可以自行驗證。